土木工程土力学试验指导书.doc

土力学试验指导书适用2013级土木工程专业土木工程与建筑系试验一 土的物理性质实验一、实验目的通过测定土样的含水量、密度、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d、和饱和密度sat等物理指标；项目一、含水量实验（烘干法）土的含水量是指土在105110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105110。（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1530g,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105110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6570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%）式中：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。含水率（%）小于101040大于40允许平行差值（%）0.51.02.03、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式中： 湿密度（ g/cm3），精确至0.01g/cm3 干密度（ g/cm3），精确至0.01g/cm3m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。 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；土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限，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。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4050mm，高度为3040mm。（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34mm，79mm和1517mm。图1-2 圆锥下沉深度与含水量关系曲线四、成果整理1 计算含水量： 式中：含水量（），精确至0.1% 干土和称量盒质量（g） 湿土和称量盒质量（g） 称量盒质量（g） 2确定液限、塑限以含水量为横坐标，以圆锥入土深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制含水量与圆锥入土深度关系曲线，如图2所示。三点应在一条直线上，如图中A线。当三点不在一条直线上时，应通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线， 在圆锥下沉深度为2mm处分别查得相应的两个含水量，当两个含水量的差值小于 2%时，应以该两点含水量的平均值（仍在圆锥下沉深度2mm处）与高含水量的点再连一直线，如图中B线。若两个含水量的差值大于或等于2%时，应重做试验。 在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得圆锥下沉深度为17mm所对应的含水量为17mm液限；查得圆锥下沉深度为10mm所对应的含水量为10mm液限；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限；取值以百分数表示，准确至0.1%。3塑性指数计算 塑性指数： 式中：塑性指数，精确至0.1% 液限（） 塑限（）4液性指数计算液性指数： 式中：液性指数，精确至0.01 天然含水量（） 其余符号同上式五、实验记录试样编号圆锥下沉深度(mm)称量盒号盒质量（g）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（%）WL= WP=项目四、 颗粒分析实验一、实验目的筛分法是利用孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组，而后称量，计算各粒组的相对含量，确定土的粒度成分。二、实验方法 筛分法 密度计法。本次实验采用筛分法三、实验原理 筛分法是利用孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组，而后称量，计算各粒组的相对含量，确定土的粒度成分。此法只适用于分离粒径大于0.075mm的粒组。四、仪器设备1、粗筛：孔径为60、40、20、10、5、2mm。2、细筛：孔径为2.0、0.5、0.25、0.075mm。3、天平：称量5000g，感量1g，称量1000g，感量0.1g，称量200g，感量0.01g。4、摇筛机：筛析过程中应能上下震动。5、其它：烘箱、搪磁盘、筛刷、木碾、研钵和带橡皮头的研杵等。五、操作步骤1 砂性土筛析法实验，应按下列步骤进行：（1）按规定称取试样质量，应准确至O1g，试样数量超过500g时，应准确至1g.（2）将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10时，不作粗筛分析。(3) 取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。细筛宜置于振筛机上震筛，振筛时间宜为1015min。再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应准确至01g。(4) 筛后各级筛上和筛底上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1。 注：根据土的性质和工程要求可适当增减不同筛径的分析筛。2 含有细粒土颗粒的砂土的筛析法实验，应按下列步骤进行：(1) 按规定称取代表性试样，置于盛水容器中充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。(2) 将容器中的试样悬液通过2mm筛，取筛上的试样烘至恒量，称烘干试样质量，应准确到01g，并按第4条(3)、(4)款的步骤进行粗筛分析，取筛下的试样悬液，用带橡皮头的研杆研磨，再过0075mm筛，并将筛上试样烘至恒量，称烘干试样质量，应准确至01g，然后按第4条(3)、(4)款的步骤进行细筛分析。(3) 当粒径小于O075mm的试样质量大于试样总质量的10时，应按密度计法或移液管法测定小于0075mm的颗粒组成。六、实验记录孔径 （mm）留筛土质量（g）累积留筛土质量（g）小于该孔径的土质量（g）小于该孔径的土质量百分数（）20105210.50.250.075底盘总计备注试验二 击实实验一、试验目的本试验的目的是用标准的击实方法，测定土的密度与含水率的关系，从而确定土的最大干密度与最优含水率。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土，重型击实试验适用于粒径小于20mm的土。二、仪器设备 1、击实仪：由击实筒、击锤和护筒组成。 2、天平：称量200g，分度值0.1g。 3、台秤：称量10kg，分度值5g。 4、孔径为5mm的标准筛。 5、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶。6、其他：烘箱、喷水设备、碾土设备、盛土器、修土刀和保湿设备等。三、操作步骤 1、试样制备：分为干法制备和湿法制备。 干法制备： （1）取一定数量的代表性风干土样（轻型约为20kg），放在橡皮板上碾散。 （2）轻型击实试验过5mm筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。 （3）根据土的塑限预估最优含水率，按依次相差约2%的含水率制备一组（不少于5个）试样，其中应有2个含水率大于塑限，2个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限。并按下式计算应加的水量： 式中：mw土样所需加水质量，g； m风干含水率时的土样质量，g； wo风干含水率，%； w土样所要求的含水率，%。 （4）将一定量的土样平铺于不吸水的盛土盘内（轻型击实取土约2.5kg），按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量，拌匀并装入塑料袋内或密封于盛土器内静置备用。静置的时间分别为：高液限粘土不得少于24小时，低液限粘土可酌情缩短，但不应少于12小时。 湿法制备： 取天然含水率的代表性土样（轻型为20kg）碾散，过筛，将筛下土样拌匀，分别风干或加水到所要求的不同含水率。注意：制备试样时必须使土样中含水率分别均匀。 2、试样击实 （1）、将击实仪放在坚实的地面上，击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油，连接好击实筒与底板，安装好护筒。检查仪器各部件及配套设备的性能是否正常，并做好记录。（2）、从制备好的一份试样中称取一定量土样，分3层倒入击实筒内并将土面整平分层击实。每层25击。注意：轻型击实法，每层土料的质量为600800g，即其量应使击实后的试样高度略高于击实筒的1/3；两层交接面处的土应刨毛；击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。 （3）、用修土刀沿护筒内壁削挖后，扭动并取下护筒，测出超高（应取多个测值平均，准确至0.1g）。沿击实筒顶细心修平试样，拆除底板。如试样底面超出筒外，亦应修平。擦净筒外壁，称量，准确至1g。 （4）、用推土器从击实筒内推出试样，从试样中心取2个一定量土样（轻型为1530g），平行测定土的含水率，称量准确至0.01g，含水率的平行差值不得大于1%。 （5）、按上述（1）（4）的操作步骤对其其他含水率的土样进行击实，一般不得重复使用土样。四、计算与制图 1、计算（1）计算击实后的试样的含水率： 式中： w含水率，%；m湿土质量，g；md干土质量，g。 （2）计算击实后各试样的干密度： 式中：湿密度，g/cm3。 计算至0.01 g/cm3。 （3）计算土的饱和含水率： 2、制图 以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，即为击实曲线。曲线峰值点的纵、横坐标分别代表土的最大干密度和最优含水率。如果曲线不能得出峰值点，应进行补点试验。计算数个干密度下的饱和含水率。以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，在击实曲线的图中绘制出饱和曲线，用以校正击实曲线。五、实验记录试验序号预估最优含水率 % 风干含水率 % 试验类别筒加试样质量(g)筒质量(g)试样质量(g)筒体积(cm3)湿密度(g/cm)干密度(g/cm)盒号湿土质量(g)干土质量(g)含水率(%)平均含水率(%)123=1-245=3/46=5/(1+10)789=7/8-110试验三 固结（压缩）实验一、基本原理1土的压缩性土在外荷载的作用下，其孔隙间的水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积也将缩小，从而引起土层的压缩变形，土在外力作用下体积缩小的这种特性，称为土的压缩性。土的压缩性主要有两个特点：土的压缩主要是由于土中孔隙体积的减少而引起的。对于饱和土而言，土是由固体颗粒和水组成的，在工程上一般的压力作用下（600kPa），固体颗粒和水本身体积压缩量都非常微小，可不予考虑，但由于土中的水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土的体积减少而发生压缩；由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要一定时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。2土的压缩曲线及有关指标图1-3 固结实验土样孔隙比的变化固结试验（亦称压缩试验）是研究土的压缩性的最基本的方法。固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后将土样置于固结仪容器内，逐级施加荷载，测定试样在侧限与轴向排水条件下压缩变形，变形和压力的关系，孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、竖向固结系数以及原状土的先期固结压力等。如图1-3所示，设土样的初始高度为H0，初始孔隙比为e0，在荷载荷载P作用下，土样稳定后的总压缩量为H，假设土粒体积Vs=1，（不变），根据土的孔隙比的定义e=Vv/Vs，则受压前后土的孔隙体积Vv分别为e0和e，因为受压前后土粒体积不变，且土样横截面积不变，所有受压前后试样中土粒所占的高度不变，因此，根据荷载作用下土样压缩稳定后的总压缩量H，即可得到相应的孔隙比e的计算公式： (1-1)于是有： (1-2)式中，其中为土粒比重，为土样的初始含水量，为土样的初始密度，为水的密度。如此，根据式(1-2)各级荷载P下对应的孔隙比e，从而可绘制出土的e-P曲线及e-lgP曲线等。（1）e-P曲线及有关指标通常将由固结试验得到的e-P关系，采用普通直角坐标系绘制成如图所示的e-P曲线。压缩系数 图1-4 土的压缩曲线从图1-4可以看出，由于软土的压缩性大，当发生压力变化P时，则相应的孔隙比的变化e也大，因而曲线就比较陡；反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力P变化时，相应的孔隙比的变化e就小，因而曲线比较平缓，因此，土的压缩性的大小可用e-P曲线斜率来反映。如图1-5所示，设压力由P1增加到P2，相应的孔隙比由e1增加到e2，当压力变化范围不大时，可将该压力范围的曲线用割线来代替，并用割线的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性，即： (1-3)式中，为土的压缩系数（Mpa-1）,压缩系数越大，土的压缩性愈高。图1-5 由压缩曲线确定压缩指标 从图1-5中还可以看出，压缩系数值与土所受的荷载大小有关。为了便于比较，一般采用压力间隔P1=100kPa至P2=200kPa时对应的压缩系数1-2l来评价土的压缩性。压缩模量Es图1-6 侧限条件下土样高度变化 与孔隙比变化的关系由e-P曲线，还可以得到另一个重要的压缩指标压缩模量，用Es来表示。其定义为土在完全侧限的条件下，竖向应力增量P（从P1增至P2）与相应的应变增量的比值由图1-6可以得到： (1-4)式中，Es为压缩模量（Mpa）。在无侧向变形，即横截面积保持不变的条件下，土样高度的变化H可用相应的孔隙比的变化来表示： (1-5)得到 (1-6)将式(1-6)代入式(1-5)得： (1-7)同压缩系数一样，压缩模量Es也不是常数，而是随着压力的变化而变化。显然，在压力小的时候，压缩系数大，压缩模量Es小；在压力大的时候，压缩系数小，压缩模量Es大。在工程上，一般用压力间隔P1=100kPa至P2=200kPa时对应的压缩模量Es1-2；也可根据实际竖向应力的大小，在压缩曲线上取相应的值计算压缩模量。2土的回弹曲线和再压缩曲线当土体加压到某一荷载值P1(相应于图1-7a中曲线上的b点)后不再加压，逐级进行卸载直至零，并且测得各卸荷等级下土样回弹稳定后的高度，进而换算得到相应的孔隙比，即可绘制出卸荷阶段的关系曲线，如图中的bc曲线所示，称为回弹曲线（或膨胀曲线）。从图中还可以看出，回弹曲线不与初始加载的曲线ab重合，当卸载至零时，土样的孔隙比没有恢复到初始应力为零时的孔隙比e0。这就显示了土残留了一部分压缩变形，称之为残余变形，但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹性变形。图1-7 土的回弹再压缩曲线若对土样重新逐级加压，则可得到土样各级荷载作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压缩曲线，如图1-7a中的cdf曲线所示。可以发现其中的df段象是ab段的延续，犹如期间没有经过卸荷和再压缩的过程一样。3e-lgP曲线及有关指标当采用半对数的直角坐标来绘制固结实验e-P关系时，就得到了e-lgP曲线（如图1-7b），可以看到，在压力较大部分，e-lgP关系接近直线，这是这种表示方法区别于e-lgP曲线的独特的优点。它通常用来整理有特殊要求的实验，如先期固结压力的确定，同样，图1-7a中的回弹再压缩曲线也可绘制成e-lgP曲线（如图1-7b）。（1）压缩指数和回弹指数将图1-5b中e-lgP曲线直线段的斜率用Cc来表示，称为是指数，无量纲，如下式所示： (1-8)压缩指数Cc与压缩系数不同，值随压力变化而变化，而Cc值在压力较大时为常数，不随压力变化而变化，Cc值越大，土的压缩性则越高。（2）先期固结压力土层历史上所曾经承受过的最大固结压力称为先期固结压力，也就是土体在固结过程中所受的最大有效应力，用PC来表示，先期固结压力是一个非常有用的量和概念，是了解土层应力历史的重要指标。通过先期固结压力PC与土层的自重应力（即自重作用下固结稳定的有效竖向应力）状态的比较，可将天然土层划分为正常固结土、超固结土和欠固结土三类固结状态，并用超固结比OCR=Pc/Po去判别：如果土层的自重应力Po等于先期固结压力Pc，也就是说土自重应力就是该土层历史上受过的最大有效应力，这种土称为正常固结土，则OCR=1。如果土层的自重应力Po小于先期固结压力Pc，也就是说该土层历史上受过的最大的有效压力大于自重应力，这种土称为超固结土，如覆盖的土层由于被剥蚀等原因，使得原来长期存在于土层中的竖向有效应力减小了，则OCR>1。如果土层的先期固结压力Pc小于土层的自重应力Po，也就是说该土层在自重作用下的固结尚未完成，这种土称为欠固结土，如新近沉积粘性土、人工填土等，由于沉积的时间短，在自重作用下还没有完全固结，则OCR<1。二、实验方法1标准固结试验：就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形，且试样在每级压力下的固结稳定时间均为24h。2快速固结试验：规定试样在各级压力下的固结时间为1小时，仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数。3应变控制连续加荷固结试验：是试样在侧限和轴向排水条件下，采用应变速率控制方法在试样上连续加荷，并测定试样的固结量和固结速率以及底部孔隙水压力。这里只介绍标准固结试验。三、仪器设备 1杠杆加压式双联固结仪：包括固结容器（如图3所示）和加荷设备。2百分表：量距10mm，精度0.01mm；3天平：称量200g，感量0.01g；4其它：秒表、环刀、切土刀、钢丝锯、烘干箱、铝盒、滤纸、圆玻璃片、凡士林等。四、操作步骤图1-8 固结容器示意图1-水槽 2-护环 3-环刀 4-加压上盖5-透水石 6-量表导杆 7-量表架 8-试样1根据工程需要，选择面积为30cm2或50cm2的环刀，切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。切土的方法同密度试验，注意切取原状土样时，切土的方向应和天然状态时垂直方向一致。 2测定试样的密度并在余土中取代表性土样测定其含水量。对于需要饱和的试样，应按规范规定的方法将试样进行抽气饱和。3在固结容器内依次放置透水石、护环、薄滤纸，将带有试样的环刀（刀口向下），小心装入护环内，然后在环刀上放置导环，在试样上放薄滤纸、透水石和加压盖板以及定向钢珠。4将装有土样的固结容器置于加压框架下，对准加压框架的正中，调节杠杆的平衡，安装竖向变形量表，量表的位置应和定向钢珠上下对齐。 5施加1kPa的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整量表，使指针读数为零。6根据工程需要确定加压等级、测定项目以及试验方法。加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一级压力的大小视土的软硬程度，分别采用12.5kPa，25kPa或50kPa；最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和，或大于上覆土层的计算压力100200kPa，但最大压力不应小于400kPa。7当需要测定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0.5或0.25，最后一级压力应使测得的曲线下段出现直线段。对于超固结土，应采用卸压再加压方法来评价其再压缩特性。8当需要做回弹试验时，回弹荷重可由超过自重应力或超过先期固结压力的下一级荷重依次卸压至25kPa，然后再依次加荷，一直加到最后一级荷重为止。卸压后的回弹稳定与加压相同，即每次卸压后24h测定试样的回弹量。但对于再加荷时间因考虑到固结已完成，稳定较快，因此可采用12h或更短的时间。9如系饱和试样，则在施加第1级压力后，立即向固结仪容器的水槽中注水浸没试样。如系非饱和试样，则不必向水槽中注水，须用湿棉纱或湿海绵围住加压盖板四周，避免水分蒸发。10当需要预估建筑物对于时间与沉降的关系，需要测定竖向固结系数，或对于层理构造明显的软土需测定水平向固结系数时，应在某一级荷重下测定时间与试样高度的变化关系。读数时间为6s，15s，1min，2.25min，4min，6.25min，9min，12.25min，16min，20.25min，25min，30.25min，36min，42.25min，49min，64min，100min，200min，400min，23h，24h，直至稳定为止。当测定时，需具备水平向固结的径向多孔环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。 11当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24小时测定试样高度变化作为稳定标准。只需测定压缩系数的试样，以试样每小时变形小于0.01mm为稳定标准，测记稳定读数后，再施加第2级压力。依次逐级加压至试验结束。 12实验结束后，应先排除固结容器内的水，迅速拆除仪器部件，取出带环刀的试样。（如系饱和试样，则用干滤纸吸去试样两端表面上的水），取出试样，测定试验后的密度和含水量。五、成果整理 1按下式计算试样的初始孔隙比 (1-9)式中：试样初始密度， g/cm3； 试样的初始含水量， %； 试样初始孔隙比； 土粒比重； 水的密度， g/cm3。2 按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比 (1-10)式中： 某级压力下的孔隙比；某级压力下试样高度变化，即总变形量减去仪器变形量，mm； h0试样初始高度，mm；试样初始孔隙比；3绘制ep的关系曲线 以孔隙比e为纵坐标，以压力p为横坐标，将试验成果点在图上，连成一条光滑曲线，即压缩曲线，如图1-5所示。4 按下式计算某一级压力范围内的压缩系数和压缩模量 （1-11） (1-12) (1-13)式中：某一压力范围内的压缩系数 (Mpa-1)某级压力（kpa）某一压力范围内的压缩模量 (Mpa)体积压缩系数（Mpa-1）六、实验记录起始高度 ho= mm 起始孔隙比 eo= 加压历时压力p量表读数仪器变形量试样变形量单位沉降量Si孔隙比ei（h）（kPa）（mm）（mm）（mm）00150110012001400试验四 直剪实验一、实验目的剪切试验的目的是土的抗剪强度指标，即土的内摩擦角和粘聚力c。目前常用的测定抗剪强度的方法为直接剪切试验（快剪法）：直接剪切试验：它是一种测定土抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，在直接剪切仪上分别在不同的垂直压力p（不给压力一定的时间作用于土样上）下，施加水平剪切力，试样在规定的剪切面上进行剪切。求得土样破坏时的剪应力f，然后绘制剪应力f和垂直压力p的关系曲线即抗剪强度曲线，直接剪切仪又分为应变控制式和应力控制式。本次试验是采用应变控制式直剪仪进行快剪试验。二、实验要求1、由实验室提供制备土样，要求学生用快剪法在直接剪切仪中测定该土的抗剪强度指标和c的数值；2、参观三轴仪。三、实验仪器应变控制式直剪仪快剪法1、应变控制式直剪仪：（见图11）；2、百分表：量程10mm；精度0.01mm；3、秒表；4、切试样的用具等。应变控制式直剪仪如图11所示：它的主要特点是剪切力（水平力）是通过转动手轮，使轴向前移动而推动底座施加给下盒，剪力的数值是利用量力环测出（量力环是一个钢环，事先已知每单位变形时所受的压力，故在试验时用百分表测得量力环径向变形数值即可算出所受的应力值）。本仪器对粘性土和砂土均可适用。四、试验步骤：1、根据工程需要，从原状土或制备状态的扰动土中用环刀取4个试样。如系原状土样，切取试样方向应与土在天然地层中的上下方向一致。1轮轴2底座3透水石4百分表5活塞6上盒7土样8百分表9量力环10下盒图11 应变控制式直剪仪2、在下盒内顺次放入透水石和蜡纸（或塑料纸），然后用插销将上、下剪切盒固定好。3、将带试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，将试样从环刀内推入剪切盒中，顺次放入蜡纸和透水石各一，然后放上活塞、钢球，装上垂直加压设备（暂不加砝码）。4、在量力环上安装百分表，百分表的测杆应平行于量力环受力的直径方向，调整百分表使其指针在某一整数（即长针指零，并作为起始零读数）。5、慢慢转动手轮，至量力环中百分表指针刚开始触动为止。6、在试样上施加垂直荷载。按第一个试样上应加的垂直压力（100千帕）计算出应加荷载，扣除加压设备本身质量，即得应加砝码数。（试样面积及加压设备质量可查试验时的资料表）。7、拔出固定插销。开动秒表，同时以每分钟0.8mm的剪切速度均匀地转动手轮，进行剪切。当量力环中百分表指针不再前进而出现后退或剪切变形量达试样直径的1、151/10时，认为试样已经剪损，记录百分表指针最大读数（代表峰值抗剪强度），用0.01mm作单位估读至0.001mm。（即以百分表上大度盘的“格”作单位，估读至0.1格）。8、反转手轮，卸除垂直荷载和加压设备，取出已剪损的试样，刷净剪切盒，装入第二个试样。9、第二、三、四个试样分别施加200、300、400KP垂直压力后按同步骤进行试验。五、成果整理：1、计算每个试样在一定垂直压力下的抗剪强度（f）：fk·R式中：R该试件在剪损时的百分表最大读数（单位：0.01mm）；K量力环校正系数，单位：KPa/0.01mm（由实验室提供）