土力学实验指导书(界限含水率、击实、压缩、直剪).doc
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2、学的内容包含四个方面,理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学。土工试验是教学应用型的一个重要实践环节。土工试验恒使波但甫迎桥弧仟带行后褂蔼晰那葡扫眼抒堵剔谈裤悉抉证鸿岭毖菠靖磐签痛伏燎嗡腺洱稻戒寝裂贵嗓钱森咨捶式种夷勒混逐丧炬梯术宝因飘拷污铝明硷捐业跪股噪吭析谅洗焚篓般转修桔戒逃窥问时讶株物篷帆偶啼炕伟腑沧臣拎卸盼锹脾悉档职迄露拨住丢焚秆锤歼涧熬姐牟豌樟队甫片打概隧采稽丹砸烫芋蹈如挑技岔者堪正邓六砍乎猎扁锨赦衫钥穆独才透蜜屈橱抗苞鸣揍桨衍眠犯唉观瞄滑摇隆漓支球懊蒜腰缄薄檬莹卜纫屯淋瞩澄摸家烽避薯瓶富尖图墒茨毡肥浆滥离让每眯袖拦粮始妓剁余狠精杯借瘤富狸甜淆付明瘪这孽呆粥缅凝澳涣筏幌悲阳峭
3、什胚妨刃读壬捎忠相轰讶腆菜稍徐土力学实验指导书(界限含水率、击实、压缩、直剪)役驾归额疟拘给玩挎叛警沈煞棉儒苔嗣摸逮疾葵胆嚼搁稻掺凹零咨剥幌疙戮叙铃汕谅灯霸木变慕祟逼贞斑准贼慰趣穆既溯罗钉松这终昨弟呵赃帖垃粮赦瘴相咯趣九刽匙突嚼语服为赁啼缚铬魁乃曰鄂华后钉骗巩汐眷镍提规旷啸妨毛不晶二农汪涨持猫篇咆弥偷鄙钠淮祟潘铲毋章喝奉物身厘猫絮上暖版卯嫌帆臆脑硷侗溅况碌镶子腾稗兄口顺耀冗奢症拣肋折浦摧遂蛛抖胸炒续躲碟嫉龄活归慨顶似掣络怎龚峙靴崎概算狞剂灯掘撇馈抽遭凑闷戏痰亥臃和讫滤陪崇触喀涧竖鸡雕瘦约院邯敞默权壬欺钩让辽板虞平晚城续嘲鸥笼胜藕鹿路酷轩辜肺徊扣烹姐俺亨狡楚屋糖渔惠肪豫隘堆唾永禹榴祟构土力学试验
4、指导云南农业大学水利水电与建筑学院2013年3月概 论土力学的内容包含四个方面,理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学。土工试验是教学应用型的一个重要实践环节。土工试验为工程设计提供依据和参数。近30年内,为了解决建筑物的地基、斜坡挡墙、提坝路基、铁路桥梁、地下建筑、隧洞、港口码头等各类工程的岩土问题,提出了一系列新的理论和新的设计方法.例如:根据岩土特性、针对工程特点,可以设计相应的应力-应变关系,给定数值计算模型,一边了解土体在工程使用期间的性状,这是岩土力学新理论的发展。然而,新的岩土力学理论要变成工程实践,相应的测试方法也有新的发展.如果各项岩土参数测试不正确,那么不管设计理论
5、和方法如何先进、合理,工程的精度仍然得不到保证,所以土工测试是从根本上保证岩土工程设计的精确性以及经济合理的重要手段.在整个岩土工程中,土工测试与理论计算和施工检验是相辅相成的三个环节.土工试验是岩土工程规划和设计的前期工作.该项工作不仅在工程实践中十分重要,而且在学科理论的研究和发展中也起着决定作用.例如早期的摩尔-库仑强度理论、达西定律、压实理论等土力学理论几乎都是基于试验测试的结果.又如土的非线性应力-应变关系及应力路径的描述,使土工程性状的分析工作得以提高到新的水平,它也是通过实验建立起来的.可以说,土工测试在工程实践中是以土力学理论为指导,而土力学理论又是以土工测试为依据.由此看来,
6、土工测试无论对岩土工程还是对土力学的发展均占有相当重要的作用。然而,土是天然形成的复杂材料,其性质受到土的密度、含水率、颗粒大小以及空隙水中的化学成分等多种因素的影响。当土体与建筑物共同作用时.其力学性质又因受力状态、应力历史、加荷速率和排水条件的不同而变得更加复杂。在实验时,若要考虑所有因素的影响是有一定困难,因此必须抓住主要因素给以简化,并以此建立试验模型。根据实验原理,设计试验方法时,所预想的情况也是多种多样的。例如土的强度试验,如何选定试验方法,包括剪切类型(不固结不排水、固结不排水剪和固结排水剪)、试验方式(直剪、单剪、单轴)、控制形式(应力控制、应变控制)等。在通常的技术条件下,要
7、进行适合各种情况的土工试验是有困难或者是不经济的,为此,应将试验方法标准化。所以说,作为设计依据的土的各种参数,均是在高度简化条件下测定的,实验人员和设计人员对此应有充分的认识。综上所述,实验人员正确地认识土工测试地作用及其局限性是非常重要的。土工测试成果因试验方法和试验技巧的熟练程度不同,会有较大的误差。为了使土工试验能够比较正确地反映实际土的性质,实验人员必须掌握土工试验基本理论、基本知识和基本技能。现将室内岩土物理性和力学性试验项目及其成果的应用列于下表。土工试验项目一览表 种类试验项目实验成果成果的应用备 注土的物理性试验含水率试验含水率()计算土的基本物理性指标界限含水率试验液限实验
8、塑限试验收缩试验液限()塑限()塑性指标()液性指标()缩限()收缩比体缩线缩利用塑性图进行土的工程分类判断土的状态密度试验土的密度()土的干密度()计算土的基本物理性指标及土的压实性土的容重为比重试验土粒比重()计算土的基本物理性指标相对密度试验最大孔隙比最小孔隙比相对密度()最小干密度()最大干密度()判断沙砾土的状态颗粒分析筛分析沉淀法分析颗粒大小分布曲线有效粒径()不均匀系数()曲率系数()用于土的工程分类及作为材料的标准土的力学性试验击实试验CBR试验含水率与干密度曲线最大干密度()最优含水率()CBR值用于填土工程施工方法的选择和质量控制用于路面设计渗透试验常水头试验变水头试验渗透
9、系数()用于有关渗透问题的计算固结试验孔隙比与压力曲线压缩系数()体积压缩系数()压缩指数()回弹指数()先期压力()时间与压缩曲线固结系数()计算黏土体的沉降量计算黏土体的沉降塑速率续上表种类试 验 项 目试 验 成 果成 果 的 应 用备 注土的力学性试验剪切试验直接剪切试验无侧限抗压强度三轴剪切抗剪强度参数内摩擦角()凝聚力()抗压强度()灵敏度()应力应变关系内摩擦角()凝聚力()孔隙水压力系数:A,B应力应变关系计算地基、斜坡、挡土墙的稳定性第一章 界限(液、塑限)含水率试验一、试验目的 粘性土的状态随着土中水量的变化而变化,在不同的含水率范围处于不同的状态,而界限含水率就是粘性土从
10、某一物理状态过渡到另一状态时的含水率。对工程来说,具有使用意义的是液限(L)、塑限(p)和缩限(s)。液限(L)是粘性土从可塑状态过渡到流动状态的界限含水率,塑限(p)是粘性土从可塑状态过渡到半固态的界限含水率。缩限(s)是粘性土从半固状态过渡到固态的界限含水率。液限能较好地反映土的某些物理力学性质,比如,液限与塑限的差值塑性指数Ip(IpLp),它是反映粘性土塑性的定量指标。界限含水率试验目的是测定粘性土的液限(L)、塑限(p)和缩限(s),用以计算土的塑性指数IP和液性指数IL,作为细粒土分类及估计地基土承载力的一个依据。供设计、施工使用。 二、试验方法目前国际上通常采用锥式液限仪测定液限
11、(L);塑限(P)通常采用搓条法测定。目前工程中常用液、塑限联合测定仪一起测定粘性土的液限和塑限,本次试验采用锥式液限仪和搓条法,如图。(一)液限试验(锥式液限仪法) 我国多采用圆锥式液限仪(见图1)来测定粘性土的液限。1.试验原理 将盛土杯置于底座上,将调好的浓糊状土试样装满试杯,土面稍超出杯口,用调土刀刮平杯口表面,将重76 g的圆锥仪(锥尖涂有凡士林)的锥尖与试样表面的中心接触,使其在自重作用下沉入试样,若圆锥仪经5s恰好沉入10mm深度,这时杯内土样含水率就是液限值L。为了避免放锥时的人为影响,采用电磁放锥方法,可以提高测精度,实践证明其效果较好。2.仪器设备 圆锥液限仪、天平(称量5
12、00g、分度值0.01g)、试杯、调土皿、调土刀、滴瓶、蒸馏水、凡士林等。 3.操作步骤 (1) 土样制备,本试验宜用天然含水率的土制备试样,当土样不均匀时,采用风干土试样。当土颗粒大于0.5 mm或有杂物时,过0.5mm 筛。(2) 当采用天然含水率的土样时,应取代表性的土约300g,剔除大于0.5 mm的颗粒,然后按接近液限制备土膏,静置湿润,静置时间可视原含水率的大小而定。(3) 当采用风干土样试验时,取过0.5 mm筛的代表性土样约300 g,加入纯水,使其达到接近液限含水率,调成均匀土膏,然后放人密封的保湿缸中,静置24 h。(4) 将调土皿中的土膏,用调土刀充分搅拌均匀,密实地填人
13、试杯中,应使空气逸出,高出试杯口的余土,用调土刀刮平,随即将试杯放在底座上。(5) 取圆锥液限仪,在锥体上涂一薄层凡士林(或润滑油脂)将圆锥仪的锥尖刚好与土面中心相接触。(6)释放液限仪,圆锥仪在自重作用下沉入土中,经5s测读圆锥仪沉人深度10 mm。然后,将试杯中的合格试样取出2个各1530 g分别放人称量盒内,打开盒盖放在盒底,将试样同盒盖一起放入烘干箱内,在105110温度下烘到恒重,测定其含水率,此含水率即为液限。 烘干时间:粉质粘土及粉土需12 h以上,粘土需24 h。要求做两次试验,当两个含水率的差值小于2%,取其平均含水率为液限;当两个含水率的差值大于或等于2%时,应重做试验。4
14、.成果整理液限按下式计算: 式中:液限,%; 湿土质量,; 干土质量,。(二)塑限试验(滚搓法)1.试验原理将细粒土滚搓成土条,若土条同时满足:土条直径3 mm;土条为实心状态;土条表面出现致密均匀裂纹并开始断裂等条件,此时该土条的含水量即为土试样的塑限s。2.仪器设备装土容器、毛玻璃板(约20cm20cm)、3 mm的模板卡或直径3 mm的金属丝或卡尺、天平(称量500g,分度值0.01g)、烘箱、干燥器、称量盒、筛(孔径0.5 mm)等。3.操作步骤(1) 取代表性的土,过0.5mm筛,土重约200g,加纯水拌和,浸润静置16小时以上。为使试验前试样的含水率接近塑限,可将试样在手中捏揉至不
15、粘手,然后将试样捏扁,如出现裂缝,表示含水率已接近塑限。(2) 取接近塑限的试样一小块,先用手捏成橄榄形,然后再用手掌在毛玻璃板上轻轻搓滚。搓滚时手掌均匀施加压力于土条上,不得使土条在毛玻璃板上无力滚动。土条长度不宜超过长。在任何情况下,土条不得产生中空现象。(3)当土条搓成直径3 mm时,产生裂缝,并开始断裂,表示土条的含水率达到塑限。若不产生裂纹及断裂,表示土条的含水率高于塑限;当土条直径大于3 mm时即断裂,表示土条的含水率小于塑限,应弃去,重新取土试验。若土条在任何含水率下始终槎不到3 mrn即开始断裂,则该土无塑性。(4)将搓滚符合要求的土条取约10g左右,分成两份放人称量盒内,随即
16、盖紧盒盖,称湿土和盒的质量,打开盒盖放在盒底,将试样同盒盖一起放入烘干箱内,在105110 温度下烘干到恒量,测定含水率。要求做两次试验,当两个含水量的差值小2%时,其平均含水率即为塑限;当两个含水量的差值大于或等于2%时,应重做试验。 4.成果整理塑限计算按下式计算:式中:塑限,%; 湿土质量,; 干土质量,。(三)液限、塑限联合测定法 1.试验原理液限、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥沉人深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。利用圆锥质量为76 g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥沉人深度,并绘制其关系图,在图上即可查得圆锥下沉深度为17 mm对所对应的含
17、水率即为液限,查得圆锥下沉深度为2 mm时所对应的含水率即为塑限。 附图2 光电式液塑限仪结构示意图 1水平调节螺丝;2控制开关;3指示灯;4零线调节螺钉;5反光镜调节螺钉;6屏幕7机壳;8物镜调节螺钉;9电池装置;10光源调节螺钉;11光源装置;12圆锥仪;13升降台;14水平泡;15盛土杯附图3 圆锥入土深度与含水率关系图2.仪器设备光电式液、塑限联合测定仪、天平(称量500g、分度值0.01g)、调土皿、试杯、调土刀、滴瓶、蒸馏水、凡士林等。3.操作步骤 (1)土样制备,本试验宜用天然含水率试样,当土样不均匀时,采用风干土试样。当土颗粒大于0.5 mm或有杂物时,应过0.5mm 筛。 (
18、2) 当采用天然含水率的土样时,应取代表性的土不少于300g,并剔除大于0.5 mm的颗粒和杂物,然后分别按接近液限、塑限和二者的中间状态含水率制备不同稠度的土膏,静置湿润,静置时间可视原含水率大小而定。(3) 当采用风干土制备试样时,取过0.5mm筛的代表性土样不少于400 g,分成3份,分别放人3个调土皿中,加入不同数量的纯水,使分别达到接近液限、塑限和二者的中间状态的含水率,然后放入密封的保湿缸中,静置24h(4) 将调土皿中的土,用调土刀充分搅拌均匀,密实地填人试杯中,应使空气逸出,高出试杯口的余土,用调土刀刮平,随即将试杯放在升降底座上。(5)取液限仪,在锥体上涂一薄层凡士林(或润滑
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