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2016土力学实验报告


吉林铁道职业技术学院

土力学实验报告

班 学 姓 小



________________

号:________________ 名:________________ 组:

实验一
一、目的与适用范围

土的颗粒分析实验

颗粒分析试验就是测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数的试验方法, 可分为筛析法和沉降分析法。其中沉降分析法又有密度计法和移液管法等。对于 粒径大于 0.075mm 的土粒可用筛分析的方法来测定,而对于粒径小于 0.075mm 的土粒则用沉降分析方法来测定。 这里我们仅对筛析法进行介绍。

二、筛析法
筛析法就是将土样通过各种不同孔径的筛子, 并按筛子孔径的大小将颗粒加 以分组,然后再称量并计算出各个粒组的质量占该土总质量的百分数。筛析法是 测定土的颗粒组成最简单的一种试验方法,适用于粒径小于、等于 60mm,大于 0.075mm 的土。 (一)仪器设备 1、分析筛; ①圆孔粗筛,孔径为 60mm,40mm,20mm,10mm,5mm 和 2mm。 ②圆孔细筛,孔径为 2mm,1mm,0.5mm,0.25mm,0.075mm。 2、称量 1000g、最小分度值 0.1g 的天平;称量 200g、最小分度值 0.01g 的 天平; 3、振筛机; 4、烘箱、量筒、漏斗、研钵、瓷盘、不锈钢勺等。 (二)操作步骤 先用风干法制样,然后从风干松散的土样中,用四分法按下表称取代表性的 试样,称量准确至 0.1g,当试样质量超过 500g 时,称量应准确至 1g。 筛析法取样质量
颗粒尺寸(mm) <2 <10 <20 <40 <60 取样质量(g) 100~300 300~1000 1000~2000 2000~4000 4000 以上

1、无粘性土

1

(1)将按上表称取的试样过孔径为 2mm 的筛,分别称取留在筛子上和已通 过筛子孔径的筛子下试样质量。 当筛下的试样质量小于试样总质量的 10%时, 不 作细筛分析;当筛上的试样质量小于试样总质量的 10%时,不作粗筛分析。 (2) 取 2mm 筛上的试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中, 进行粗筛筛析, 然后再取 2mm 筛下的试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中,进行细筛筛析。 细筛宜置于振筛机上进行震筛,振筛时间一般为 10~15min。 (3)按由最大孔径的筛开始,顺序将各筛取下,称留在各级筛上及底盘内 试样的质量,准确至 0.1g。 (4)筛后各级筛上及底盘内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%。 2、含有细粒土颗粒的砂土 (1)将按上表称取的代表性试样,置于盛有清水的容器中,用搅棒充分搅 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 的筛,取留在筛上的试样烘至恒量,并 称烘干试样质量,准确至 0.1g。 (3)将粒径大于 2mm 的烘干试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中,进行 粗筛筛析。按由最大孔径的筛开始,顺序将各筛取下,称留在各级筛上及底盘内 试样的质量,准确至 0.1g。 ( 4 )取通过 2mm 筛下的试样悬液,用带橡皮头的研杆研磨,然后再过 0.075mm 筛,并将留在 0.075mm 筛上的试样烘干至恒量,称烘干试样质量,准 确至 0.1g。 (5)将粒径大于 0.075mm 的烘干试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中, 进行细筛筛析。细筛宜置于振筛机上进行震筛,振筛时间一般为 10~15min。 (6)当粒径小于 0.075mm 的试样质量大于试样总质量的 10%时,应采用密 度计法或移液管法测定小于 0.075mm 的颗粒组成。

实验一
1、实验目的:

土的筛分实验报告

2、实验仪器设备:

3、实验方法:

2

4、操作步骤:

5、结果分析

3

6、颗粒大小分析试验记录(筛析法)
风干土质量= 2mm 筛上土质量= 2mm 筛下土质量= 孔径 筛号 (mm) 量(g) ( g) (%) 数(%) g; g; g; 累计留筛土质 土质量 土质量百分数 总土质量百分 小于 0.1mm 的土占总土质量百分数= 小于 2mm 的土占总土质量百分数 = % % g 小于该孔径的

细筛分析时所取试样质量= 小于该孔径的 小于该孔径的

底盘总计

7、计算及结论:

4

实验二
一、概述

土的密度实验

土的密度是指土的单位体积质量,是土的基本物理性质指标之一,其单位为 g/cm3。土的密度反映了土体结构的松密程度,是计算土的自重应力、干密度、 孔隙比、孔隙度等指标的重要依据,也是挡土墙压力计算、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重要指标之一。 当用国际单位制计算土的重力时, 由土的质量产生的单位体积的重力称为重 力密度 γ,简称重度,其单位是。重度由密度乘以重力加速度求得。 土的密度一般是指土的湿密度,相应的重度称为湿重度,除此以外还有土的 干密度、饱和密度和有效密度,相应的有干重度、饱和重度和有效重度。

二、试验方法及原理
密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土,宜采用 环刀法;对于易碎裂、难以切削的土,可用蜡封法;对于现场粗粒土,可用灌水 法或灌砂法。 (一)环刀法 环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法,环刀内土的质量 与环刀体积之比即为土的密度。 环刀法操作简便且准确,在室内和野外均普遍采用,但环刀法只适用于测定 不含砾石颗粒的细粒土的密度。 1、仪器设备 (1)恒质量环刀,内径 6.18cm(面积 30cm2)或内径 7.98cm(面积 50cm2) , 高 20mm,壁厚 1.5mm; (2)称量 500g、最小分度值 0.1g 的天平; (3)切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。 2、操作步骤 (1)按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样,其直径和高度 应大于环刀的尺寸,整平两端放在玻璃板上。 (2)在环刀内壁涂一薄层凡士林,将环刀的刀刃向下放在土样上面,然后 用手将环刀垂直下压,边压边削,至土样上端伸出环刀为止,根据试样的软硬程 度,采用钢丝锯或修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。 (3) 擦净环刀外壁, 拿去圆玻璃片, 然后称取环刀加土质量 m1, 准确至 0.1g。 3、计算 按下列公式计算湿密度 m ? m2 ?= 1 ? ? 式中: ——湿密度,g/㎝ 3
5

m1——环刀与土合质量,g m2——环刀质量,g v——环刀体积,㎝ 3。 4、成果整理 环刀法试验应进行两次平行测定,两次测定的密度差值不得大于 0.03 g/cm3 并取其两次测值的算术平均值。

实验二
1、实验目的:

土的密度实验报告

2、实验仪器设备:

3、实验方法:

4、操作步骤:

6

5、 天然密度(环刀法)实验记录
实验日期:

组别:

实验者:

土 样 编 号 环刀号 环刀质量 m0(g) 环刀+湿土质量 m1(g) 湿土质量 m1- m0 (g) 环刀容积 V(cm3) 密度 ρ =( m1- m0)/V ( g /cm3) 平均密度( g /cm3)

6、计算及结论:

7

实验三
一、概述

天然含水量实验

土的含水率是指土在温度 105~110℃下烘干至恒量时所失去的水质量与达到 恒量后干土质量的比值,以百分数表示。

二、试验方法及原理
含水率试验方法烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等, 其中以烘干法为室内试验的标准方法。再此仅介绍烘干法。 烘干法是将试样放在温度能保持 105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法,是室 内测定含水率的标准方法。 1、仪器设备 (1)保持温度为 105~110℃的自动控制电热恒温烘箱; (2)称量 200g、最小分度值 0.01g 的天平; (3)玻璃干燥缸; (4)恒质量的铝制称量盒。 2、操作步骤 (1)从土样中选取具有代表性的试样 15~30g(有机质土、砂类土和整体状 构造冻土为 50g) , 放入称量盒内, 立即盖上盒盖, 称盒加湿土质量, 准确至 0.01g。 (2)打开盒盖,将试样和盒一起放入烘箱内,在温度 105~110℃下烘至恒 量。试样烘至恒量的时间,对于粘土和粉土宜烘 8~10h,对于砂土宜烘 6~8h。对 于有机质超过干土质量 5%的土,应将温度控制在 65~70℃的恒温下进行烘干。 (3)将烘干后试样和盒从烘箱中取出,盖上盒盖,放入干燥器内冷却到室 温。 (4)将试样和盒从干燥器内取出,称盒加干土质量,准确至 0.01g。 3、成果整理 含水量试验须进行二次平均测定,每组学生取两次土样测定含水量,取其算 术平均值作为最后成果。但两次试验的平均差值不得大于下列规定: 含水率测定的平行差值 含水率(%) <10 <40 ≥40 允许平行差值(%) 0.5 1 2

8

实验三
1、实验目的:

天然含水量实验报告

2、实验仪器设备:

3、实验方法:

4、操作步骤:

9

5、
实验日期:

天然含水量实验记录
组别: 实验者:

土 样 编 号 环刀号 铝盒号 铝盒+湿土质量 m1(g) 铝盒+干土质量 m2(g) 铝盒质量 m0(g) 水分质量 m1- m2 (g) 干土质量 m2- m0(g) 含水量 W=( m1- m2)/ ( m2- m0)( %) 平均含水量 W ( %)

10

实验四
一、试验目的

土的液、塑限实验(液塑限联合测定)

细粒土由于含水量不同,分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体 状态。液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量;塑限是区分粘性 土可塑状态与半固体状态的界限含水量。 测定土的液限时含水量,用以计算土的塑性指数和液性指数,作为粘土类土 的分类以及估算地基土承载力等的一个依据;测定土的塑限,并与液限试验和含 水量试验结合,来计算土的塑性指数和液性指数,作为粘性土的分类以及估算地 基土承载力的一个依据。 二、试验方法 土的液限试验:采用锥式法 土的塑限试验:采用搓条法 土的液、塑限试验:采用液塑限联合测定法 本次试验采用液塑限联合测定法 (适用于粒径小于 0.5mm 颗粒组成及有机质 含量不大于干土质量 5%的土) 。 三、仪器设备 1. 2. 3. 4. 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; 试样杯:直径 40~50mm,高 30~40mm; 天平:称量 200g,感量 0.01g 其他:烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径 0.5mm 的筛、凡士林等。

四、操作步骤 1. 本试验宜采用天然含水率试样,当土样不均匀时,采用风干试样,当试样 中含有粒径大于 0.5mm 的土粒和杂物时应过 0.5mm 筛。 2. 当采用天然含水率土样时,取代表性土样 250g ;采用风干试样时,取 0.5mm 筛下的 代表性土样 200g,分成 3 份,分别放入 3 个盛土皿中,加入不同数量的纯水, 使分别接近 液限、塑限和二者中间状态的含水量,调成均匀膏状,放入调土皿,浸润过夜。 3. 将制备的试样充分调拌均匀,填入试样杯中,填样时不应留有空隙,对 较干的试样充分搓揉,密实地填入试样杯中,填满后刮平表面。 4. 将试样杯放在联合测定仪的升降座上,在圆锥上抹一薄层凡士林,接通 电源,使电磁铁吸住圆锥。 5. 调节零点,将屏幕上的标尺调在零位,调整升降座、使圆锥尖接触试样 表面,指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样,经 5s 后测读圆锥下沉深度(显示在 屏幕上) , 取出试样杯, 挖去锥尖入土处的凡士林, 取锥体附近的试样不少于 10g, 放入称量盒内,测定含水率。 6. 按 3~5 的步骤分别测试其余 2 个试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。 液塑限联合测定应不少于三点。
11

五、试验注意事项 1. 土样分层装杯时,注意土中不能留有空隙。 2. 每种含水率设三个测点,取平均值作为这种含水率所对应土的圆锥入土 深度,如三 点下沉深度相差太大,则必须重新调试土样。 六、计算与制图 1. 计算含水量

W% ?
式中 W - 含水量;

g1 ? g 2 ? 100 g2 ? g0

(计算至 0.1%)

; g 1 - 秤量盒加湿土质量(g) ; g 2 - 秤量盒加干土质量(g) 。 g 0 - 秤量盒质量(g) 2. 绘制圆锥下沉深度 h 与含水量 w 的关系曲线 以含水量为横坐标,圆锥下沉深度为纵坐标,在双对数纸上绘制 h~w 的关 系曲线。如图 5–1 所示。 (1)三点连一条直线。 (2)当三点不在一直线上,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 处查得相应的含水量,当两个含水量的差值小于 2%,应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。 (3)当两个含水量的差值大于或等于 2%时,应补做试验。 3. 确定液限、塑限 在圆锥下沉深度 h 与含水量 w 关系图上, 查得下沉深度为 17mm 所对应的含 水量为液限 WL;查得下沉深度为 2mm 所对应的含水量为塑限 WP,以百分数表 示,准确至 0.1%。 4. 计算塑性指数和液性指数
塑性指数:
I P ? WL ? WP

液性指数:

IL ?

W ? WP IP

式中 W、WL、WP 分别为天然含水率、液限及塑限。

12

20

圆锥下沉深度 h(mm)

10 9 8 7 6 5 4 3 2

A线 B线
10 20 30 40 50 60 70 90 80 100

含水率(%)

3–1 圆锥入土深度与含水率关系图

13

实验四

土的液、塑限实验(液塑限联合测定)报告

1、实验目的:

2、实验仪器设备:

3、实验方法:

4、操作步骤:

14

5、

液、塑限实验记录
组别: 实验者:

实验日期:

试 样 编 号 圆锥入土深度 (mm) 铝盒号 铝盒+湿土质量 m1(g) 铝盒+干土质量 m2(g) 铝盒质量 m0(g) 水分质量 m1- m2 (g) 干土质量 m2- m0(g) 含水量 W= ( m1- m2) / ( m2- m0) ( %) 液 塑 限 (%) 限 (%)

塑 性 指 数 液 性 指 数 土样按桥规分类

6、计算及结论:

15

16

实验五

击 实 实 验

击实实验是用锤击使土密度增加的一种方法。土在一定的击实效应下,如果 含水率不同,则所得的密度也不相同,能使土达到最大密度所要求的含水率,称 为最优含水率,其相应的干密度称最大干密度。 (一)实验目的 用标准击实方法,测定土的含水率与干密度的关系,从而确定土的最大干密 度( ? d max )和相应于最大干密度时土的最优含水率(wop) 。为控制路堤、土坝 或填土地基等密实度的重要指标。 本试验适用于粒径小于 5mm 或含粒径大于 5mm 的颗粒质量小于总土量 3%的土 样。 (二)实验方法 (1)轻型击实实验:适用于粒径小于 5mm 的粘性土。 (2)重型击实实验:适用于粒径不大于 20mm 的土 轻型击实 1)仪器设备 (1)标准击实仪,如图附 7–1 所示。 (2) 天平: 称量 200g, 感量 0.01g;称量 1000g, 感量 1g。 (3) 台称: 称量 10kg, 感量 5g。 (4)喷雾器或其他喷 水设备。 (5)推土器。 (6)其他:盛土器、 削土刀、土盒、白铁皮(拌 (a) (b) (c) (d) 土用) 、烘箱、碾土器、筛 图 7–1 标准击实仪 (孔径 5mm ) 、保湿设备 (a)轻型击实筒; (b)重型击实筒; (c)2.5kg 击锤; (d)4.5kg 击锤 1 – 套筒; 2 – 击实筒; 3 – 底板; 4 – 垫块; 5 – 提手; 6 – 导筒; 7 – 硬橡皮垫; 8–击锤 等。 2)操作步骤 (1)将具有代表性的风干土样,或在低于 60℃温度下烘干的土样,或天然 含水率低于塑限可以碾散过筛的土样,放在橡皮板上用木碾碾散,过 5mm 筛后 备用。 (2)参照土的塑限,估计其最优含水率 wop,预定至少五个不同含水率,使 各含水率依次相差约 2%,且其中至少各有两个大于 wop,两个小于 wop。按各个 预定含水率及土样原有含水率(由实验室给出) ,用下式计算各个试样所需的加 水 Ww :

17

Ww ?

Ww0 ? 0.01( w ? w0 ) 1 ? 0.01w0

式中

Ww ——试样所需的加水质量,g;
Ww0 ——含水率为

w0 时试样的质量,g;

w0——试样原有风干含水率,%; w——预定含水率,%。 (3)按预定含水率制备试样。取土样约 2.5kg,平铺于不吸水平板上,用喷 雾器或其他喷水设备均匀喷洒预定的水量,稍静置一段时间后,装入塑料袋内或 密闭容器内浸润,以使土中水量分布均匀。浸润时间对高液限粘土不得少于一昼 夜;低液限粉土可酌情缩短,但不应少于 12h(教学试验时可取用实验室已准备 好的湿润土样,并根据此含水率和试样预定含水率计算加水量,试样加水拌和后 立即进行试验) 。 (4)将击实筒固定于底座,并置于坚实地面上,击实筒底面和筒内壁须涂 少许润滑油。 (5)取制备好的试样 600~800g(使击实后的试样略高于筒高的 1/3)倒入 筒内,整平其表面,并用圆木板稍加压紧,按 25 次击数进行击实。击实时,提 起击锤与导筒顶接触后,使其自由垂直下落,每次锤击时应挪动击锤,使锤迹均 匀分布于土面。然后安装护筒,把土面刨成毛面,重复上述步骤进行第二及第三 层的击实。击实后超出击实筒余土高度不得大于 6mm。 (6)用削土刀小心沿护筒壁与土的接触面划开,转动并取下护筒(注意勿 将击实筒内土样带出) ,齐筒顶细心削平试样,拆除底板,如试样底面超出筒外, 亦应削平。然后擦净筒外壁,用台称称出筒加土质量,称量准确至 1g。 (7)用推土器推出筒内试样,从试样中心不同位置处取两小块各约 15~30g 土,测定其含水率,计算准确至 0.1%,其平行误差不得超过 1%。 (8)按第 4~7 各步骤,对其他不同含水率的试样进行击实。 3)计算及记录 (1)按下式计算击实后的干密度
?d ? ?
1 ? 0.01w
3

式中

? d ——干密度,g/cm ;

? ——湿密度,g/cm ;

3

w——击实后测定的含水率,%。 (2)以干密度 ? d 为纵坐标,含水率 w 为横坐标,绘制 ? d 与 w 的关系曲线。 如图 7–2 所示,确定最大干密度 ? d max 与最优 含水率 wop。 (3)按下式计算试样完全饱和时的含水
18


??w 1 ? wsat ? ? ?? ?G ? ? ? 100(%) s ? ? d

式中

? w ——水的密度,可取 1g/cm ;

3

Gs——土粒的比重。 (4)计算数个(可任取)干密度下土的 wsat,在 ? d —w 关系曲线图中添绘饱 和曲线。

图 7–2

ρd—w 关系曲线

19

实验五、击实实验报告

1、实验目的:

2、实验仪器设备:

3、实验方法: 4、操作步骤:

20

5、击实实验记录
实验日期:
风干试样含水率 估计最优含水率 干法、湿法制备 试验点号 筒和试样总质量(g) 干 密 度 筒质量(g) 湿试样质量(g) 湿密度(g/㎝ ) 干密度(g∕㎝ )
3 3

组别:

实验者:
层数 每层击数 击实筒容积 1 2 3 4 5 6

﹙1﹚ ﹙2﹚ ﹙3﹚ ﹙4﹚ ﹙5﹚

盒号 盒加湿试样总质量(g) ﹙1﹚ 盒加干试样总质量(g) ﹙2﹚ 含 水 率 盒质量 水质量 (g) (g) ﹙3﹚ ﹙4﹚ ﹙5﹚ ﹙6﹚

干试样质量 (g) 含水率 ( %)

平均含水率(%) 最大干密度 最优含水率 饱和度

6、计算及结论:

21



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