土工試驗(yàn)報(bào)告.doc

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土工試驗(yàn)指導(dǎo)書 及試驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)一 含水量、密度、相對(duì)密度測(cè)定 A 實(shí)驗(yàn)要求 （1） 由實(shí)驗(yàn)室提供擾動(dòng)土樣，或由學(xué)生現(xiàn)場取樣，要求學(xué)生測(cè)定該土樣的含水量、密度和相對(duì)密度； （2） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求學(xué)生確定該土的孔隙比（e）孔隙率（n）、飽和度（Sr）、干土密度（ρd）和飽和密度（ρsat）等物理指標(biāo)； （3） 觀察原狀土樣。 B 實(shí)驗(yàn)方法 一、 含水量試驗(yàn) 土的含水量是土在100℃~105℃下烘至恒重時(shí)所失去的水份質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。 本試驗(yàn)采用烘干法或酒精燃燒法，烘干法為室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。 （一） 儀器設(shè)備： 1、 恒溫電烘箱 2、 無水酒精 3、 天平（感量0.01g） 4、 稱量盒（又叫烘土盒） 5、 干燥器（用無水氯化鈣作干燥劑） （二） 試驗(yàn)步驟： 1、 選取有代表性的試樣不少于20g（砂土或不均勻的土應(yīng)不少于50g），酒精燃燒法的試樣大約5~6 g放入稱量盒內(nèi)立即蓋緊，稱稱量盒和濕土質(zhì)量（m1）并準(zhǔn)確至0.01g。記錄稱量盒號(hào)碼、稱量盒質(zhì)量（m3）和m。 2、 打開稱量盒，放入電烘箱中在100℃~105℃溫度下烘至恒重。（烘干時(shí)間一般自溫度達(dá)到100℃~105℃算起不少于6小時(shí)）。然后取出稱量盒，加蓋后放進(jìn)干燥器內(nèi)，使冷卻至室溫。 3、 從干燥器中取出稱量盒，稱取稱量盒加干土的質(zhì)量（m2），準(zhǔn)確至0.01g，并將此質(zhì)量記入表格內(nèi)。 4、 本試驗(yàn)須進(jìn)行二次平行測(cè)定。 （三） 計(jì)算： 按下式計(jì)算含水量： W(%)＝（m1－m2）／(m2－m3) 100% 計(jì)算至0.1% 式中：m1－m2 試樣中所含水的質(zhì)量； m2－m3 試樣土顆粒的質(zhì)量。 （四） 有關(guān)問題說明： 1、 含水量試驗(yàn)用的土應(yīng)在打開土樣包裝后立即采?。ɑ蛑苯蝇F(xiàn)場取土），以免水份改變，影響結(jié)果。 2、 本試驗(yàn)須進(jìn)行平行測(cè)定，每組學(xué)生取兩次試樣測(cè)定含水量，取其算術(shù)平均值作為最后成果。但兩次試驗(yàn)的平行差值不得大于下列規(guī)定： 含水量（%） 允許平行差值（%） ＜40 1 ≥40 2 3、 稱量盒中的濕試樣質(zhì)量稱取后由實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)烘干，同學(xué)們?cè)?4小時(shí)以后抽時(shí)間來實(shí)驗(yàn)室稱干試樣的質(zhì)量。 二、 密度試驗(yàn) 單位體積土的質(zhì)量稱為土的密度。 密度的測(cè)定，對(duì)一般粘性土采用環(huán)刀法，如試樣易碎或難以切削成有規(guī)則的形狀時(shí)可采用蠟封法、灌水法和灌砂法等。本次試驗(yàn)采用環(huán)刀法。 （一） 儀器設(shè)備： 1、 環(huán)刀（內(nèi)徑60~80mm，高20mm，壁厚1.5~2.0mm） 2、 天平（稱量500g以上，感量0.1g） 3、 直口削土刀、凡士林等。 （二） 試驗(yàn)步驟： 1、 取原狀土或按工程需要制備的重塑土，用切土刀整平其上下兩端（或用鋤頭平整土面），將環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口向下放在土樣整平的土面上。 2、 用切土刀將土樣上部修削成略大于環(huán)刀口徑的土柱，然后將環(huán)刀垂直均勻下壓，邊壓邊削，至土樣伸出環(huán)刀上口為止，削去環(huán)刀兩端余土并修平土面使與環(huán)刀口平齊。 3、 擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀加土的質(zhì)量（m1），準(zhǔn)確至0.1g。 4、 記錄環(huán)刀加土的質(zhì)量（m1）、環(huán)刀號(hào)數(shù)以及環(huán)刀的質(zhì)量（m2）和環(huán)刀的體積（V）。 5、 本試驗(yàn)須進(jìn)行二次平行測(cè)定。 （三） 計(jì)算： ρ＝（m1－m2）／V g／cm3 式中：m1 環(huán)刀加土的質(zhì)量，g m2 環(huán)刀的質(zhì)量，g V 環(huán)刀的體積，cm3； (四)有關(guān)問題的說明： 1、 用環(huán)刀切試樣時(shí)，環(huán)刀應(yīng)垂直均勻下壓，防止環(huán)刀內(nèi)試樣結(jié)構(gòu)被擾動(dòng)。 2、 夏天室溫很高，為了防止稱質(zhì)量時(shí)試樣中水份被蒸發(fā)，影響試驗(yàn)結(jié)果，宜用塊玻璃片蓋住環(huán)刀上、下口稱取質(zhì)量、但計(jì)算時(shí)必須扣除玻璃片的質(zhì)量。 3、 每組做兩次平行測(cè)定，平行差值不得大于0.03g／cm3，取算術(shù)平均值作為最后結(jié)果。 試驗(yàn)報(bào)告 含 水 量 試 驗(yàn) （酒精燃燒法） 工程名稱： 試驗(yàn)者： 試樣編號(hào)： 計(jì)算者： 試驗(yàn)日期： 校核者： 稱量盒號(hào) 稱量盒質(zhì)量m0 （g） 盒＋濕土質(zhì)量 m1 （g） 盒＋干土質(zhì)量 m2 （g） 水質(zhì)量 m1－m2 （g） 干土質(zhì)量 m2－m0 （g） 含水量 W % 平均值 W % 備注 密 度 試 驗(yàn) 工程名稱： 試驗(yàn)者： 試樣編號(hào)： 計(jì)算者： 試驗(yàn)日期： 校核者： 環(huán)刀編號(hào) 環(huán)刀質(zhì)量（g） 試樣體積V(cm3) 試樣與環(huán)刀總質(zhì)量（g） 試樣質(zhì)量（g） 濕密度（g/ cm3） 干密度（g/ cm3） 平均密度（g/ cm3） 備注 注：密度在1.6~2.2 g/ cm3之間 實(shí)驗(yàn)二 液限和塑限的測(cè)定 粘性土由于含水量不同，分別處于流動(dòng)狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)和固體狀態(tài)。液限是粘性土的可塑狀態(tài)與流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量。塑限是粘性土的可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水量。 A 實(shí)驗(yàn)要求 1、 由實(shí)驗(yàn)室提供經(jīng)過調(diào)拌浸潤處理后的土樣，要求學(xué)生測(cè)定該土的液限和塑限。 2、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料確定該土的類別和天然綢度狀態(tài)。 3、 參觀液限、塑限聯(lián)合測(cè)定儀。 4、 在試驗(yàn)過程中注意觀察粘性土在不同含水量時(shí)土的物理狀態(tài)的變化情況。 B 實(shí)驗(yàn)方法 聯(lián)合測(cè)定法（一） （一）基本原理： 如果在平衡圓錐儀上加一能精確測(cè)量圓錐入土深度的顯示裝置，并利用電磁吸力代替手工提放圓錐，（圓錐儀的重量和錐角不變）然后，我們仿照液限試驗(yàn)方法可以測(cè)出同一種土的試樣在不同含水量時(shí)的錐體沉入深度。同時(shí)仍用搓條法測(cè)定塑限。通過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)含水量與沉入深度在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上具有良好的直線關(guān)系，而且用搓條法得到的塑限，基本上落在這條直線的相當(dāng)于圓錐沉入深度2mm的附近。這就是聯(lián)合測(cè)定法的理論基礎(chǔ)。下面介紹具體方法。 （二）試驗(yàn)方法： 儀器采用電磁式平衡圓錐儀，其他儀器設(shè)備和土樣制備方法均與常規(guī)液限試驗(yàn)相同。試驗(yàn)時(shí)將試樣調(diào)成三種不同含水量，分別裝入試杯內(nèi)用電磁式圓錐儀測(cè)得三個(gè)不同錐體沉入深度。為了提高試驗(yàn)精度，上述三個(gè)不同深度，最好控制在5~12mm之間，其間隔以2~3mm為宜。 將測(cè)定的三個(gè)含水量及相應(yīng)的三個(gè)深度點(diǎn)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，聯(lián)三點(diǎn)繪一直線，（如各測(cè)點(diǎn)不能聯(lián)成直線，可繪一視測(cè)的平均直線，但各測(cè)點(diǎn)與平均直線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的含水量之差不得超過1%）。將直線延長。 在直線上取沉入深度為10mm和2mm的兩點(diǎn)，此兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水量即分別為液限（Wl）和塑限(Wp) 四、聯(lián)合測(cè)定方法（二） 本試驗(yàn)的目的用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀聯(lián)合測(cè)定土的液限和塑限，其基本方法是：分別調(diào)制三種不同含水量的土樣，它們的含水量分別控制在液限、塑限之間和液限附近。應(yīng)用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)得錐體三個(gè)不同的入土深度h，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)的h~W關(guān)系圖上描三點(diǎn)，將三點(diǎn)連成一直線，在h~W圖上查與h＝20mm所對(duì)應(yīng)的含水量W，即為所求的液限Wl。然后由Wl值在hp~Wl關(guān)系圖上查得相應(yīng)的hp值，再根據(jù)hp值在h~W圖上查得與hp相對(duì)應(yīng)的W值，即為所求的塑限Wp。 （一）儀器設(shè)備： 1、數(shù)碼式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀。錐體重量1000.1g，錐角300.2。 2、天平：稱量200g，感量0.01g； 3、其他：篩（孔徑0.5mm）、調(diào)土刀、調(diào)土皿、稱量盒、研缽、烘箱、吸管、凡士林、蒸餾水等。 （二）試驗(yàn)步驟： 1、 取有代表性的天然含水量或風(fēng)干土樣進(jìn)行試驗(yàn)。如土中含有大于0.5mm的顆?；驃A雜物較多時(shí)，可采用風(fēng)干土樣，用帶橡皮頭研杵研碎或用木棒在橡皮板上壓碎土塊。試樣必須反復(fù)研碎過篩，直至將可研碎的土塊全部通過0.5mm的篩為止。取篩下土樣用三皿法或一皿法進(jìn)行制樣： ① 三皿法：用篩下土樣200g左右分開放入三個(gè)盛土皿中，用吸管加入不同數(shù)量的蒸餾水或自來水，土樣含水量分別控制在液限、塑限以上和它們的中間狀態(tài)附近。用調(diào)土刀調(diào)勻，蓋上濕布，放置18h以上。 ② 一皿法：取篩下土樣100g左右，放入一個(gè)土皿中，按三皿法加水、調(diào)土、悶土，唯土樣的含水量控制在塑限以上，按步驟二至四條進(jìn)行第一點(diǎn)入土深度和含水量測(cè)定。然后依次加水 ，按上述方法進(jìn)行第二點(diǎn)和第三點(diǎn)含水量和入土深度測(cè)定，該兩點(diǎn)土樣的含水量應(yīng)分別控制在液限、塑限中間狀態(tài)和液限附近，但加入后要充分?jǐn)嚢杈鶆颍謱友b入土樣試杯，用力壓密，使空氣逸出。對(duì)于較干的土樣，應(yīng)先充分搓揉用調(diào)土刀反復(fù)壓實(shí)。試杯裝滿后，刮成與杯口平齊。 2、 接通電源，調(diào)平機(jī)身、打開開關(guān)，提上錐體（此時(shí)數(shù)碼顯示應(yīng)為零）。錐頭上涂上少許凡士林。將裝好土樣的試杯放在升降座上，轉(zhuǎn)動(dòng)升降旋鈕，試杯徐徐上升，土樣表面和錐尖剛好接觸時(shí)，指示燈亮，停止轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，錐體立刻自行下沉，8秒鐘自動(dòng)停止下落，數(shù)碼管上顯示錐入深度。記錄讀數(shù)h1。按動(dòng)復(fù)位按鈕，錐體復(fù)位，讀數(shù)顯示為零。 3、 改變錐尖與土體接觸位置（錐尖兩次錐入位置距離不小于1cm）；重復(fù)步驟二，得錐尖深度h2。h1、h2允許誤差為0.5mm，否則應(yīng)重作。取h1、h2平均值作為該點(diǎn)的錐入深度h。 4、 去掉錐尖入土處的凡士林，取10g以上的土樣兩個(gè)，分別放入稱量盒內(nèi)，稱重（準(zhǔn)確至0.01g），測(cè)定其含水量Wl、W2（計(jì)算到0.1%）。計(jì)算含水量平均值W。 5、 重復(fù)第二至四步驟，對(duì)其他兩個(gè)含水量土樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)其錐入深度忽然含水量。 （三）成果整理 1、 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，以含水量W為橫坐標(biāo)，錐入深度h為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪三個(gè)不同含水量的h~W圖，連此三點(diǎn)，應(yīng)呈一條直線。如三點(diǎn)不在同一直線上，可用較高含水量的點(diǎn)和通過其余兩點(diǎn)的重心處一點(diǎn)連成直線。 2、 在h~W圖上，查得縱坐標(biāo)入土深度h＝20mm所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的含水量W，即為該土樣的液限Wl。 3、 根據(jù)液限Wl，通過液限與塑限時(shí)入土深度的關(guān)系曲線，查得hp,再由圖求出入土深度為hp時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水量，即為該土樣的塑限Wp。查Wl~ hp關(guān)系圖時(shí)，須先通過簡易鑒別法（若為砂土則搓不成條或能搓成大于2.5mm的土條，手摸濕土有砂感，無干強(qiáng)度或甚微，無韌性等。詳件見《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》，把砂性土和非砂性土區(qū)別開來，再按這兩大組分別采用相應(yīng)的Wl~ hp關(guān)系曲線。對(duì)于非砂性土，用雙曲線確定hp值；對(duì)砂性土，則用組合曲線（由雙曲線和正交三次多項(xiàng)式曲線做配成， C 預(yù)習(xí)問題 1、 什么是液限、塑限？測(cè)定土的液限和塑限有什么用處？ 2、 什么是液性指數(shù)？液性指數(shù)的大小反映什么問題？ 3、 要知道某種粘性土的天然稠度狀態(tài)必須要做哪幾個(gè)試驗(yàn)？ 試驗(yàn)二 試驗(yàn)報(bào)告 試樣號(hào) 水分質(zhì)量（g） 干土質(zhì)量（g） 含水量（%） 入土深度 hi (mm) 圓錐入土平均 深度h (mm) 液限 塑限 塑性指數(shù) IP 土名 注：1.在h~圖上，查得縱坐標(biāo)入土深度h＝2mm所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的含水量，即為該土 樣的塑限。 2.在h~W圖上，查得縱坐標(biāo)入土深度h＝20mm所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的含水量W，即為該土 樣的液限。 圓錐入土深度h與含水量關(guān)系圖 實(shí)驗(yàn)三 壓縮試驗(yàn) 土的壓縮是土體在荷重作用下產(chǎn)生變形的過程。壓縮試驗(yàn)的目的是測(cè)定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力或孔隙比和壓力的關(guān)系曲線。并根據(jù)孔隙比和壓力關(guān)系曲線（e~p曲線）計(jì)算出壓縮系數(shù)和壓縮模量等土的壓縮性指標(biāo)，以使判斷土的壓縮性和計(jì)算基礎(chǔ)沉降時(shí)用。此外由飽和粘性土的壓縮試驗(yàn)也可得到在某一壓力下變形與時(shí)間的關(guān)系曲線，從而估算土的固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)。 壓縮試驗(yàn)通常只用于粘性土，由于砂土的壓縮性較小，且壓縮過程需要也很短，故一般不在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行砂土的壓縮試驗(yàn)。 壓縮試驗(yàn)可根據(jù)工程要求用原狀土或制備成所需要狀態(tài)的擾動(dòng)土?？刹捎贸Ｋ俜ɑ蚩焖俜?。本試驗(yàn)主要采用非飽和的擾動(dòng)土樣、并按常速法步驟進(jìn)行，但為了能在實(shí)驗(yàn)課的規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成試驗(yàn)，所以要適當(dāng)縮短加荷間隔（具體時(shí)間間隔由教師決定）。 A 實(shí)驗(yàn)要求 （1）實(shí)驗(yàn)室提供土樣一塊，要求學(xué)生在側(cè)限壓縮儀中測(cè)定土的壓縮性，繪制該土的壓縮曲線（e~p曲線）。 （2）求出α1-2和Es1-2.并判斷該土樣的壓縮性。 (3)仔細(xì)觀察土變形與時(shí)間關(guān)系這一重要特征。（可以繪制出每一級(jí)荷載作用下的S~t曲線） B 實(shí)驗(yàn)方法 粘性土的壓縮試驗(yàn)。 （一） 儀器設(shè)備 1、 小型固結(jié)儀； 2、 百分表：量程10mm，精度0.01mm； 3、 容重試驗(yàn)和含水量試驗(yàn)所需要的儀器設(shè)備； 4、 秒表和儀器變形量校正表等。 （二） 試驗(yàn)步驟 1、 由實(shí)驗(yàn)室提供制備好的擾動(dòng)土樣一個(gè)。 2、 從壓縮儀容器中取出環(huán)刀，按容重試驗(yàn)方法切取試樣，并取土留作測(cè)含水量。如系原狀土樣、切土的方向應(yīng)與天然地層中的上下方向一致。稱環(huán)刀和試樣合重，扣除環(huán)刀重后即得濕試樣重（g）并計(jì)算出土的容重。 3、 用切取試樣時(shí)修下的土測(cè)定含水量（w），平行作兩次試驗(yàn)，取算術(shù)平均值； 4、 在壓縮儀容器底座內(nèi)，放置一塊略大于環(huán)刀的潔凈而濕潤的透水石，將切取的試樣連同環(huán)刀一起（注意：刀口向下）放在透水石上，再在試樣上按圖依次放上護(hù)環(huán)以及與試樣面積相同的潔凈而濕潤的透水石、傳壓活塞和鋼珠。安裝好后待用。 5、 檢查加壓設(shè)備是否靈活。然后平衡加壓部分（此項(xiàng)工作由實(shí)驗(yàn)室代做）。 6、 將安裝好的壓縮儀容器放在框架內(nèi)橫梁下，使橫梁與球柱接觸后，插入活塞桿，再裝上百分表使其接觸活塞桿頂面，并調(diào)節(jié)其伸長距離不小于8mm（注意檢查百分表是否靈活和垂直）。讀百分表讀數(shù)（為初讀數(shù)R）后即可進(jìn)行試驗(yàn)。 7、 輕輕施加第一級(jí)荷載0.05Mpa，并開動(dòng)秒表，開始計(jì)時(shí)； 8、 可按下列時(shí)間測(cè)記讀數(shù)：15、1、2、10、20、60、120、23小時(shí)直至試樣沉降穩(wěn)定為止。穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為百分表讀數(shù)每小時(shí)變化不超過0.01mm。因時(shí)間關(guān)系可按教師指定的時(shí)間讀數(shù)。讀數(shù)精確到0.01mm； 9、 記下穩(wěn)定讀數(shù)后，用同樣的方法施加第二、三、四、五級(jí)荷載（分別為0.1Mpa、0.2 Mpa、0.3 Mpa、0.4 Mpa），記錄各級(jí)壓力下試樣變形穩(wěn)定的百分表讀數(shù)（R、R、R、R、R）； 10、 試驗(yàn)結(jié)束后，必須先卸除百分表，然后卸掉砝碼，升起加壓框，移出壓縮儀容器，取出試樣等各部件。最后擦洗干凈儀器設(shè)備。 （三） 成果整理 1、 按下式計(jì)算試驗(yàn)前孔隙比e e0＝Gs (1＋W0) ρw/ρ0－1 式中： Gs土粒比重 ρw水的密度，一般所取＝1g/cm3 W0試驗(yàn)開始時(shí)試樣的含水量% ρ0試驗(yàn)開始時(shí)試樣的密度，g/cm3 2、 計(jì)算試樣在任一級(jí)壓力P作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量，Si Si＝Ri－Sie 式中： Ri 試樣在任一級(jí)壓力Pi作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量（mm） Sie 各級(jí)荷載下儀器變形量（mm） 3、 按下式計(jì)算各級(jí)壓力下試樣變形穩(wěn)定時(shí)的孔隙比ei ei＝e0－Si／h0(1＋e0) 式中： Si 試樣在任一級(jí)壓力P作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量 e0 試樣在試驗(yàn)前的孔隙比 h0 試樣在試驗(yàn)前的初始高度 4、 以P為橫坐標(biāo)，e為縱坐標(biāo)，繪制壓縮曲線（e~p曲線） 5、 計(jì)算壓縮系數(shù)α1-2 α1-2＝（e1－e2）／（P2－P1） (四)有關(guān)問題說明： 1、 試樣的土粒比重、含水量、密度由實(shí)驗(yàn)室測(cè)定后提供。 2、 試驗(yàn)前練習(xí)百分表的讀數(shù)方法，防止讀數(shù)錯(cuò)誤而無法獲得試驗(yàn)結(jié)果。 3、 每組做一個(gè)試樣，每人獨(dú)立完成試驗(yàn)報(bào)告，不得抄襲，可以相互校核。 C 指示和建議 1、 預(yù)習(xí)時(shí)建議到實(shí)驗(yàn)室詳細(xì)了解側(cè)限壓縮儀和加力設(shè)備的構(gòu)造。 2、 繪制壓縮曲線時(shí)，注意選用適當(dāng)?shù)谋壤撸ㄖ饕强v坐標(biāo)）。 D 預(yù)習(xí)問題 1、 做壓縮試驗(yàn)的目的是什么？聯(lián)系具體工程問題去思考。 試驗(yàn)報(bào)告 工程名稱： 試驗(yàn)者： 試樣編號(hào)： 計(jì)算者： 試驗(yàn)日期： 校核者： 含水量W（%） 試驗(yàn)前 試驗(yàn)后 試樣面積A(mm2) 密度（g/ cm3） 試樣起始高度 h0(mm) 土粒比重 試樣起始孔隙比e0 垂直荷載（Mpa） 0.1 0.2 0.3 0.4 初讀數(shù)（百分表） 1＇ 2＇ 8＇ 10＇ 總變形量（mm） 儀器變形量（mm） 試樣總變形量（mm） 試驗(yàn)結(jié)束后試樣孔隙比ei 1~2級(jí)壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)a1-2 壓縮曲線成果 e 壓力Pi 空隙比 ei 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 P( Mpa) e---p 壓縮曲線 實(shí)驗(yàn)四 剪切試驗(yàn) 剪切試驗(yàn)的目的是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，即土的內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C。 目前測(cè)定抗剪強(qiáng)度的方法和相應(yīng)的儀器種類很多，現(xiàn)將常用的幾種簡述如下： 1、 直接剪切試驗(yàn)：它是一種測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。通常采用四個(gè)試樣，在直接剪切儀上分別在不同的垂直壓力P下，施加水平剪切力，試樣在規(guī)定的受剪面上進(jìn)行剪切，求得土樣破壞時(shí)的剪應(yīng)力τf，然后繪制剪應(yīng)力τf和垂直壓力P的關(guān)系曲線即抗剪強(qiáng)度曲線。直接剪切儀又分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式。本次實(shí)驗(yàn)是用應(yīng)變控制式直剪儀進(jìn)行快剪試驗(yàn)。 2、 三軸剪切試驗(yàn)：通常用3~4個(gè)圓柱形試樣，分別在三軸剪力儀上施加不同的恒定周圍壓力（即小主應(yīng)力σ3），然后再施加軸向壓力[即主應(yīng)力差（σ1－σ3）]，使土樣中的剪應(yīng)力逐漸增大，直至試樣剪切破壞。然后根據(jù)摩爾—庫侖理論求得該土的抗剪強(qiáng)度曲線。 A 試驗(yàn)要求 1、 由學(xué)生取土制備土樣，要求用快剪法在直接剪切儀中測(cè)定該土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C。 2、 參觀三軸剪力儀。 B 試驗(yàn)方法 應(yīng)變控制式直剪儀快剪法。 （一） 儀器設(shè)備： 1、 應(yīng)變控制式直剪儀； 2、 百分表：量程10mm；精度0.1mm； 3、 切試樣的用具等。 應(yīng)變控制式直接剪切儀，它的主要特點(diǎn)是剪切力（水平力）是通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使軸向前移動(dòng)而推動(dòng)底座施加給下盒，剪力的數(shù)值是利用測(cè)力環(huán)測(cè)出（測(cè)力環(huán)是一個(gè)鋼環(huán)，事先已知每單位變形時(shí)所受的壓力，故在試驗(yàn)時(shí)用百分表測(cè)得測(cè)力環(huán)徑向變形數(shù)值即可算出所受的應(yīng)力值）。本儀器對(duì)粘性土和砂性土均適用。 (二) 試驗(yàn)步驟： 1、 試樣制備：根據(jù)工程需要，從原狀土或制備成所需狀態(tài)的擾動(dòng)土中用環(huán)刀切四個(gè)試樣。如系原狀土樣，切試樣方向應(yīng)與土在天然地層中的上下方向一致。為了檢驗(yàn)四個(gè)試樣土質(zhì)的不均勻性，應(yīng)分別測(cè)定四個(gè)試樣的密度和含水量。四個(gè)試樣的密度差值不宜大于0.03g/ cm3。（本次試驗(yàn)中，此項(xiàng)檢驗(yàn)工作省略） 2、 在下剪切盒內(nèi)順次放入透水石和蠟紙（或塑料紙），然后用插銷將上、下剪切盒固定好。 3、 將帶試樣的環(huán)刀刃口向上，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，將試樣從環(huán)刀內(nèi)推入剪切盒中，順次放上蠟紙和透水石各一。然后放上活塞、鋼球、裝上垂直加壓設(shè)備（暫勿加砝碼）。 4、 在測(cè)力環(huán)上安裝百分表。百分表的測(cè)桿應(yīng)平行于測(cè)力環(huán)受力的直徑方向，調(diào)整百分表使其指針在某一整數(shù)上（即長針指零，并作為起始零讀數(shù)）。 5、 慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，至上剪切盒支腿與測(cè)力環(huán)鋼球之間恰好接觸時(shí)（即測(cè)力環(huán)中百分表指針剛開始觸動(dòng)時(shí)）為止。 6、 在試樣上施加垂直荷載。按第一個(gè)試樣上應(yīng)加的垂直壓力（0.1Mpa）施加垂直荷載。 7、 拔出固定插銷。開動(dòng)秒表，同時(shí)以每分鐘3~12轉(zhuǎn)的速度均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，進(jìn)行剪切。當(dāng)測(cè)力環(huán)中百分表指針不再前進(jìn)而出現(xiàn)后退或剪切變形量達(dá)試樣直徑的1/15~1/10時(shí)，認(rèn)為試樣已經(jīng)剪損，記錄百分表指針最大讀數(shù)（代表峰值抗剪強(qiáng)度），用0.01mm作單位，估讀至0.001mm。（即百分表上大度盤的格做單位，估讀至0.1格）。 8、 反轉(zhuǎn)手輪，卸除垂直荷載和加壓設(shè)備，取出已剪損的試樣，刷凈剪切盒，裝入第二個(gè)試樣。 9、 第二、三、四個(gè)試樣分別施加0.2、0.3、0.4Mpa垂直壓力后按同樣步驟進(jìn)行試驗(yàn)。 （三）成果整理 1、 計(jì)算每個(gè)試樣在一定的垂直壓力下的抗剪強(qiáng)度（τf）： τf ＝CR 式中：R 該試樣在剪損時(shí)的百分表最大讀數(shù)（單位：0.01mm）； C 測(cè)力環(huán)校正系數(shù)，Mpa/0.01mm。（由實(shí)驗(yàn)室提供）； τf 抗剪強(qiáng)度，Mpa 2、 繪制抗剪強(qiáng)度曲線 以垂直壓力P為橫坐標(biāo)，抗剪強(qiáng)度τf為縱坐標(biāo)，將四個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)繪在圖上，畫一視測(cè)的平均直線，若各點(diǎn)不在一條近似的直線上，可按相鄰的三點(diǎn)連接成兩個(gè)三角形，分別求出兩個(gè)三角形的重心，然后將兩重心點(diǎn)連成一直線，即為抗剪強(qiáng)度曲線。 3、 確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 抗剪強(qiáng)度曲線在τf軸上的截距即為粘聚力C，精確至0.1Mpa，其傾角即為內(nèi)摩擦角φ，精確至0.1度。 （四）有關(guān)問題說明： 1、 開始剪切之前，千萬不能忘記必須先拔去插銷。否則，測(cè)力環(huán)被壓斷，插銷被剪彎，儀器即損壞。 2、 加砝碼時(shí)，應(yīng)將砝碼上的缺口彼此錯(cuò)開，防止砝碼一齊倒下壓傷腳。 3、 如果時(shí)間允許，同學(xué)們可在四個(gè)試樣中選定一個(gè)試樣，在剪切過程中手輪每轉(zhuǎn)一圈測(cè)記百分表讀數(shù)一次，直至剪損。由手輪轉(zhuǎn)數(shù)和百分表讀數(shù)計(jì)算出手輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)的剪變形和剪應(yīng)力。 剪變形 λ（mm）＝0.2n－R 剪應(yīng)力 τ（Mpa）＝CR 式中： n 手輪轉(zhuǎn)數(shù) 0.2 手輪每轉(zhuǎn)一圈推動(dòng)軸前進(jìn)的距離 C、R 意義同前 以τ為縱坐標(biāo)，λ為橫坐標(biāo)，繪制τ~λ關(guān)系曲線。 4、 每組做四個(gè)試樣，每人交試驗(yàn)報(bào)告一份。 C 指示和建議 1、 預(yù)習(xí)時(shí)建議到實(shí)驗(yàn)室觀看儀器構(gòu)造。 2、 切取試樣和推試樣入盒時(shí)都要特別細(xì)心。 3、 必須事先記住試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)時(shí)分好工，各人嚴(yán)守崗位，互相配合，動(dòng)作應(yīng)迅速準(zhǔn)確，不允許臨時(shí)一邊看指示一邊慢慢進(jìn)行操作。 D 預(yù)習(xí)問題 1、 什么情況下要做剪切試驗(yàn)，求出φ、C值？ 2、 φ和C的來源是什么？土的抗剪強(qiáng)度的大小與哪些因素有關(guān)？ 3、 三軸儀與直剪儀的主要區(qū)別在哪里？各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ 試驗(yàn)報(bào)告 儀器編號(hào) 試樣面積（cm2） 垂直壓力P( Mpa) 0.1 0.2 0.3 0.4 百分表最大讀數(shù)R(0.01mm) 測(cè)力環(huán)校正系數(shù)C(Mpa/0.01mm) 峰值抗剪強(qiáng)度τf（Mpa） σ-τf 關(guān)系曲線 τf（Mpa） 抗剪強(qiáng)度曲線 Ф＝ C＝ 0 0.1 0.2 0.3 0.4