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土工试验 Soil experiments,1 土的密度试验 2 土的含水量试验 3 土的液塑限试验,4 土的固结试验 5 土的直剪试验 6 土的三轴剪切试验,1 土的密度试验 density test,目的 objectives,测定土在天然状态下单位体积的质量,仪器设备 apparatus,符合规定要求的环刀; 精度为0.01g的天平; 其他:切土刀,凡士林等。,(1)测出环刀的容积V,在天平上称环刀质量m1。 (2)取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。 (3)环刀取土:在环刀内壁涂一薄层凡士林,将环刀刃口向下放在土样上,随即将环刀垂直下压,边压边削,直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平(严禁在土面上反复涂抹),然后擦净环刀外壁。 (4)将取好土样的环刀放在天平上称量,记下环刀与湿土的总质量m2,操作步骤 procedure,计算土的密度,密度试验应进行2次平行测定,两次测定的差值不得大于0.03g/cm3,取两次试验结果的算术平均值; 密度计算准确至0.01 g/cm3,要 求,2 土的含水量试验,用烘干法测定土的含水率,目的,烘箱:采用电热烘箱;天平:称量200g,分度值0.01g;其他:干燥器,称量盒。,仪器设备,(1)取代表性试样,粘性土为1530g,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为m0的称量盒内,立即盖上盒盖,称湿土加盒总质量m1,精确至0.01g。 (2)打开盒盖,将试样和盒放入烘箱,在温度105110的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时;砂类土不得少于6小时;对含有机质超过10%的土,应将温度控制在6570 的恒温下烘至恒量。 (3)将烘干后的试样和盒取出,盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温,称干土加盒质量m2为,精确至0.01g。,操作步骤,计算土的含水量,(1)计算准确至0.1%; (2)本试验需进行2次平行测定,取其算术平均值,允许平行差值应符合下表规定。,要 求,3 土的液限、塑限试验,测定细粒土的液限、塑限,计算塑性指数、给土分类定名,共设计、施工使用。,目的,液塑限联合测定仪:圆锥仪、读数显示; 试样杯:直径4050mm,高3040mm; 天平:称量200g,分度值0.01g;其他:烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。,仪器设备,液限锥式仪,液塑限联合测定仪,(1)当采用天然含水量的土样时,应剔除大于0.5mm的颗粒,然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏,静置湿润。静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时,取过0.5mm筛的代表性土样约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,调成均匀土膏,然后放入密封的保湿缸中,静置24小时。 (2)将制备好的土膏用调土刀调拌均匀,密实地填入试样杯中,应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平,随即将试样杯放在仪器底座上。 (3)取圆锥仪,在锥体上涂以薄层凡士林,接通电源,使电磁铁吸稳圆锥仪。 (4)调节屏幕准线,使初读数为零。调节升降座,使圆锥仪锥角接触试样面,指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内,经5秒后立即测读圆锥下沉深度。 (5)取下试样杯,然后从杯中取10g以上的试样2个,测定含水率。 (6)按(2)-(5)的步骤,测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。,操作步骤,计算与制图,(1)计算含水量,(2)绘制圆锥下沉深度h与 含水量w的关系曲线,计算含水量:,三点连一条直线。 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。 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,取整数。,塑性指数:,液性指数:,(4)计算塑性指数和液性指数,4 土的固结试验,目的,测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力的关系,变形和时间的关系,以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。,快速固结法: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。,方法,三联固结仪;刮土刀、天平、秒表等,仪器设备,三联固结仪,基本原理,Vve0,Vs1,Vve,Vs1,土样在压缩前后变形量为s,整个过程中土粒体积和底面积不变,土粒高度在受压前后不变,整理,其中,根据不同压力p作用下,达到稳定的孔隙比e,绘制e-p曲线,为压缩曲线,操作步骤,(1)按要求取原状样或制备扰动土样。 (2)取环刀样,测试验前的密度与含水量。 (3)在固结仪底的透水石上放一滤纸,将环刀和土样放入压缩仪,套上导环,在土样顶面放上滤纸,再加上透水石,继而放上传压板与钢球,最后将固结仪放在容器板上。 (4)安装测微表并调零 (5)加荷。按50、100、200、400(kpa)四级荷重加荷,每级荷载历时10分钟,即每级荷重加上10分钟时,记测微表读数一次,然后加下一级荷载,依些类推,直到第四级荷载施加完毕为止。,1首先装好试样,再安装量表。在装量表的过程中,小指针需调至整数位,大指针调至零,量表杆头要有一定的伸缩范围,固定在量表架上。 2加荷时,应按顺序加砝码;试验中不要震动实验台,以免指针产生移动。,注意事项,成果整理,(1)按下式计算土的初始孔隙比,2.计算试样的颗粒(骨架)净高hs,式中:h0 试样初始高度(mm),3.计算某级压力下变形稳定后的孔隙比ei,(MPa-1),式中 Pi 某一级荷重值,MPa。,4.计算某级压力下的压缩系数a 1-2和压缩模量Es,(MPa),5.作孔隙比e和压力p的关系曲线,以孔隙比e为纵坐标,压力p为横坐标,绘制孔隙比与压力的关系曲线。,5 土的直剪试验,目的,直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样,分别在不同的垂直压力p下,施加水平剪切力进行剪切,测得剪切破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标:内摩擦角和粘聚力c。,快剪:在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。 固结快剪:在试样上施加垂直压力,待试样排水固结稳定后,快速施加水平剪应力。 慢剪:在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中,均使试样排水固结。,方法,固结快剪试验,仪器设备,(1)应变控制式直剪仪:剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等; (2)位移计(百分表):量程510mm,分度值0.01mm; (3)天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。,1.切取试样:按工程需要用环刀切取一组试样,至少四个,并测定试样的密度及含水率。 2.安装试样:对准上下盒,插入固定销钉。在下盒内放入一透水石,上覆隔水蜡纸一张。将装有试样的环刀平口向下,对准剪切盒,试样上放隔水蜡纸一张,再放上透水石,将试样徐徐推入剪切盒内,移去环刀。 3.施加垂直压力:转动手轮,使上盒前端钢珠刚好与测力计接触,调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样,分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上,可取四个垂直压力分别为100、200、400kPa。,操作步骤,4进行剪切:施加垂直压力后,立即拔出固定销钉,开动秒表,以每分钟46转的均匀速率旋转手轮(在教学中可采用每分钟6转)。使试样在35分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进,或有显著后退,表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加,则剪切变形应达6mm为止。手轮每转一圈,同时测记测力计量表读数,直到试样剪破为止。(注:手轮每转一圈推进下盒0.2毫米)。 5拆卸试样:剪切结束后,吸去剪切盒中的积水,倒转手轮,尽快移去垂直压力、框架、上盖板,取出试样。,1先安装试样,再装量表。安装试样时要用透水石把土样从环刀推进剪切盒里,试验前量表中的大指针调至零。 2加荷时,不要摇晃砝码;剪切时要拔出销钉。,注意事项,成果整理,1按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度:,式中:f 土的抗剪强度,kPa; C 测力计率定系数,kPa/0.01mm; R 测力计量表最大读数,或位移4毫米时的 读数(0.01毫米),0.01mm。,2绘制f曲线,6 土的三轴剪切试验,三轴剪切试验是在三向应力状态下,测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方法。通常用34个圆柱体试样,分别在不同的恒定围压下,施加轴向压力,进行剪切,直至破坏;然后根据极限应力圆包络线,求得抗剪强度参数。,目的,根据排水条件不同,三轴剪切试验分为不固结不排水试验(UU)、固结不排水剪切(CU)和固结排水试验(CD)。本试验只作部固结不排水剪切试验。,方法,1. 应变控制式三轴剪切仪,由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。 2. 附属设备:包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。 3. 天平:秤量200g,感量0.01g;称量1000g,感量0.1g。 4. 橡皮膜:应具有弹性,厚度应小于橡皮膜直径的1/100,不得有漏气孔。,仪器设备,3. 剪切试样,操作步骤,1.试样制备,2. 试样的安装,(1) 本试验需要34个试样,分别在不同周围压力下进行试验。 (2) 试样尺寸:最小直径为35mm,最大直径为101mm,试样高度宜为试样直径的22.5倍。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样,试样直径宜大于60mm。 (3) 原状试样制备,应将土切成圆柱形试样,试样两端应平整并垂直于试样轴,当试样侧面或端部有小石子或凹坑时,允许用削下的余土修整,试样切削时应避免扰动,并取余土测定试样的含水量。 (4) 扰动试样制备,应根据预定的干密度和含水量,在击实器内分层击实,粉质土宜35层,粘质土宜为58层,各层土料数量应相等,各层接触面应刨毛。 (5) 对制备好的试样,应量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式计算: (式中D1,D2,D3分别为试样上、中、下部位的直径) 取余土,测定含水率。,1.试样制备,back,(1)在压力室底座上依次放上不透水板、试样及试样帽,将橡皮膜套在试样外,并将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。 (2)装上压力室罩,向压力室内注满纯水,关排气阀,压力室内不应有残留气泡。并将活塞对准千分表和试样顶部。 (3) 关排水阀,开周围压力阀,施加周围压力,周围压力值应与工程实际荷重相适应,最大一级周围压力与最大实际荷重大致相等。 (4) 转动手轮使试样帽与活塞及千分表接触,装上变形指示计,将千分表和变形指示计读数调至零位。,2. 试样的安装,back,(1)开动电机,接上离合器,剪切应变速率宜为每分钟应变0.51.0进行。 (2)剪切开始阶段,试样每产生0.30.4的轴向应变,测记一次千分表读数和轴向应变值。当轴向应变大于3以后,每隔0.70.8的应变值测记一次读数。 (3)当千分表读数出现峰值时,剪切应继续进行,超过5的轴向应变为止。若当千分表读数无峰值时,剪切应进行到轴向应变为1520。 (4)试验结束,关电动机,关周围压力阀,开排气阀,排除压力室内的水,拆除压力室外罩,取出试样,描述破坏特征,称试样质量,并测定含水率。 (5)对其余几个试样,在不同围压下重复上述步骤进行剪切试验。,3. 剪切试样,back,
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