GUIDE TO SOIL MECHANICS TESTING 《土力学》实验指导书 ◆编写：张建龙刘勇健 广东工业大学土木与交通工程学院 二0一八年六月印刷
GUIDE TO SOIL MECHANICS TESTING 《土力学》实验指导书 编 写：张建龙 刘勇健 广东工业大学土木与交通工程学院 二０一八年六月印刷
月 录 序论2 渗透实验 4 界限含水量实验 13 固结实验17 含水量实验 22 密度实验 27 抗剪强度实验30 附录1电子天平使用方法介绍 36 附录2土工试验项目一览表 37 附录3试验数据的有效位数。 38 参考文献。 39
1 目 录 序 论........................................................................................................................2 渗透实验........................................................................................................................4 界限含水量实验..........................................................................................................13 固结实验......................................................................................................................17 含水量实验..................................................................................................................22 密度实验......................................................................................................................27 抗剪强度实验..............................................................................................................30 附录 1 电子天平使用方法介绍...............................................................................36 附录 2 土工试验项目一览表...................................................................................37 附录 3 试验数据的有效位数...................................................................................38 参 考 文 献................................................................................................................39
序论 一、土工试验在岩土工程中的位置和作用 土是一种古老而又普通的建筑材料，并作为建筑物的天然地基和介质。建筑 物的兴建是否合理、经济，在相当程度上取决于它的工程性质。要成功地解决一 个岩土工程问题，科学的程序是：勘探与测试，试验与分析，并利用土力学的理 论进行设计计算，然后施工，同时还要根据需要对施工过程及使用期进行监测， 并根据监测结果修订方案。这是一个将试验和理论与实际现象相互联系的过程 因此，土工试验是岩土工程规划和设计的前期工作。 就土力学的发展来说，从某种意义上也可以看作是土的试验力学，如库仑强 度理论、达西定律、土的压实理论以及描述土的应力~应变关系的双曲线模型等 无一不是通过试验而建立的。因此，土工试验又为土力学理论的发展提供依据 即使在大型电子计算机问世和计算技术高度发达之后，可以把土的复杂的弹塑性 应力~应变关系纳入到岩土工程的变形与计算中去的今天，从事岩土工程的专家 和学者们都认为，测定土的工程性质的技术（包括现场勘察、室内试验和原型观 测)依然是一个关键问题。由此看来，土工试验无论是对岩土工程，还是对土力 学的发展均占有相当重要的地位。 从事土工测试工作有经验的人们都知道，土是大自然的产物，不同于钢材、 混凝土、合成塑料等人工材料，其性质受到密度、湿度、粒度以及孔隙水中化学 成分等多种因素的影响：天然地层的性质和分布，不但因地而异，而且在较小范 围内也可能有很大的变化。在进行地基基础设计和土力学计算之前，必须通过勘 察和测试取得有关土层分布以及土的物理力学性质指标的充分的可靠的资料。因 此，了解室内土工试验方法也是学习土力学地基及基础这门课程的一个重要方 面。实际上，这也是科学地认识土的工程特性的入门之阶和掌握地基基础科学实 验基本手段的必由之路。 二、土工试验项目 土工测试大致分为两大部分：(1)在现场直接测定，称为原位测试，包括十 字板剪切试验，静、动触探，标准贯入试验，载荷试验，波速测定以及旁压试验 等：(2)从现场采取土样送至实验室的试验，称为室内土工试验。 室内土工式验一般可分为三类： 2
2 序 论 一、土工试验在岩土工程中的位置和作用 土是一种古老而又普通的建筑材料，并作为建筑物的天然地基和介质。建筑 物的兴建是否合理、经济，在相当程度上取决于它的工程性质。要成功地解决一 个岩土工程问题，科学的程序是：勘探与测试，试验与分析，并利用土力学的理 论进行设计计算，然后施工，同时还要根据需要对施工过程及使用期进行监测， 并根据监测结果修订方案。这是一个将试验和理论与实际现象相互联系的过程。 因此，土工试验是岩土工程规划和设计的前期工作。 就土力学的发展来说，从某种意义上也可以看作是土的试验力学，如库仑强 度理论、达西定律、土的压实理论以及描述土的应力～应变关系的双曲线模型等， 无一不是通过试验而建立的。因此，土工试验又为土力学理论的发展提供依据。 即使在大型电子计算机问世和计算技术高度发达之后，可以把土的复杂的弹塑性 应力～应变关系纳入到岩土工程的变形与计算中去的今天，从事岩土工程的专家 和学者们都认为，测定土的工程性质的技术（包括现场勘察、室内试验和原型观 测）依然是一个关键问题。由此看来，土工试验无论是对岩土工程，还是对土力 学的发展均占有相当重要的地位。 从事土工测试工作有经验的人们都知道，土是大自然的产物，不同于钢材、 混凝土、合成塑料等人工材料，其性质受到密度、湿度、粒度以及孔隙水中化学 成分等多种因素的影响；天然地层的性质和分布，不但因地而异，而且在较小范 围内也可能有很大的变化。在进行地基基础设计和土力学计算之前，必须通过勘 察和测试取得有关土层分布以及土的物理力学性质指标的充分的可靠的资料。因 此，了解室内土工试验方法也是学习土力学地基及基础这门课程的一个重要方 面。实际上，这也是科学地认识土的工程特性的入门之阶和掌握地基基础科学实 验基本手段的必由之路。 二、土工试验项目 土工测试大致分为两大部分：（1）在现场直接测定，称为原位测试，包括十 字板剪切试验，静、动触探，标准贯入试验，载荷试验，波速测定以及旁压试验 等；（2）从现场采取土样送至实验室的试验，称为室内土工试验。 室内土工试验一般可分为三类：
(1)土的化学性试验，包括土的矿物鉴定，易溶和难溶盐试验，有机质试 验，酸碱度试验，硅、铁、铝、钙、镁、钾全量分析及阳离子交换量试验等。这 些试验用于分析土的物质成分（化学成分、矿物成分）、土粒与介质溶液间的物 理化学作用以及土的结构对其力学性质的影响。 (2)土的物理性试验，包括土的密度、湿度、粒度试验等。具体试验项目 有：密度试验：比重试验：极限密度，即最大密度和最小密度试验：含水量试验： 界限含水量试验，即液限、塑限、缩限试验：颗粒大小分析及孔隙大小分析试验。 这些试验主要用于土的工程分类及判断土的状态。 (3)土的力学性质试验，包括渗透性、压缩性和强度试验等。主要目的是 直接为工程设计提供参数，如渗透系数、变形参数、固结系数、抗剪强度指标、 静止侧压力系数等。 本书内容仅限于实验室内的部分物理性和力学性试验，实验教学学时可根据 教学大纲的要求进行选做。土的物理性和力学性试验项目及其成果的应用参见附 录2。 三、实验的目的和要求 课堂理论教学对土力学课程当然是占主导地位，但土力学地基基础又是一门 实践性很强的课程，它的兼容理论性与实践性的特点，使得历来的教学要求都是 既重视基础理论原理和概念，又注重实践环节和联系工程实际。土工实验是认识 土体基本性质的有效手段，是必不可少的教学环节。通过土工实验课，可以使学 生加深对课堂教学中所学土力学基本原理和概念的理解，并对土的物理、力学性 质、概念及各种计算指标有一个较完整的了解。另一方面也是培养学生自学能力、 分析问题和解决问题能力、独立工作能力和动手能力的重要手段。通过实验课， 使学生掌握或了解土工常规测试方法、原理及其仪器设备的使用。进行实验基本 操作技能的训练，锻炼学生处理实验数据，分析实验结果，编写实验报告的能力。 培养学生严肃认真。实事求是的科学作风。 因此，要求学生在上实验课时，要做到以下几点： (1)认真预习实验内容，了解实验的基本原理、实验方法及实验步骤等： (2)实验课上认真听讲，掌握实验的关键内容与注意事项等： (3)严格按照实验规程进行实验操作，并做好实验记录： (4)根据实验记录进行数据处理，并对实验结果进行分析，最后填写出实 验报告
3 （1）土的化学性试验，包括土的矿物鉴定，易溶和难溶盐试验，有机质试 验，酸碱度试验，硅、铁、铝、钙、镁、钾全量分析及阳离子交换量试验等。这 些试验用于分析土的物质成分（化学成分、矿物成分）、土粒与介质溶液间的物 理化学作用以及土的结构对其力学性质的影响。 （2）土的物理性试验，包括土的密度、湿度、粒度试验等。具体试验项目 有：密度试验；比重试验；极限密度，即最大密度和最小密度试验；含水量试验； 界限含水量试验，即液限、塑限、缩限试验；颗粒大小分析及孔隙大小分析试验。 这些试验主要用于土的工程分类及判断土的状态。 （3）土的力学性质试验，包括渗透性、压缩性和强度试验等。主要目的是 直接为工程设计提供参数，如渗透系数、变形参数、固结系数、抗剪强度指标、 静止侧压力系数等。 本书内容仅限于实验室内的部分物理性和力学性试验，实验教学学时可根据 教学大纲的要求进行选做。土的物理性和力学性试验项目及其成果的应用参见附 录2 。 三、实验的目的和要求 课堂理论教学对土力学课程当然是占主导地位，但土力学地基基础又是一门 实践性很强的课程，它的兼容理论性与实践性的特点，使得历来的教学要求都是 既重视基础理论原理和概念，又注重实践环节和联系工程实际。土工实验是认识 土体基本性质的有效手段，是必不可少的教学环节。通过土工实验课，可以使学 生加深对课堂教学中所学土力学基本原理和概念的理解，并对土的物理、力学性 质、概念及各种计算指标有一个较完整的了解。另一方面也是培养学生自学能力、 分析问题和解决问题能力、独立工作能力和动手能力的重要手段。通过实验课， 使学生掌握或了解土工常规测试方法、原理及其仪器设备的使用。进行实验基本 操作技能的训练，锻炼学生处理实验数据，分析实验结果，编写实验报告的能力。 培养学生严肃认真。实事求是的科学作风。 因此，要求学生在上实验课时，要做到以下几点： （1）认真预习实验内容，了解实验的基本原理、实验方法及实验步骤等； （2）实验课上认真听讲，掌握实验的关键内容与注意事项等； （3）严格按照实验规程进行实验操作，并做好实验记录； （4）根据实验记录进行数据处理，并对实验结果进行分析，最后填写出实 验报告
渗透实验 实验项目名称：渗透实验 实验项目性质：普通实验 所属课程名称：土力学 实验计划学时：2 常水头渗透实验 一、实验目的 测定无粘性土的渗透系数k,以便了解土的渗透性能大小，用于 土的渗透计算和供建造土坝时选土料之用。 二、实验内容和要求 采用常水头渗透实验测定所给士样的渗透系数，并较适用于砂土 的渗透系数的测定。本试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸 法脱气，试验时的水温宜高于试验室温度3~4℃。当进行不同的孔 隙比下的渗透试验时，应以孔隙比的为纵坐标，渗透系数的对数为横 坐标，绘制关系曲线。 三、实验主要仪器设备和材料 (1)常水头渗透仪：如图1所示 (2)土样： (2)天平：称量200g,感量0.01g 称量1000g,感量0.1g (3)其它：木击锤、秒表、温度计、量杯等
4 渗透实验 实验项目名称：渗 透 实 验 实验项目性质：普 通 实 验 所属课程名称：土 力 学 实验计划学时：2 常水头渗透实验 一、 实验目的 测定无粘性土的渗透系数 k，以便了解土的渗透性能大小，用于 土的渗透计算和供建造土坝时选土料之用。 二、 实验内容和要求 采用常水头渗透实验测定所给土样的渗透系数，并较适用于砂土 的渗透系数的测定。本试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸 法脱气，试验时的水温宜高于试验室温度 3～4℃。当进行不同的孔 隙比下的渗透试验时，应以孔隙比的为纵坐标，渗透系数的对数为横 坐标，绘制关系曲线。 三、 实验主要仪器设备和材料 （1）常水头渗透仪：如图 1 所示 （2）土样； （2）天平：称量 200g，感量 0.01g; 称量 1000g，感量 0.1g; （3）其它：木击锤、秒表、温度计、量杯等