1、 土工試驗指導書長春工程學院巖土工程測試實驗室 2010.11.18目 錄實驗一 含水率試驗（烘干法）實驗二 密度試驗（環刀法） 實驗三 土粒密度（比重）試驗實驗四 土的液限、塑限試驗實驗五 土的固結試驗（快速法）實驗六 土的直接剪切試驗（快剪）實驗七 土的擊實試驗實驗一 含水率試驗（烘干法） . 基本原理 土的含水量是試樣在105 110 0C下烘至恒量時失去的水質量和干土質量的比值，用百分比表示。含水量是土的基本物理性指標之一，它是計算土的干密度，孔隙比，飽和度等的必要指標，亦是檢測土工構筑物施工質量的重要指標。目前國內外測定含水量的方法有多種。主要有烘干法，酒精燃燒法，砂土炒干法等。但能

2、確定質量，操作簡便又能符合含水量定義的試驗方法仍以烘干法為主。 . 適用范圍 本試驗方法適用于粘性土、砂性土和有機質土類。 . 儀器設備 (1). 烘箱：可采用電熱烘箱或溫度能保持100 105 0C的其它能源烘箱，也可用紅外線烘箱。 (2). 天平：稱量200g；感量0.01g。 (3). 其它：，干燥器，稱量盒等。 . 操作步驟（）.取具有代表性試樣，粘性土為 20 g ，砂性土，有機質土為 50 g ，放入稱量盒內，蓋上盒蓋，稱濕土質量，精確至0.01g 。（）.打開盒蓋，將稱量盒置于烘箱內，在100 105 0C恒溫下烘干。烘干時間對粘性土不得少于h，對砂性土不得少于h。對含有機質超過

3、 的土，應將溫度控制在6570 0的恒溫下烘干。（）.將稱量盒從烘箱中取出，蓋上盒蓋，放入干燥容器內冷卻至室溫，稱干土質量，精確至0.01g 。 . 成果整理 (1).試樣的含水量，應按下式計算，精確至0.1% 式中W0土的含水量 ； m0試樣濕質量（ g ）； md試樣干質量（ g ）。(2).含水量試驗應進行兩次平行測定，兩次測定的差值，當含水量小于40 時不得大于 ；大于40時不得大于 。取兩次測值的平均值。(3).記錄格式見表 11 . 注意事項 (1).試驗規定烘干濕度為105 110 0C，這是因為：取決于土的水理性質 ；目前國外一些重要土工試驗標準，烘干濕度在100 115 0C

4、之間，而多數以105 115 0C 為標準，故本試驗采用105 110 0C 。 (2).試樣烘至恒量所需的時間與土的類別及取土數量有關。本試驗規定土量為15 30 g對砂性土宜烘6 8 h ，粘性土宜烘810 h。砂性土、礫質土因持水性差，顆粒大小相差懸殊，水分變化大，所以試驗應多取一些，本試驗規定取50g 。對有機質含量超過的土，因土質不均勻，采用烘干法時，除注明有機質含量外，亦應取50g 。 (3).含有機質土在100 105 0C濕度下經長時間烘干后，有機質特別是腐植酸會在烘干過程中逐漸分解而不斷損失，使測得的含水量比實際的含水量大，土中有機質含量越高誤差就越大。故本試驗對有機質含量超

5、過的土，規定在0的恒溫下進行烘干。 (4).進行含水量試驗時，常因試樣代表性不足，而使測定結果失支實際意義，因此選取土樣時需細心拌和均勻。此外，含水量試樣應根據試驗目的和要求選取。若為了了解全土層綜合而概略的天然含水量，可沿土剖面豎向切取土樣，如是配合壓縮，抗剪強度，滲透試驗，應在切取試樣環刀的上下兩面選取土樣。 (5).烘干的試樣應先冷卻再稱質量，一是避免因天平受熱不均影響精度，二是防止熱土吸收空氣中的水分。為此，試樣應放在裝有干燥劑（如氯化鈣）的缸內冷卻，缸口涂以凡士林，與外界空氣隔絕，試樣在干燥缸內冷卻至室溫 ，即可稱質量。 . 思考題（） 為什么粘性土烘的時間要長？（） 當土中有機質含

6、量高時，為什么測得的含水量比實際的含水量要大？ 如何減少誤差？實驗二 密度試驗（環刀法） . 基本原理 土的單位體積質量為土的密度。在天然含水量情況下的密度稱為天然密度。測定密度的目的為了了解土體內部結構的密實情況。工程中需要以容重值表示時，將實測密度值乘以換算系數即可。測定土的密度的方法有很多，主要有環刀法，蠟封法，灌水法，灌砂法等，它們適用于不同的土質情況，下面分別作一介紹。 . 適用范圍 本試驗方法適用于粘性土，是最常用的實驗室方法。 . 儀器設備 .環刀：內徑為61.80.15mm和 79.80.15mm高度為200.016mm。 .天平：稱量500g；感量0.1g； .其他：修土刀，

7、鋼絲鋸，凡士林等。4. 操作步驟 按工程需要取原狀土或制配所需狀態的攏動土，整平兩端，將環刀內壁涂一薄層凡士林，刀口向下放在上。 用修土刀（或鋼絲鋸）將上部削成略大于環刀直徑的土柱，然后將環刀垂直下壓，邊壓邊削至土樣伸出環刀上部為止。削去兩端余土，使與環刀口面齊平，并用剩余土樣測定含水量。 擦凈環刀外壁，稱環刀與土盒質量m1 ,準確至0.1g 。 本試驗須進行二次平行測定，其0.03g/cm3 。求其算術平均值。 .成果整理 .按下列公式計算密度 式中：濕密度，g/cm； 環刀與土樣之質量，g ； 環刀的質量，g ； V土的體積，cm。 計算準至0.01g/ cm。 . 記錄格式見表12實驗三

8、 土粒密度（比重）試驗一. 基本原理土粒密度是指土的固體部分的單位體積的質量。土的固體部分質量可用精密天秤測得。相應之土粒的體積一般應用排除與土粒同體積之液體的體積方法測得。通常用比重瓶法測定土粒的體積，此法適用于粒徑小于5mm或者含有少量5mm顆粒的土。粒徑大于5mm的土則用虹吸筒法，該方法的原理是將顆粒放入盛有一定水位的虹吸筒中，排開的水量即為試樣的體積。對于砂土可用大型的李氏比重瓶法，其原理與虹吸筒法相似。在用比重法測定土粒體積時，必須注意所排除的液體體積確能代表固體顆粒的真實體積。土中含有氣體，試驗時必須把它排盡，否則影響測試精度，可用煮沸法或抽氣法排除土內氣體。所用的液體一般為蒸餾水

9、。若土中含有大量的可溶鹽類、有機質、膠粒時，則可用中性液體，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此時必須用抽氣法排氣。二. 儀器設備1. 比重瓶 容量100cm或者50cm；有毛細式與長頸式兩種；2. 分析天秤 感量0.001g，稱量200g；3. 砂浴（或可調電加熱器）；4. 真空抽氣設備；5. 恒溫水槽；6. 溫度計 測定范圍050，精確至0.5；7. 其它 烘箱、蒸餾水、中性液體、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁缽及研棒、孔徑為2mm篩等。三. 操作步驟 土樣的制備 取有代表性的風干土樣約100g，充分研散并全部過2mm的篩。將過篩風干土及洗凈的比重瓶在100105下烘干，取出后置于干燥器內冷卻至室溫

10、稱量后備用。 測定干土的質量 稱烘干土15g通過漏斗傾入已知質量的烘干比重瓶中，然后在分析天平上稱得瓶加土的質量，減去瓶的質量即得土粒質量。煮沸（或抽氣）排氣 （）煮沸排氣 注蒸餾水于盛有土樣的比重瓶中至半滿，輕搖比重瓶使土粒分散，將瓶置于沙浴上煮沸，由開始沸騰時算起，若為砂土及亞砂土煮沸時間應不少于30分鐘，粘土及亞粘土應不少于1小時，以排除氣體。 (2 )抽氣排氣 將盛有土樣及半滿蒸餾水之比重瓶放在真空抽氣缸內，接上真空泵，真空度應接近一個大氣壓，直至搖動時無氣泡逸出為止，抽氣時間一般為12小時。4. 測定瓶加水加土之質量 （1）若用煮沸排氣法時，煮沸完畢后，取出比重瓶冷卻至室溫，注蒸餾水

11、于比重瓶中（毛細式注至近滿加蓋，長頸式則注至近刻度處）。然后將比重瓶置于恒溫水槽內待溫度穩定，瓶內上部懸液澄清后，取出比重瓶。 （2）若為毛細式比重瓶應注蒸餾水至瓶口，塞上瓶塞，使多余的水自毛細管中溢出。瓶塞塞好后，瓶內不應留有空氣，如有應再加水重新塞好。將瓶外水分擦干后稱量，得瓶、水、土之質量稱完后立即測定瓶內懸液之溫度。若為長徑式比重瓶，應加蒸餾水于刻度處，擦干瓶外水分稱量。5. 測定瓶加水之質量 倒掉瓶中懸液，洗凈比重瓶，灌滿蒸餾水加蓋，恒溫約15分鐘，使瓶內蒸餾水溫度與懸液的溫度一致。檢查瓶內有無氣泡，若有，需排除之。然后擦干瓶外水分稱量，得瓶加水的質量。6. 按下式計算土粒的密度，準

12、確至0.01g/cm3。 式中：土粒的質量，g； 瓶加水加土的質量，g； 瓶加水的質量，g； t時蒸餾水的密度，可由表查得。7. 本實驗須進行兩次平行測定，取其算術平均值，其平行差值不得大于0.02g/cm。表 不 同 溫 度 時 水 的 密 度水溫30.5 33.04.0 12.512.5 19.019.0 23.523.5 27.527.5 30.5水的密度g /cm30.9951.0000.9990.9980.9970.996 四. 注意事項1.煮沸（或抽氣）排氣時，必須防止懸液濺出瓶外，火力要小，并防止煮干。必須將土中氣體排盡，否則影響實驗成果。2.必須使瓶中懸液與蒸餾水的溫度一致。

13、3. 稱量必須準確，測定m1及m2時，必須將比重瓶外水分擦干。 4.若用長頸式比重瓶，液體灌滿比重瓶時，液面位置前后必次應一致，以彎液面下緣為準。 五. 思考題1. 土中空氣如不排除，所得土粒密度偏大不是偏小？為什么？2. 在測定粘粒含量多的土粒密度時用蒸餾水測得的結果是偏大還是偏小？為什么？實驗四 土的液限、塑限試驗一. 基本原理在界限含水率中，意義最大的是從粘流狀態過渡到粘塑狀態的液限（）和從塑態過渡到半固態的塑限（），土的塑性指數是液限與塑限之差（），它是表示土的塑性強弱的指標。理論上，液限時土出現一定的流動阻力，即有最小可量度的抗剪強度。國內外測定液限的方法使用兩種不同儀器：瓦氏錐式儀

14、和卡氏碟式儀。前者是前蘇聯AM瓦西里耶夫經多次試驗認為錐面30重0.76N的圓錐體，沉入土體的深度10mm時的含水率就是液限。后者是美國卡薩格蘭德所研制的用專門的半圓形銅碟，將土平鋪碟中，用劃刀分成兩半，以每秒2次的速率將碟由10mm高度落下。當下落擊數為25次時，原來被劃刀分成兩半的土在碟底的合攏長度恰好達到13mm時，其含水率就是液限。通過計算，錐式儀液限土的抗剪強度為8.4，碟式儀液限的抗剪強度為2.7。國內外學者多數認為碟式儀液限的抗剪強度值符合基本物理意義。但手續較繁瑣，強度帶有擾動的性質，方法有改善的必要。錐式儀液限的抗剪強度過大，用此所得含水率偏小，但強度屬靜力性質，測試簡易，適

15、當改進可以推廣運用。研究表明，用瓦氏圓錐儀，土體下沉17mm時的含水率大致相當于卡氏碟式儀液限，可以等效碟式儀液限。因此，在使用液限時，應標明何種儀器測得，即目前我國所測得的液限有三種： 錐式儀液限（下沉10mm）； 錐式儀液限（下沉17mm），等效碟式儀液限； 碟式儀液限。 我國廣泛使用10mm錐式液限儀，積累了大量資料，沒有特別注明的液限均屬于此種液限。土的塑態與固態間的界限含水率稱土的塑限。塑限的測定方法主要根據土處于塑態時可塑成任意形狀也不產生裂紋，處于固態時很難搓成任意形狀，若勉強搓成時，土面要發生裂紋或斷折等現象，這兩種物理狀態特征作為塑態和固態的界限。即當土搓成一定粗細的土條表面

16、開始出現裂紋時的含水率，即為塑限。此外，我國還采用圓錐式液塑限聯合測定儀，它是用瓦氏圓錐儀在專門的儀器上測定土在不同含水率時的圓錐入土深度，在雙對數坐標紙上繪成圓錐入土深度與含水率的關系直線。在直線上分別查得圓錐入土深度17mm、10mm和2mm時的相應含水率，認為就是碟式儀液限（等效）、錐式儀液限和塑限。二液限試驗(圓錐法) （一）.儀器設備 鋁盒、調土杯及調土刀； 錐式液限儀（圖I1）； 天平 感量0.01g; 篩 孔徑0.5mm； 磁缽和橡皮頭研棒； 烘箱； 干燥器。 圖11 錐式液限儀 1.手柄; 2.錐體; 3.平衡錐; 4試杯; 5.底座; 6.試樣(二). 操作步驟 1 制備土樣

17、取天然含水率的土樣50g捏碎過篩，若天然土樣已風干，則取樣80g研碎過0.5mm篩。加蒸餾水調成糊狀，蓋上濕布或置保濕器內12小時以上，使水分均勻分布。 2 裝土樣于試杯中將備好的土樣再仔細拌勻一次，然后分層裝入試杯中，用手掌輕拍試杯，使杯中空氣逸出，土樣填滿后，用調土刀抹平土面，使之與杯緣齊平。 放錐 (1). 在平衡錐尖部分涂上一薄層凡士林，以姆指和食指執錐柄，使錐尖與試樣面接觸并保持錐體垂直，松開手指，使錐體在其自重作用下沉入土中，注意放錐時要平穩，避免產生沖擊力。 (2). 放錐15秒鐘后，觀察錐體沉入土中的深度，以土樣表面與錐接觸處為準，若恰為10mm（錐上有標志），則認為這時的含水

18、率就為液限。若錐體入土深度大于或小于10mm時，表示試樣含水率大于或小于液限。此時應挖去沾有凡士林的土，取出全部試樣放在調土杯中，使水分蒸發或加蒸餾水重新調勻，直至錐體下沉深度恰為10mm為止。 有些圓錐也刻有17mm的標志，若錐體下沉深度恰為17mm，此液限為17mm液限，等效碟式液限。 測液限含水率 將所測得的合格試樣，挖去沾有凡士林的部分，取錐體附近試樣少許（約1520g）放入鋁盒中測定其含水率，此含水率即為液限。 5 本實驗須做兩次平行測定，計算準確至0.1%，取算術平均值，兩次平行差值不得大于2。 (四). 注意事項 1. 若調制土樣含水率過大，只許在空氣中晾干或用吹風機吹干，也可用

19、調土刀攪拌或用手搓捏，切不能加干上或放在電爐上烘烤。2. 放錐時要平穩，避免產生沖擊力。3. 從試杯中取出土樣時，必須將沾有凡士林的土棄掉，方能重新調制或者取樣測含水率。 (五). 思考題 1. 平衡錐放入土中時，為何不能隨意放下？ 2. 放錐后土面發生什么樣的變化？三塑限試驗（滾搓法） (一).儀器設備 鋁盒、調土刀、調土杯、滴瓶； 磁缽及橡皮頭研棒； 天平 感量0.01g； 烘箱、干燥器、電熱吹風器； 篩 孔徑0.5mm； 毛玻璃板 約300200mm。 (三). 操作步驟 1. 制備土樣按液限試驗制備試樣，但加的水分要少，使土團不沾手。2. 搓條取一小塊試樣在手中揉捏至不沾手，用手指捏成

20、橢球形，置于毛玻璃板,上用手掌輕輕搓滾，手掌用力要均勻，土條長度不能超過手掌寬度，土條不能出現空心現象，當土條搓至直徑為3mm時，產生裂紋并開始斷裂，此時的含水率恰為塑限。若土條搓至3mm仍未產生裂紋，表示該試樣含水率高于塑限，應將土條重新揉捏，再搓滾之。若土條直徑大于3mm就斷裂，表示其含水率低于塑限，應棄去，重新取土揉捏搓滾，直至達到標準為止。每搓好一合格的土條后，應立即將它放在鋁盒里，蓋上盒蓋，避免水分蒸發，直到土條達35g為止。3. 測塑限含水率將放在鋁盒中的土條稱量，烘干后再稱干土的質量，計算含水率。 4 .本試驗須做兩次平行測定，取其算術平均值，計算準確至0.1%，兩次平行差值，粘

21、土、亞粘土不得大于2，亞砂土不大于1。5. 用測得之液限與塑限值計算塑性指數，并按塑性指數分類定出土名。 6. 應用測得之液限、塑限、天然含水率計算液性指數，并評價土所處的稠度狀態。 (四). 注意事項 1. 搓滾土條時必須用力均勻，以手掌輕壓，不得作無壓滾動，應防止土條產生中空現象，所以搓滾前土團必須經過充分的揉捏。2. 土條在數處同時產生裂紋始達塑限，如僅有一條斷裂可能由于用力不均而產生。產生的裂紋必須呈螺紋狀。 四.液限、塑限聯合測定試驗除使用專門的聯合測定儀外，其他設備與測液限同，主要操作步驟如下： 1制備土樣 按液限試驗制備土樣的要求，取代表性土樣約300g，分放在三個調土皿中，加蒸

22、餾水調制成三種不同含水率的土膏，并蓋上濕布靜置12小時以上。三種不同含水率分別控制圓錐入土深度大致在17mm、10mm、mm附近。 2裝土進杯 將某一含水率的調土皿中的土膏用調土刀充分攪拌均勻，密實，填入試樣杯中，填滿后刮平表面，將杯放在聯合測定儀的升降杯座上。 3放錐入土 在圓錐上抹一厚層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。調整升降座，使圓錐尖接觸試樣面。調節讀數零點，關斷電源，使圓錐失磁而自重下沉土中，約5秒后測讀圓錐入深度。4測含水率 取出試杯，取部分試樣測定含水率。重復以上步驟，再測定另兩試樣的圓錐入土深度及含水率。5繪制曲線 以含水率為橫坐標，圓錐入土深度為縱坐標，在雙對數坐標紙上繪

23、制關系曲線，三點應在一直線上。當三點不在一直線上時，通過高含水率的點與其余兩點連成直線，在入土深度為2mm處查得相應兩個含水率，當兩個含水率差值小于2時，應以該兩點含水率的平均值與高含水率的點連成一直線，作為關系直線，否則應補作低含水率的點。6定液塑限 在關系直線上查得入土深度17mm所對應的含水率為17mm液限（等效碟式儀液限），深度10mm所對應的含水率為 10mm液限（即習慣的錐式儀液限），深度2mm 所對應的含水率為塑限，取值至整數。 圖12 錐入土深度與含水率 (h w) 關系圖思考題 土的液限、塑限的物理意義是什么？ 搓條法測定土的液、塑限有那些不足？液、塑限聯合測定土的液、塑限時

24、有哪些優點？實驗五 土的固結試驗一、基本原理土的壓縮性是指土在壓應力作用下發生壓縮變形，體積被壓縮變小的性能。飽水土在壓應力作用下，由于孔隙水的不斷排出而引起的壓縮過程稱為滲透固結，因此，飽水土的壓縮試驗亦稱固結試驗。固結試驗是將土樣放在金屬器內，在有側限的條件下施加壓力，觀察土在不同壓力下的壓縮變形量，以測定土的壓縮系數、壓縮模量、壓縮指數、固結系數、前期固結壓力等有關壓縮性指標，作為工程設計計算的依據。一般壓縮儀有杠桿式和磅秤式兩種，杠桿式壓縮儀是用砝碼通過杠桿加壓，壓力僅為0.40.6MPa，基本上能滿足一般工程要求，且數臺儀器可裝在一個試驗臺架上，占地面積小，便于管理，目前被廣泛采用。

25、磅秤式壓縮儀是通過帶有加壓框架的磅秤施加壓力，儀器壓力可達5MPa，適用于較大工程，可以用來測定壓縮指數和前期固結壓力、固結系數等指標，本實驗采用杠桿式壓縮儀。固結試驗中每級壓力的施加，是在前一級荷重下壓縮至穩定后施加的，按穩定標準的不同，通常將固結試驗分為兩類： 1穩定壓縮 每級壓力下24小時為壓縮穩定標準，測記試樣高度變化后，即可施下級壓力，是各類規范的常規標準；對某些滲透系數大于10cm/s的粘性土，允許以一小時內試樣變形量不大于0.005mm作為相對穩定標準，結果能夠滿足工程要求。 2快速壓縮 在各級壓力下，壓縮時間規定為一小時，僅在最后一級壓力下，除測記一小時變形量外，還測讀到穩定標

26、準（24小時）時的變形量，然后在整理資料時，根據最后一級變形量，較正前幾級壓力下的變形量，當試驗要求精度不高時，可采用快速壓縮法。 圖13 杠桿式壓縮儀裝置示意圖 圖14 壓縮容器示意圖1. 測微表；2.上部橫梁; 3. 壓縮容器; 4.水平臺; 5.上部 1.測微表; 2.加壓蓋; 3.固定環; 4環刀;固定螺絲; 6.下部固定螺絲; 7.平衡錘; 8.杠桿; 9.砝碼盤 5.透水石; 6透水底板; 7容器外殼二、 儀器設備1 杠桿式固結儀，包括加壓及測壓裝置，壓縮容器和測微表；2 測含水率和密度所需的設備；3 其它：濾紙、鐘表等。三、 操作步驟1試樣制備 按工程要求取原狀土或制備所需狀態的

27、擾動土樣，按測定土的密度的方法用環刀切取土樣，測定土的密度，并同時取土測定土的含水率和土粒密度。2安裝環刀 將裝有土樣的環刀外壁涂上凡士林油后，刃口向下套上護環，按圖I4安裝容器，首先將底板放在容器內，底板上順次放潔凈濕潤的透水石和濾紙各一。再借提環螺絲將護環（內有環刀及試樣）放到容器內，然后再在試樣頂上順次放入潔凈潤濕的濾紙和透水石，最后放上加壓導環和傳壓活塞。3檢查設備 檢查加壓設備是否靈敏，調整平衡錘使杠桿水平，然后用下部支撐螺絲頂住。4安置容器 將裝好試樣的壓縮容器放到水平臺固定位置，再將上部加壓框架放上，安置測微表。5施加預壓 為保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好，應施加1KPa的

28、預壓荷重。調整測微表讀數至零點。 6 加壓觀測 (1 ). 加第一級荷重，其大小視土的軟硬程度分別采用0.0125,0.025和0.05Mpa，同時記錄加荷時間，在試驗過程中，應始終保持加荷杠桿水平，加壓時將砝碼輕放在砝碼盤上。 (2 ). 如系飽和試樣，則在施加第一級荷重后，立即向容器中注水至滿，如系非飽和試樣，須以濕紗布圍住上下透水石四周，避免水分蒸發。 (3 ). 加荷后每隔一小時讀測微表一次，以壓縮滿24小時為標準，或以每小時變形量不大于0.005mm，即認為變形穩定。測記讀數后，施加下一級荷重。依此逐級加荷至試驗終止。 (4 ). 荷重級增量不宜過大，視土的軟硬程度及工程情況而定，一

29、般順序為0.025，0.05，0.1，0.2，0.3Mpa或按設計要求，模擬實際加荷情況，適當調整。最后一級荷重應大于土層計算壓力的0.10.2Mpa。 (5 ). 快速法則每小時觀察測微表讀數后即加下一級荷重，但最后一級應觀察到壓縮穩定為止（24小時）。(6 ). 如需作卸荷膨脹試驗，可于最后一級荷重下變形穩定后卸荷，每次卸去兩級荷重，直至卸完為止。每次卸荷后的膨脹變形穩定標準與加荷同，并測記每級荷重及最后無荷時的膨脹穩定變形量。7拆除儀器 退去荷重后，拆去測微表，排除儀器中水分，按與安裝相反的順序拆除各部件，取出帶環刀的試樣。必要時測定試樣的試驗后的含水率。將儀器擦凈，涂油放好。8儀器變形

30、校正 考慮壓縮儀器本身及濾紙變形所產生的變形，應做壓縮量的校正。校正方法按下述步驟進行：以與試樣相同大小的金屬塊代替土樣放入容器中，然后與試驗土樣步驟一樣，分別在金屬塊上加同等壓力，每隔十秒鐘加荷一次，測記各級荷重下測微表讀數，加至最大荷重，記下測微表讀數后，按與加荷相反的次序，每十分鐘退荷一次，測記測微表讀數，至荷重完全卸除為止。 按壓縮試驗步驟拆除儀器，重新安裝，重復以上步驟再進行校正，取平均值作為各級荷重下儀器的變形量，其平行差值不得超過0.01mm。在生產中，每個儀器都事先作好變形校正曲線，初學者為練習儀器的使用，此步驟可以在正式試驗前作好。四、 成果整理1 計算各級荷重下的試樣變形量

31、（1） 穩定壓縮法：某一荷重下壓縮穩定后的總變形量為該荷重直測微表讀數減去儀器變形量。（2） 快速壓縮法：按下式計算某荷重下試樣校正后的變形量： 式中：某荷重下校正后的變形量，mm ； 某荷重下壓縮一小時的總變形量減去該荷重下的儀器變形量，mm； 最后一級荷重下壓縮一小時的總變形時減去該荷重下的儀器變形量，mm； 最后一級荷重下達到穩定標準的總變形量減去該荷重下的儀器變形量， mm。2 按下式計算試樣的初始孔隙比 式中：土粒密度，g/ cm； 試樣初始密度，g/ cm； 試樣初始含水率，以小數計。3 按下式計算各級荷重下變形穩定后的孔隙比 式中：h0試樣初始高度，mm。4 按下式計算各級荷重下

32、的壓縮系數和壓縮模量ES （Pa） (Pa) 式中：某一級荷重值，Pa。5 將計算成果填入成果表中，并作孔隙比與壓力的關系曲線。 圖15 壓縮曲線五、 注意事項1 切削試樣時，應十分耐心操作，盡量避免破壞土的結構，不允許直接將環刀壓入土中。2 在削去環刀兩端余土時，不允許用刀來回涂抹土面，避免孔隙被堵塞。3 不要振碰壓縮臺及周圍地面，加荷或卸荷時均應輕放（取）砝碼。六、 思考題1 快速壓縮法根據什么原理求得變形量？2 土的壓縮系數和壓縮指數有什么不同？在壓力較低的情況下能否求得壓縮指數？ . 通過固結試驗可以得到哪些指標參數？ 4. 如何求得壓縮系數？工程上如何根據壓縮系數的大小來判別土的壓縮

33、性？ 5. 土的前期固結壓力如何確定？ 實驗六 土的直接剪切試驗一. 基本原理 直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的一種常用方法。試驗的原理是根據庫倫定律，土的內磨擦力與剪切面上的法向壓力成正比。將同一種土制備幾個土樣，分別在不同的法向壓力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力進行剪切，得其剪壞時剪應力，即為抗剪強度f 。然后根據剪切定律確定土的抗剪強度指標和c。 直接剪切儀按施加剪力的方式不同，分為應變控制式和應力控制式兩種。應變控制式是通過彈性鋼環變形控制剪切位移的速率，應力控制式是通過杠桿用砝碼控制施加剪應力的速率，測相應的剪切位移。目前多以應變控制式為主，應力控制式施加砝碼時易引起沖擊力，使用

34、不多，只適宜作慢剪或長期強度試驗。 按土樣在荷重作用下壓縮及受剪時的排水情況不同，試驗方法可分三種： 1快剪法（或稱不排水剪） 即在試樣上施加垂直壓力后，立即加水平剪切力。在整個試驗中，不允許試樣的原始含水率有所改變（試樣兩端用隔水紙），即在試驗過程中孔隙水壓力保持不變（35分鐘內剪壞）。 2慢剪法（或稱排水剪） 即在加垂直荷重后，使其充分排水（試樣兩端用濾紙），在土樣達到完全固結時，再加水平剪力，每加一次水平剪力后，均需經過一段時間，待土樣因剪切引起的孔隙水壓力完全消失后，再繼續加水平剪力。 3固結快剪法 在垂直壓力下土樣完全排水固結穩定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切過程中不允許排水（規

35、定在35分鐘內剪壞）。 上述三種方法的試驗結果，由于受力條件不同，所得抗剪強度不同，因此，必須根據土所處的實際應力情況來選擇試驗方法。 直接剪切試驗不能嚴格控制排水條件，以土樣所受的總應力為計算標準，故所得強度為總應力強度。施加某一垂直壓力后，逐漸施加水平剪應力，同時測得相應的剪切位移L，直至土樣剪壞為止。通常以剪應力的最大值（峰值）或穩定值作為抗剪強度f ，如無明顯變化，以剪切位移等于4mm（土樣直徑64mm）的剪應力值作為土的抗剪強度。 二. 儀器設備1. 直接剪切儀：應變控制式直剪儀或應力控制式直剪儀。2. 其它：天平、修土刀、環刀、推土器、凡士林、濾紙或蠟紙、秒表、直尺、測角器等。三.

36、 操作步驟1. 切取土樣 按工程的需要，用已知質量、高度和面積的環刀，取相同試樣45個，并測其密度，密度差不大于0.03g/cm3,取余土測含水率。2. 檢查儀器 (1 ). 檢查豎向和橫向傳力杠桿是否水平，如不平衡時調節平衡錘使之水平； (2 ). 上下銷釘和升降螺絲是失靈； (3 ). 檢查測微表靈敏性； (4 ) .上下盒間接觸面及盒內表面涂薄層凡士林，以減少摩阻力；(5 ). 對應變控制式直剪儀尚需檢查彈性鋼環兩端是否能與剪切容器和端承支點接緊；將手輪逆時針方向旋轉使推進器與容器離開，然后將推進器的保險銷釘擰開，檢查螺母輪或渦桿與螺絲槽有無脫離現象。 圖16 應變控制式直接剪切儀示意圖

37、 輪軸；2.座底；3.透水石；4.測微表；5.活塞；6.上盒；7.土樣8.下盒；9.測微表；10.量力環；四. 操作步驟3. 切取土樣 按工程的需要，用已知質量、高度和面積的環刀，取相同試樣45個，并測其密度，密度差不大于0.03g/cm3,取余土測含水率。4. 檢查儀器 (1 ). 檢查豎向和橫向傳力杠桿是否水平，如不平衡時調節平衡錘使之水平； (2 ). 上下銷釘和升降螺絲是失靈； (3 ). 檢查測微表靈敏性； (4 ) .上下盒間接觸面及盒內表面涂薄層凡士林，以減少摩阻力； (5 ). 對應變控制式直剪儀尚需檢查彈性鋼環兩端是否能與剪切容器和端承支點接緊；將手輪逆時針方向旋轉使推進器與

38、容器離開，然后將推進器的保險銷釘擰開，檢查螺母輪或渦桿與螺絲槽有無脫離現象。5. 安裝試樣 (1). 對準上下盒，插入固定銷。在盒內放入透水石一塊，其上覆隔水蠟紙（快剪）或濕濾紙（固快、慢剪）一張； (2). 順次加上活塞、鋼球及加壓框架。6. 垂直加荷 每組試驗至少取四個試樣，在四種不同垂直壓力下作剪切試驗，垂直壓力是由現場預期的最大壓力決定，一般垂直壓力分別為0.1、0.2、0.3、0.4Mpa。各垂直壓力可一次輕輕施加，若土質松軟。也可分次施加以防土樣擠出。每級垂直荷重下所需固結時間按: (1). 慢剪法和固結快剪法，要求土樣垂直變形在每小時內小于0.005mm，才認為固結達到穩定。 (

39、2). 快剪法在加垂直荷重后，立即進行剪切。7. 水平剪切 （1）應變控制式直接剪切儀 轉動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環接觸。調整量力環中的測微表讀數為零。 施加垂直壓力后拔出固定銷，開動秒表，固結快剪和快剪法以每分鐘412轉均勻速率旋轉手輪，使試樣在35分鐘內剪壞。如量力環中測微表指針不再前進，或者顯著后退，表示試樣已剪壞，一般宜剪至剪切變形達到4 mm。若測微表指針繼續前進，則剪切變形應超過6mm才能停止。同時測記手輪轉數n和量力環測微表讀數R，剪切位移L20n-R(L和R的單位都為0.01mm)。慢剪法剪切速率應小于0.0200.025mm/min，一般用電動裝置。 （2）應力控制直

40、剪儀 當試樣在垂直荷重作用下垂直變形達到要求后，拔出固定銷釘，用升降螺絲使盒微微抬起0.11.0mm，其后按以下標準加水平荷重： 固結快剪和快剪法，水平加荷速率控制在35分鐘內將試樣剪斷。為此，每隔1520秒鐘加下級水平荷重。每次加荷前測記水平測微表讀數。當在某級水平荷重下水平變形不停止，測微表繼續移動時，即認為試樣剪壞。 慢剪法，加第一次水平荷重后，每隔2分鐘測記水平變形一次，至2分鐘內水平變形不超過0.01mm方能加下一級水平荷重，址至剪數為止（標準同前）。8. 拆除儀器剪切結束后，測記垂直測微表讀，吸去盒中積水，盡快地依次卸除測微表、荷載、上盒等，必要時沿剪切面取試樣測定剪切后含水率。五

41、. 成果整理1. 計算各級垂直荷重下土的抗剪強度f 及剪切位移L（以峰值抗剪強度為準，必要時繪制剪應力與剪切位移關系曲線選擇抗剪強度） (1 ). 應變控制式直剪儀 CR 式中：C量力環校正系數，Mpa/0.01mm； R量力環測微表讀數，0.01mm;(2 ). 應力控制式直剪儀 式中：F水平剪切力，N； f - 剪切盒間的摩擦力，N，其值小于垂直荷重1時，可忽略不計； A試樣面積，cm2。2. 繪制f關系曲線：以抗剪強度f為縱坐標，垂直壓力為橫坐標，繪制f關系曲線，根據圖上各點連成直線，直線的傾角為土的內摩擦角，直線在縱坐標軸上的截距為土的內聚力c。 當f曲線中三點不能連成一條直線，且相差

42、不大時（不超過相應抗剪強度的5），可用三角形求得近似直線代替。作法是：連接三點組成一個三角形，通過此三角形三中線交點（三角形重心）作平行于最長邊的平行線，則此線為所求的近似直線。 圖17 抗剪強度f關系曲線六. 注意事項1 儀器應定期校正檢查，保證加荷準確；2 每組幾個試樣應是同一層土，密度值不應超過允許誤差；3 同一組試驗應在同一臺儀器中進行，以消除儀器誤差；4 應力式直剪儀加砝碼時應穩妥，避免振動。七. 思考題1 為什么不同試驗方法，有的試樣兩端放濾紙，有的放隔水紙？2 應力式和應變式直剪儀有什么不同特點？ 3. 三種直剪試驗方法各有何特點；如何根據工種實際情況確定試驗方法？4. 試比較三種直剪試驗的強度指標？5. 如何控制剪切速率和剪切標準？ 實驗七 土的擊實試驗一. 基本原理 擊實是用錘擊使土密度增大的一種方法。擊實試驗的目的是在室內利用擊實儀，測定土樣在一定擊實功能作用下達到最大密度時的含水率（最優含水率）和此時的干密度（最大干密度），借以了解土的壓實特性，作為選擇填土密度