1、實驗四 固結實驗 地基土在外荷載作用下，水和空氣逐漸被擠出，土的骨架顆粒之間相互擠緊，封閉氣泡的體積也將縮小，因而引起土層的壓縮變形。固結試驗是將天然狀態下原狀土樣或人工制備的擾動土，制備成一定規格的試件，然后置于壓縮儀內，在不同荷載和在有側限條件下觀測其壓縮變形情況，得出土的壓縮性指標：壓縮系數av壓縮模量Es、體積壓縮系數mv、壓縮指數CC、回彈指數CS、固結系數CV以及先期固結壓力PC等，用于地基變形沉降計算、承載力評價、應力狀態分析等。測定項目可根據工程需要確定。一、實驗目的：本實驗通過對試樣的受荷狀態下的變形觀測，測定土的壓縮系數av壓縮模量Es指標，判斷土的壓縮性二、實驗方法： 1

2、標準固結試驗法(正常慢固結試驗法) , 以24h作為固結穩定標準。2快速固結試驗法,采用試樣再各級壓力下固結時間為12h，僅在最后一級壓力下除測記12h讀數外，再測記讀數達到穩定時的量表讀數。穩定標準為量表讀數每小時變化小于0.005mm。工程中一般常采用砂性土固結時間為lh，粘性土固結時間宜用2h，然后施加下一級荷重。最后一級荷重延長至24h，并以等比例綜合固結度修正。 試驗的加荷形式為應力控制法（即通過用杠桿加荷控制所加應力）。三、實驗設備：1壓縮儀(土樣面積30cm2或50cm2，土樣高度2cm，固結壓力應滿足12.5，25，50，100，200，300，400，600，800，1 60

3、0，3200，kPa等加荷等級，杠桿比為1：10，或用氣壓式固結儀)；2測微表(最大量程為l0mm、最小分辨力為0.0lmm的百分表)；3含水量、密度、比重試驗、真空飽和設備等； 4其他(毛玻璃板、圓玻璃片、濾紙、切土刀、鋼絲鋸和凡士林或硅油等)。 圖4.1 單軸向固結儀示意圖四、實驗步驟：（本實驗介紹標準固結法和快速固結法試驗步驟以供選做） （一） 標準固結法試驗步驟：1按需要選擇50cm2或30cm2切土環刀，環刀內側涂一薄層的凡士林，刀口向下放在原狀土或人工制備的擾動土上，切取原狀土樣時應與天然狀態時的垂直方向一致。2. 小心地邊壓邊削，注意避免環刀偏心入土，使整個土樣進入環刀并從另一邊

4、凸出環刀為止。然后用鋼絲鋸(軟土)或用修土刀(較硬的或硬土)，將環刀兩端余土修平，擦凈環刀外壁。 3測定土樣密度，并在余土中取代表性土樣測定其含水量。4在壓縮儀的固結容器內裝入裝有試樣的環刀(刀口向下)，土樣兩端應貼上潔凈而濕潤的濾紙，再將導向環置于固結容器內，然后放上透水石和傳壓活塞以及定向鋼球。5將裝有土樣的固結容器準確地放在加荷橫梁的中心，杠桿加荷式壓縮儀應調整杠桿平衡，并為保證試樣與容器上下各部件之間接觸良好（可施加不超過lkPa預壓荷重同時使各部件之間密合）。 6調整百分表初讀數，按工程需要確定加荷等級和測定項目以及試驗方法。7一般工程的加荷等級可采用50，100，200，400，8

5、00，1600，3200kPa，最后一級荷重應大于土層的自重應力與附加應力之和的100200kPa。對于特殊要求的試驗，如高層建筑、重型廠房、海洋工程、較大的水土建筑和深層地基等，加荷等級可用125，25，50，100，200，300，400，600，800，1600，3200，Ida，必要時，可再增加到6400kPa和10000kPa，或12800kPa。當需要作回彈試驗時，回彈荷重可由超過自重應力或超過先期固結壓力的下一級荷重順次卸荷至25kPa，然后再順次加荷，一直加至最后一級荷重為止。試驗方法原則以24h施加一級荷重。卸荷和再加荷的時間，因考慮到固結已經完成，穩定較快，因此可采用12h

6、或更短的時間。如果由于工期緊迫而需縮短試驗周期時，也可以選擇快速試驗法，并進行必要修正。8當需要預估建筑物對于時間與變形(沉降)關系時，測定固結系數Cv。時間讀數可按6(5)，15，30，1，215，4，615，9，1215，16，2015，25，3015，36，4215，149，64，100，200，400，直到23h和24h為止或穩定。9試驗結束后，拆除容器內各部件，取出帶環刀的土樣。必要時，應揩干試樣兩端和環刀外壁上的水分，盡快測定試驗后的密度和含水量。注：當土樣處于地下水位以下或需要浸水時，在試樣受第一級荷重后應注水浸沒，而對于非飽和土樣，須用濕棉紗或濕海綿覆蓋于容器上面，避免水分蒸發

7、。 （二）快速固結法試驗步驟：1試驗步驟基本同標準固結試驗法步驟，只是在測記時間上僅記錄每小時的沉降值和最后一級增加一次24小時穩定測記值。2對快速試驗所得試驗結果，進行必要沉降值修正。五、實驗成果：（一）標準固結法的成果整理：1按下式計算試樣的初始孔隙比e0、各級壓力下穩定固結后的孔隙比ei： （41）2按下式計算某一壓力范圍內的壓縮系數av、壓縮模量Es： （42）式中：Gs土粒比重；av某一壓力范圍的壓縮系數 MPa-1Es某一壓力范圍的壓縮模量 MPae0、ei、ei+1初級、某級壓力下的孔隙比w水的密度 g/ cm30試樣的初始密度w0試驗的初始含水量 %hi某級壓力下試樣的累計變化

8、量 cmh0試樣的初始高度 cmpi，pi+1某級壓力值 MPa3以孔隙比e為縱坐標，壓力p為橫坐標，繪制孔隙比壓力的關系曲線圖：圖4.2 e p關系曲線圖（二）快速固結法的成果整理： 1按下式計算試樣的初始孔隙比e0、各級壓力下穩定固結后的孔隙比ei： （43）2按下式計算某一壓力范圍內的壓縮系數av、壓縮模量Es： （44）式中： Gs土粒比重；av某一壓力范圍的壓縮系數 MPa-1Es某一壓力范圍的壓縮模量 MPae0、ei、ei+1初級、某級壓力下的孔隙比w水的密度 g/ cm30試樣的初始密度w0試驗的初始含水量 %hi某級壓力下試樣的累計變化量修正后值 cmhi某一壓力下固結1小時

9、的試樣變形量 mm（hn）T最后一級壓力下達到穩定標準的變形量 mm（hn）t最后一級壓力下固結1小時試樣的變形兩 mmK校正系數h0試樣的初始高度 cmpi，pi+1某級壓力值 MPa3以孔隙比e為縱坐標，壓力p為橫坐標，繪制孔隙比壓力的關系曲線圖：（同上圖）六、實驗記錄表、繪圖紙：密度、含水量記錄表標準固結試驗密度、含水量試驗記環刀號環刀加濕土重g環刀重 g濕密度g/cm3盒號盒重g盒加濕土重 g盒加干土重 g含水量 備注試驗前飽和前飽和后試驗后快速固結試驗密度、含水量試驗記錄試驗前標準固結實驗記錄表試樣起始高度ho=20mm 試驗前土樣孔隙比e0 土樣比重Gs時間(min)壓 力 P(K

10、Pa)百分表讀數（0.01mm)百分表讀數(0.01mm)百分表讀數(0.01mm)百分表讀數(0.01mm)百分表讀數(0.01mm)00.2512.2546.25912.251620.252530.253642.256013801440總變形量(0.01mm)儀器變形量(0.01mm)土樣變形量 hi(0.01mm)孔隙比ei壓縮系數av(MPa-1)壓縮模量Es(MPa)快速固結實驗記錄表環刀編號: 試樣起始高度ho=20mm, 試驗前孔隙比eo= ,土樣比重Gs K=(hn)T/(hn)t=加荷時間壓力Pi百分表讀數R儀器校正校正前試樣總變形量hi校正后試樣總變形量（hi）壓縮后試樣高

11、度孔隙比ei壓縮系數av壓縮模量Es小時kPa0.01mm0.01mm0.01mm0.01mmmmMPa-1MPa011111穩定繪圖紙：七、實驗要求：通過試驗了解實驗目的及工程應用，了解實驗方法、步驟，記錄原始數據，并進行數值計算、繪圖、結果處理分析。實驗五 直接剪切實驗 土的抗剪強度是土在外力作用下，其一部分土體對于另一部分土體滑動時所具有的抵抗剪切的極限強度。一、實驗目的：測定土的抗剪強度，提供計算地基強度和穩定用的基本指標(內摩擦角和內聚力)。內摩擦角和內聚力與抗剪強度之間的關系可以用庫侖公式表示：（式中為抗剪強度，即破壞剪應力；P為法向應力；為破壞角度；c為內聚力）。在實際工程中本試

12、驗的強度指標常用來評價地基穩定性，計算地基承載力，計算分析土坡、擋土墻壓力及穩定性等。二、實驗方法： 試驗方法有固結慢剪法、固結快剪法和快剪法等。本實驗進行快剪法試驗。1固結慢剪法先使土樣在某一級垂直壓力作用下，排水固結變形穩定后，再以緩慢施加水平剪應力（在施加剪應力過程中，使土樣內始終不產生孔隙水壓力）。用34個土樣在不同垂直壓力下進行固結慢剪，得到有效應力下的抗剪強度參數值。此方法宜于用盒式直接剪切儀進行試驗，歷時較長。2固結快剪法先使土樣在某荷重下固結(排水變形穩定)，再以較快速度施加剪力，直至剪壞，一般在35min內完成。由于時間短促，剪力所產生的超靜水壓力不會轉化為粒間的有效應力；用

13、幾個土樣在不同的p作用下進行試驗，求得值稱為總應力法強度參數。3快剪法采用原狀土樣（接近現場情況），在較短時間內完成試驗。一般在35min內完成，此試驗將使粒間有效應力維持原狀，不受試驗時外力的影響，但由于這種粒間有效應力的數值無法求得，所以，試驗結果只能得出(ptan+c)的混合值。快速法適用于測定粘性土天然強度，但角將會偏大。 三、實驗設備：1剪力儀應變控制盒式直接剪切儀(上、下盒均不固定，下盒受推桿作用可以水平方向移動，上盒隨下盒向量力環方向水平移動。土樣一半在下盒里，一半在上盒里。下盒放在鋼珠上，以減少摩擦力)。(見下圖8)圖5.1 應變控制式直剪儀簡圖2其他：環刀（內徑6.18cm（

14、30cm2），高2.0cm）、切土刀、濾紙、玻璃片等。 四、實驗步驟：1 對準上、下盒，插入固定銷釘，在下盒內放潔凈不透水石一塊。2 將裝有試樣的環刀背口向下、刀口向上，對準剪切上盒的定位槽，在試樣上面放置不透水石一塊，然后將試樣均勻用力徐徐壓入盒底，再加上加壓蓋板。調整手輪推動剪切盒，使得推桿、剪切盒、量力環之間充分接觸，且沒有水平推力產生（即量力環不受力，量表無讀數變化），然后順次加上傳壓活塞及加壓框架。3 本試驗取34個試樣，分別施加不同的垂直壓力，其大小按試驗方法和估計所受計算荷重的范圍而定。一般可取100，200，300，400kpa施加。加荷時，應輕輕加上，但必須注意，如土質輕軟，

15、應適當減小荷載等級（如取25，50kpa等）以及減少荷載級差以防止被擠出（可以分級累加荷載）。4 如系飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，加水飽和，非飽和土不必加水飽和。5 試樣裝調好后，記錄量力環量表初讀數，拔去上下盒的定位銷釘，徐徐轉動手輪。快剪法按每分鐘剪切位移0.81.0mm。如手輪轉動每圈，推桿前進0.2mm，則按每分鐘手輪46圈速度進行剪切，手輪轉動過程應是連續、勻速進行，同時記錄相應圈數是的量力環量表變形量。6 當量力環量表讀數不再前進或指針開始倒退時，認為試樣已剪壞(但有時不一定很明顯地有上述現象，建議試驗進行到剪切位移超過4mm，剪切位移量應等于手輪圈數乘以每圈推桿前進距離

16、減去量環變形值)。記下終讀數，退回手輪，撤下剪切盒。7 重復上述16步驟，進行其余荷載下的試樣塊試驗。8 繪制每級荷載下的試樣“剪切應力剪切位移”圖，確定每級荷載下的剪切應力峰值，再匯總繪制試驗抗剪強度與垂直壓力關系圖，得出強度指標。五、實驗成果：1按下式計算試驗樣的剪力值： （51）式中：剪切力 kPak測力計率定系數 kPa/0.01mmR量力環量表讀數（即量力環受力變形量） 0.01mm2按下式計算試驗樣的剪切位移： （52） 式中： 剪切位移 mm n手輪轉動圈數 a手輪每轉動一圈推桿前進位移 mm3以剪應力為縱坐標，剪切位移為橫坐標，繪制每塊試樣的剪應力與剪切位移關系圖；以上圖確定每

17、塊試樣在不同荷載下之峰值強度，繪制以各級峰值強度為縱坐標，各級壓力為橫坐標的抗剪強度與垂直壓力關系圖，由圖中確定強度指標：c，值。圖5.2 剪應力與剪切位移關系曲線 圖5.3 抗剪強度與垂直壓力的關系曲線六、實驗記錄：直接剪切實驗記錄儀器編號： 量力環率定系數： 手輪轉速： 圈/分鐘 手輪每圈行程： mm手輪轉數n垂直壓力： p(kPa)垂直壓力： p(kPa)垂直壓力： p(kPa)垂直壓力： p(kPa)量力環量表讀數R剪切位移L剪切應力量力環量表讀數R剪切位移L剪切應力量力環量表讀數R剪切位移L剪切應力量力環量表讀數R剪切位移L剪切應力圈0.01mm0.01mmkPa0.01mm0.01

18、mmkPa0.01mm0.01mmkPa0.01mm0.01mmkPamax 凝聚力： kPa 摩擦角： ° 七、實驗要求：通過試驗了解實驗目的及工程應用，了解實驗方法、步驟，記錄原始數據，并進行數值計算、繪圖、結果處理分析。實驗六 巖石的單軸壓縮實驗 巖石單軸壓縮變形試驗是為了測定試件在單軸壓縮應力條件下的縱向應變值及橫向應變值，據此計算巖石的彈性模量和泊松比。 巖石單軸壓縮變形時，記錄應力與相應的應變值，繪制應力應變曲線。應力、應變在屈服應力以下任一點的切線斜率稱為切線彈性模量；在屈服應力以下，直線段起點和終點連線的斜率稱為巖石的平均彈性模量；某一點的應力到曲線起點的連線的斜率稱

19、為巖石割線彈性模量。 巖石由單軸壓縮變形試驗求得的彈性模量和泊松比是巖石變形特性的最基本參數。在進行各種計算時，這兩個參數必不可少。尤其是在采用各種數值計算方法評價巖體的穩定性和分析巖體內的應力分布時，顯得更為重要。巖石的彈性模量和泊松比與巖石的單軸抗壓強度一樣，也將受到許多試驗條件、試驗環境和不同巖性的影響。但是，彈性模量和泊松比并不像巖石單軸抗壓強度對這些因素那么敏感，且并不具有很明顯的規律性。 在工程中，巖石的平均彈性模量和巖石的割線彈性模量(通常用巖石單軸抗壓強度值的一半求其割線模量)以及與其各自相對應的泊松比應用最多。在某些特殊的條件下，也可按不同的應力水平確定其彈性模量和泊松比。一

20、、實驗目的： 計算巖石的彈性模量和泊松比。二、試驗方法：通過巖石在單軸壓縮應力條件下的縱向應變值及橫向應變值測定試驗。三、實驗設備：1巖石單軸/三軸儀； 2其他設備，游標卡尺，巖樣加工的設備（切、磨機等）。四、實驗步驟： 1按要求加工試驗用的試驗樣成合格試件（一般采用50mm的圓柱體，徑高比為1 ：2或采用50×50×100mm的長方體），加工好的試件應滿足單軸抗壓強度試驗中對尺寸、加工精度的規定，并對其描述。 2在準備進行試驗的試件上粘貼電阻應變片： (1) 選擇電阻應變片：電阻片阻柵長度應大于巖石顆粒的lO倍，小于試件的半徑；同一試件所選工作片與補償片的規格、靈敏系數等

21、應相同，阻值相差應介于±O.2。 (2) 在試件中部選定粘貼電阻應變片的位置，并對此位置進行清洗、潔凈工作。貼片處選擇應避開裂隙或斑晶。根據試件含水狀態選擇粘結劑。電阻應變片應牢固、均勻地粘貼在試件表面，排凈試件表面和應變片之間的氣泡和多余的膠液。 (3) 橫、縱向電阻應變片粘貼在試件中部的對稱位置上，縱向或橫向電阻應變片的數量不得少于2片，其絕緣電阻值應大于200M。 3將試件置于試驗機承壓板中心，調整球形座（確保試件均勻受力）。 4 以0510MPas速度加荷，逐級測讀荷載與應變值至破壞，讀數不少于10組測值。 5記錄加荷過程及破壞時出現的現象，并對破壞后的試件進行描述。 采用粘

22、貼電阻應變片的方法進行試驗時，若要求進行飽和試驗時，則先飽和試件、再貼應變片的順序進行試驗。以減少粘貼應變片后對試件飽和度的影響。五、實驗成果： 按巖石單軸抗壓強度中的計算方法確定其強度值。 1按下式計算各級應力： （61） 式中： 各級應力 MPa P不同應變下對應的荷載 N A試件截面積 mm22體積應變按下式計算： （62）式中：v體積應變值l縱向應變值d橫向應變值繪制應力縱向應變曲線；應力橫向應變曲線；應力體積應變曲線。 3變形參數計算： 按下式計算巖石平均彈性模量和巖石平均泊松比： （63） 式中：Ear 巖石平均彈性模量 MPa ar巖石平均泊松比 a 應力與縱向應變關系曲線上直線

23、段始點的應力值 MPa b 應力與縱向應變關系曲線上直線段終點的應力值 MPa la 應力為a 時的縱向應變值 lb 應力為b 時的縱向應變值 da 應力為a 時的橫向應變值 db 應力為b 時的橫向應變值按下式計算巖石割線彈性模量及相應的巖石泊松比： （64）式中： Eso 巖石割線彈性模量(MPa) 50巖石泊松比 50相當于巖石單軸抗壓強度50時的應力值(MPa) l50應力為50 時的縱向應變值 d50應力為50 時的橫向應變值 彈性模量計算取三位有效數字；泊松比計算精確至O.01。六、實驗記錄：巖石單軸壓縮實驗記錄表格 試驗日期：試樣編號： 試件長 mm、寬 mm、直徑 mm、面積 mm2測記次數荷載P（N）橫向應變縱向應變體積應變縱向應力（MPa）備注（描述）dav1234567七、實驗要求：通過試驗了解實驗目的及工程應用，了解實驗方法、步驟，記錄原始數據，并進行數值計算、繪圖、結