土质学与土力学试验指导书能源与交通工程学院1
1 土质学与土力学试验指导书 能源与交通工程学院
试验一土的物理性质实验一、实验目的通过测定土样的含水量の、密度p、相对密度ds，确定土的三相比例指标；二、实验要求1由实验室提供一组扰动土样，要求学生测定该土样的含水量、密度和土的相对密度；2根据实验结果要求学生确定该土的孔隙比e、孔隙率n、饱和度Sr、干土密度pd、和饱和密度psat等物理指标：项目一、含水量实验（烘干法）土的含水量W是指土在105～110℃的温度下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土质量的比值，以百分数表示。本实验采用烘干法，此法为实验室内实验的标准方法。一、仪器设备（1）电热烘箱：温度能保持在105～110℃。（2）天平：称量200g，感量0.01g：（3）其它：干燥器、称量盒等。二、操作步骤1.取一个称量盒并记录盒号，然后用天平称取盒的质量m。。2.从土样中选取具有代表性的试样，粘性土为15一30g，砂性土、有机质土和整体状构造冻土为50g，放入称好质量的称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土的总质量m。3.揭开盒盖，将试样和盒一起放入烘干箱内，在105～110℃恒温下烘至恒重。试样烘至恒重的时间，粘性土不得少于8h，砂性土不得少于6h。含有机质超过5%的土需在65～70℃的恒温下进行烘干。4.按规定时间烘干后，取出称量盒，立即盖好盒盖，置于干燥器内冷却至室温后，称取盒和干土的质量m25.本实验称量应准确至0.01克。三、成果整理按下式计算试样的含水量（精确至0.1%）m-m2×100%0=m2-mo式中：0一含水量（%），准确至0.1%：m一称量盒与湿土质量，克：一称量盒与干土质量，克；m一称量盒质量，克。四、实验记录盒与湿盒与干干土土样称量水质量含水量平均含盒质量土质量土质量质量编号盒号(g)%水量%(g)(g)(g)2
2 试验一 土的物理性质实验 一、实验目的 通过测定土样的含水量ω、密度ρ、相对密度 ds，确定土的三相比例指标； 二、实验要求 1 由实验室提供一组扰动土样，要求学生测定该土样的含水量、密度和土的相对密度； 2 根据实验结果要求学生确定该土的孔隙比 e、孔隙率 n、饱和度 Sr、干土密度ρd、和饱和密度ρsat 等物理指标； 项目一、含水量实验（烘干法） 土的含水量 w 是指土在 105～110℃的温度下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土质量的比 值，以百分数表示。 本实验采用烘干法，此法为实验室内实验的标准方法。 一、仪器设备 （1） 电热烘箱：温度能保持在 105～110℃。 （2） 天平：称量 200g，感量 0.01g； （3） 其它：干燥器、称量盒等。 二、操作步骤 1．取一个称量盒并记录盒号，然后用天平称取盒的质量 m0。 2．从土样中选取具有代表性的试样，粘性土为 15—30g,砂性土、有机质土和整体状构造冻土为 50g, 放入称好质量的称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土的总质量 m1。 3．揭开盒盖，将试样和盒一起放入烘干箱内，在 105～110℃恒温下烘至恒重。试样烘至恒重的时间， 粘性土不得少于 8h，砂性土不得少于 6h。含有机质超过 5%的土需在 65～70℃的恒温下进行烘干。 4．按规定时间烘干后，取出称量盒，立即盖好盒盖，置于干燥器内冷却至室温后，称取盒和干土的 质量 m2。 5．本实验称量应准确至 0.01 克。 三、成果整理 按下式计算试样的含水量（精确至 0.1%） 100% 2 0 1 2 m m m m 式中：ω—含水量（％），准确至 0.1%；m1—称量盒与湿土质量，克；m2—称量盒与干土质量，克； m0—称量盒质量，克。 四、实验记录 土样 编号 称量 盒号 盒质量 盒与湿 土质量 （g） 盒与干 土质量 (g) 水质量 (g) 干土 质量 (g) 含水量 % 平均含 水量%
五、注意事项1、试验时打开土样应立即进行测定，以免改变土样中的水份散失，影响实验结果。2、本试验需进行2次平行测定，并取两个含水量测值的算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。小于10含水率（%）10—40大于400.51.02.0允许平行差值（%）3、烘干盒中的湿试样质量称取以后由实验员负责烘干，同学们在12小时后抽时间来实验室称干试样的质量。项目二、密度实验（环刀法）土的密度p是土质量密度的简称，指单位体积土样的质量，即土的总质量（m）与其体积（V）之比，是土的基本物理性质指标，单位为g/cm或t/m。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、于密度、孔隙比、孔隙度等指标的主要依据，也是挡主墙主压力计算、主坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的主要指标之一。密度的测定，对一般粘性土采用环刀法。如试样易碎或难以切削成有规则的形状时，可以采用蜡封法。本实验采用环刀法一、仪器设备（1）环刀：内径为61.8mm（面积30cm2）或79.8mm（面积50cm2），高度为20mm，壁厚1.5mm；（2）天平：称量200g，感量0.1g。（3）其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。二、操作步骤：1.首先取一个环刀并记录环刀上的编号，再把环刀放在在天平上称取它的质量m1。2：根据工程需要取原状王或所需湿度密度的扰动王样，其直径和高度应大于环刀的尺寸。切取原状样时，应保持原来结构并使试样保持与天然主层受荷方向一致。3.先削平土样两端，然后在环刀内壁涂一薄层凡士林油，刀口向下放在土样上，用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止。4，根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或切土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片以免水分蒸发。注意修平样时，不得用刮刀往复涂沫王样，以免土面孔隙堵塞。5.擦净环刀外壁，称环刀和土的质量m2，精确至0.1克。三、成果整理按下式分别计算土的湿密度和干密度m_mz-mPs-V-VpPa=1+0.01w式中：p一湿密度（g/cm2），精确至0.01g/cm33
3 五、注意事项 1、试验时打开土样应立即进行测定，以免改变土样中的水份散失，影响实验结果。 2、本试验需进行 2 次平行测定，并取两个含水量测值的算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。 含水率（%） 小于 10 10—40 大于 40 允许平行差值（%） 0.5 1.0 2.0 3、烘干盒中的湿试样质量称取以后由实验员负责烘干，同学们在 12 小时后抽时间来实验室称干试样 的质量。 项目二、密度实验（环刀法） 土的密度ρ是土质量密度的简称，指单位体积土样的质量，即土的总质量（m）与其体积（V）之比， 是土的基本物理性质指标，单位为 g/cm3或 t/m3。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重 应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的主要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载 力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的主要指标之一。 密度的测定，对一般粘性土采用环刀法。如试样易碎或难以切削成有规则的形状时，可以采用蜡封法。 本实验采用环刀法 一、仪器设备 （1）环刀：内径为 61.8mm（面积 30cm2）或 79.8mm（面积 50cm2），高度为 20mm，壁厚 1.5mm； （2）天平：称量 200g，感量 0.1g。 （3）其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。 二、操作步骤： 1．首先取一个环刀并记录环刀上的编号，再把环刀放在在天平上称取它的质量 m1。 2．根据工程需要取原状土或所需湿度密度的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸。切取原状 土样时，应保持原来结构并使试样保持与天然土层受荷方向一致。 3．先削平土样两端，然后在环刀内壁涂一薄层凡士林油，刀口向下放在土样上，用切土刀将土样削 成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止。 4．根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或切土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片， 以免水分蒸发。注意修平土样时，不得用刮刀往复涂沫土样，以免土面孔隙堵塞。 5．擦净环刀外壁，称环刀和土的质量 m2，精确至 0.1 克。 三、成果整理 按下式分别计算土的湿密度和干密度 V m m V m 2 1 w d 1 0.01 式中： ρ—湿密度（ g/cm3），精确至 0.01g/cm3
Pa一干密度（g/cm2），精确至0.01g/cm3m一湿土质量（g）；mi一环刀质量(g);m2一环刀质量加湿土质量（g）：V一环刀容积（cm3）。计算至0.01g/cm。W一含水量四、实验记录环刀+土环刀湿土质环刀容平均湿环刀湿密度量质量质量积密度号(g/cm)(g)(g)(g)(cm3)(g/cm3)五、注意事项1.用环刀切试样时，为了防止环刀内试样结构被扰动，环刀应垂直均匀缓慢下压。2、试验时为了防止称质量时试样中水分被蒸发，影响试验结果，宜用两块玻璃片盖住环力上下面称取质量，但计算时必须扣除玻璃片的质量。3、每次作两次平行测定，两次实验差值不得大于0.03g/cm2，取算术平均值作为最后结果。项目三、液塑限实验粘性土的物理状态随着含水量的变化而变化，当含水量不同时，粘性土可分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。土从可塑状态转到流动状态的界限含水量称为液限w：土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限w土从半固体状态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，小到体积不再缩小时的界限含水量称为缩限w，。界限含水量试验要求土的颗粒粒径小于0.5mm，有机质含量不超过5%，宜采用天然含水量的试样，但也可采用风干试样。一、实验方法及原理1.液限实验（1）圆锥仪法：圆锥仪液限试验就是将质量为76g，锥角为30°且带有平衡装置的的圆锥仪，轻放在调配好的试样的表面，使其在自重的作用下沉入中，若圆锥体经过5s恰好沉入士中10mm深度，此时试样的含水量就是液限。（2）碟式仪法：碟式仪液限试验就是将调配好的土膏放入土碟中，用开槽器分成两半，以每秒两次的速率将土碟由100mm高度下落，当土碟下落击数为25次时，两半土膏在碟底的合拢长度恰好达到13mm，此时试样的含水量即为液限。（3）液、塑限联合测定法：液塑限联合测定是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具有线性关系这一特性来进行的。利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水量时的圆锥入土深度，并绘制圆锥入土深度与含水量的关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm（17mm）4
4 d －干密度（ g/cm3），精确至 0.01g/cm3 m－湿土质量（g）； m1—环刀质量(g)； m2—环刀质量加湿土质量（g）； V—环刀容积（cm3）。计算至 0.01 g/cm3。 w －含水量 四、实验记录 环刀 号 环刀+土 质量 （g） 环刀 质量 (g) 湿土质 量 (g) 环刀容 积 (cm3) 湿密度 (g/cm3) 平均湿 密度 (g/cm3) 五、注意事项 1．用环刀切试样时，为了防止环刀内试样结构被扰动，环刀应垂直均匀缓慢下压。 2、试验时为了防止称质量时试样中水分被蒸发，影响试验结果，宜用两块玻璃片盖住环刀上下面称 取质量，但计算时必须扣除玻璃片的质量。 3、每次作两次平行测定，两次实验差值不得大于 0.03g/cm³,取算术平均值作为最后结果。 项目三、液塑限实验 粘性土的物理状态随着含水量的变化而变化，当含水量不同时，粘性土可分别处于流动状态、可塑状 态、半固体状态和固体状态。粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。土从可塑 状态转到流动状态的界限含水量称为液限 wL ；土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限 wp ， 土从半固体状态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，小到体积不再缩小时的界限含水量称为缩限 ws 。 界限含水量试验要求土的颗粒粒径小于 0.5mm，有机质含量不超过 5%，宜采用天然含水量的试样， 但也可采用风干试样。 一、实验方法及原理 1．液限实验 （1）圆锥仪法：圆锥仪液限试验就是将质量为 76g，锥角为 30°且带有平衡装置的的圆锥仪，轻放 在调配好的试样的表面，使其在自重的作用下沉入土中，若圆锥体经过 5s 恰好沉入土中 10mm 深度，此时 试样的含水量就是液限。 （2）碟式仪法：碟式仪液限试验就是将调配好的土膏放入土碟中，用开槽器分成两半，以每秒两次 的速率将土碟由 100mm 高度下落，当土碟下落击数为 25 次时，两半土膏在碟底的合拢长度恰好达到 13mm， 此时试样的含水量即为液限。 （3）液、塑限联合测定法：液塑限联合测定是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水量在双对 数坐标上具有线性关系这一特性来进行的。利用圆锥质量为 76g 的液塑限联合测定仪测得土在不同含水量 时的圆锥入土深度，并绘制圆锥入土深度与含水量的关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为 10mm（17mm）
时所对应的含水量即为土样的液限，查得圆锥下沉深度为2mm时所对应的含水量即土样的为塑限。2.塑限实验（1）滚搓法：滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓王条，当土条直径搓成3mm时产生裂缝并开始断裂，此时试样的含水量即为塑限。（2）液、塑限联合测定法：同上。这里只介绍液、塑限联合测定法。二、仪器设备（1）液塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。图1所示为光电式液塑限联合测定仪，圆锥质量为76克，锥角为30°；读数显示为光电式；试样杯内径为40～50mm，高度为30~40mm。（2）天平：称量200g，分度值0.01g（3）烘箱、干燥器。（4）铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、研钵、凡士林等。三、操作步骤1.原则上采用天然含水量试样，但也允许采用风干土样，当试样中含有大于0.5mm的土粒和杂物时应过0.5mm筛。2.当采用天然含水量土样时，取代表性土样250克：采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性试样250g，放入盛土皿中，用纯水调制成均匀状，然后放入密封的保湿缸中，静置24小时。3.将制备好的土膏用调土刀充分调拌均匀，图1-1液塑限联合测定仪示意图分层密实地填入试样杯中，注意土中不能留有空隙1-，显示屏2-电磁铁3-带标尺的圆锥仪4-试样杯装满试杯后刮去余土使王样与杯口齐平，并将试样杯放在5-控制开关6升降座联合测定仪的升降座上。4.将圆锥仪擦拭干净，并在锥体上抹一薄层凡士林，然后接通电源，使电磁铁吸稳圆锥。5.调节屏幕准线，使初始读数为零。然后转动升降座，使试样杯徐徐上升，当圆锥尖刚好接触试样表面时，指示灯亮，圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度。6.取下试样杯，挖出锥尖入土处的凡士林，取锥体附近不少于10g的试样，放入称量盒内，测定含水量。干并调7.将剩余试样从试杯中全部挖出，在加水或吹匀，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水量下的圆锥2在三点以下沉深度和其相应的含水量。液塑限联合测定至少1和上，其圆锥入土深度宜分别控制在3~4mm，7~9mm()15~17mmT5四、成果整理1.计算含水量：T8:1020304006015含水率（%）图1-2圆锥下沉深度与含水量关系曲线
5 时所对应的含水量即为土样的液限，查得圆锥下沉深度为 2mm 时所对应的含水量即土样的为塑限。 2．塑限实验 （1）滚搓法：滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径搓成 3mm 时产生裂缝并 开始断裂，此时试样的含水量即为塑限。 （2）液、塑限联合测定法：同上。 这里只介绍液、塑限联合测定法。 二、仪器设备 （1）液塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。图 1 所示为 光电式液塑限联合测定仪，圆锥质量为 76 克，锥角为 30º；读数显示为光电式；试样杯内径为 40～50mm， 高度为 30～40mm。 （2）天平：称量 200g，分度值 0.01g。 （3）烘箱、干燥器。 （4）铝盒、调土刀、孔径 0.5mm 的筛、研钵、凡士林等。 三、操作步骤 1．原则上采用天然含水量试样，但也允许 采用风干土样，当试样中含有大于 0.5mm 的土 粒和杂物时应过 0.5mm 筛。 2．当采用天然含水量土样时，取代表性土 样 250 克；采用风干土样时，取过 0.5mm 筛的 代表性试样 250g，放入盛土皿中，用纯水调制成均匀膏状， 然后放入密封的保湿缸中，静置 24 小时。 3．将制备好的土膏用调土刀充分调拌均匀， 分层密实地填入试样杯中，注意土中不能留有空隙， 装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在 联合测定仪的升降座上。 4．将圆锥仪擦拭干净，并在锥体上抹一薄层凡士林，然后接通电源，使电磁铁吸稳圆锥。 5．调节屏幕准线，使初始读数为零。然后转动升降座，使试样杯徐徐上升，当圆锥尖刚好接触试样 表面时，指示灯亮，圆锥在自重下沉入试样内，经 5 秒后立即测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度。 6．取下试样杯，挖出锥尖入土处的凡士林，取锥体附近不少于 10g 的试样，放入称量盒内，测定含 水量。 7．将剩余试样从试杯中全部挖出，在加水或吹 干并调 匀，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水量 下的圆锥 下沉深度和其相应的含水量。液塑限联合测定至少 在三点以 上，其圆锥入土深度宜分别控制在 3~4mm，7~9mm 和 15~17mm。 四、成果整理 1． 计算含水量： 图 1-1 液塑限联合测定仪示意图 1- 显示屏 2-电磁铁 3-带标尺的圆锥仪 4-试样杯 5-控制开关 6 升降座 图 1-2 圆锥下沉深度与含水量关系曲线