南华大学城市建设学院土力学实验报告2012/05/21实验一：土的重度、含水率试验实验名称：土的重度、含水量实验实验成绩：实验同组人：罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名：实验地点：城建西301 实验日期：2012年 03 月 28 日实验目的：1.熟悉土工实验中环刀、天平、烘箱等基本设备的操作方法；2.通过本试验掌握土体的天然含水率试验方法，了解含水率指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标；3.通过本试验掌握土体的天然密度试验方法，了解天然密度指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标。
并初步了解土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪强度的关系。
实验原理：土体中的自由水和弱结合水在105℃～110℃的温度下全部变成水蒸气挥发，土体粒质量不再发生变化，此时的土重为土颗粒质量加上强结合水质量，将挥发掉的水份质量与干土质量之比为土体含水率。
即土体含水率是指土颗粒在105℃～110℃的温度下烘干（或酒精烧干）至恒重时所失去的水份质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。
单位体积土体质量称做土的密度，定义式为：p 0=m/V式中：ρ－土样湿密度（g/cm3）；m－土样质量（g）；V－土样体积（cm3）。
实验室内直接测量的密度为湿密度(对原状土称作天然密度)。
ω0=m w/m s式中：ω—土样含水率(％)；mw—土体所失去水分的质量(g)；ms—烘干后土颗粒质量(g)。
实验仪器设备（实验条件）：1.恒温烘箱：恒温范围在105℃～110℃，温度控制精度高于±2℃；2.天平：称量200g，最小分度值0.01g；3.其它工具：铝盒(称量盒)、开土刀、干燥器、温度计等。
（a）环刀：内径61.8mm和79.8mm，高20mm；（b）天平：称量500g，最小分度值0.1g的天平；（c）其它工具：切土刀，玻璃板、钢丝锯，凡士林等实验过程（内容、步骤、原始数据等）：(1)实验内容：1、制作土样；2、测定土的含水率；3、测定土的密度。
（2）实验步骤：1.用感量0.01g的天平称取铝盒重量，记录铝盒编号和重量；2.取具有代表性的试样15～30g放入铝盒内，（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g），迅速盖好盒盖，称铝盒加湿土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加湿土质量。
3.揭开盒盖，将试样和铝盒一起放入恒温烘箱，在温度105℃～110℃下烘至恒重。
烘干时间对粘土、粉土不得少于8小时，对砂土不得少于6小时，对含有机质超过干土质量5%的土，应将温度控制在65℃～70℃的恒温下烘至恒重。
4.将铝盒从烘箱中取出，盖好铝盒盖，放入干燥器内冷却至室温后，称铝盒加干土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加干土质量。
（a）取原状土或制备的扰动土样，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压至约刃口深处，用切土刀将士样切成略大于环刀直径的土柱后，边压边削，直至土样伸出环刀顶部，将环刀两端余土削平；（b）用切下的代表性土样测定含水率；（c）擦净环刀外壁，称环刀加土的质量，准确至0.1g。
注意事项：1.烘干法为含水率试验的标准方法，本试验方法适用于有机物含量不超过干土质量的5%，当有机物含量在5%～10%之间，仍用本方法时，应在记录中注明。
当受试验环境限制，不能满足烘焙条件时，可依现场情况选用如下试验方法：2.酒精燃烧法(适用于砂性土、粘性土)；3.实容积法(适用于粘性土)；4.比重法(适用于砂性土)；5.炒干法(适用于砾质土)。
原始数据：密度实验数据见表1表1 密度实验数据表含水率实验数据见表2表2 含水率实验数据表实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：1.数据处理计算表1 密度实验数据处理结果表表2 含水率实验数据处理结果表2.实验结论：经过实验分析计算，得出如下结论：(1)实验土样含水率ω可取为24.89%;(2)实验土样重度γ可取20.0kN/m3；(3)实验土样天然密度ρ可取为2.0g/cm³。
实验二：土的塑限和液限测定试验实验名称：土的塑限和液限测定试验实验成绩：实验同组人：罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名：实验地点：城建西301 实验日期：2012年 04月 12 日（下午）实验目的：掌握界限含水率试验方法和塑性指数、液性指数的计算，并能利用界限含水率指标进行土的分类和定名，判断天然土的状态。
基本原理：1.细粒土由于含水率的不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。
2.液限是细粒土呈流动状态与可塑状态分界处的含水率(记作ωL)3.塑限是细粒土呈可塑态状与半固体状态分界处的含水率(记作ωp)4.缩限是细粒土呈半固体状态与固体状态分界处的含水率(记作ωs)仪器设备：（a）圆锥仪：由锥身、手柄、平衡装置三部分组成，锥身由不锈钢制成，锥角为30°；（b）天平：称量200g，最小分度值0.01g；（c）其它工具：调土刀，调土碗，0.5mm孔筛，凡士林，含水率试验全套设备等。
实验过程（内容、步骤、原始数据等）：（1）实验内容：1、制作土样；2、测定土的液限和和土的塑限；3、测定土的液限和和土的塑限所对应的含水率。
（2）实验步骤：（a）制备试样：取代表性天然土或风干土过0.5mm的孔筛，过筛后取约250g，放入调土皿中，加纯净水调成均匀浓糊状，将拌和均匀的土样密封于保湿缸中静置24小时；（b）放锥：将试样用调土刀调匀，密实地填入试杯中，不得在杯口反复涂抹，将刮平的试杯放在杯座上，至锥尖刚好与土面接触时，放松手指，使其锥体在自重状态下沉入土中；（c）读数：经15s后观看锥尖入土深度，若锥体入土深度刚好为10mm时，表示土的含水率适为液限，如不符合上述要求应重新调试土膏；（d）测含水率：将所测得的合格试样，挖去有凡士林的部分，取锥体附近试样迅速放入铝盒内测定其含水率，此含水率既为液限；（e）此试验需进行两次平行试验，当两次测定的液限含水率差值小于2％时，取平均值作为该土样的液限。
注意事项：当土条搓至直径3mm同时出现横向裂纹时，该土条的含水率定义为塑限。
若土条直径达到3mm而未出现裂纹，表明试样含水率高于塑限；若土条直径大于3mm即出现裂纹时，表明该试样的含水率低于塑限，出现上述两种情况需重新试验；实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：1.实验数据实验数据处理结果表依数据处理可得土的液限为37.29﹪，土的塑限为19.29﹪,又由上一次计算得的天然含水率w为24.89﹪，所以Ip=wL- wp=37.29-19.29=18，IL=(w-wp)/Ip=(24.89-19.29)/18≈0.31。
2.实验结果：经过实验分析计算，得出如下结论：（1）实验测定土样的液限可取值为37.29﹪；（2）实验测定土样的塑限可取值为19.29﹪；（3）土样的液性指数和塑性指数分别可以取值为0.31和18；（4）依处理结果可得该粘性土属于可塑状态。
实验三：土的固结试验实验名称：土的固结试验实验成绩：实验同组人：罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名：实验地点：城建西301 实验日期：2012年 04 月 13 日（下午）实验目的：本试验之目的在于测定土的沉降变形，了解土体在侧限条件下的变形与时间～压力的关系，结合其它试验指标配合计算土的压缩系数、压缩模量，确定土压缩性的高低。
基本原理：1.侧限压缩试验又称固结试验。
土体的固结是指土体在外力作用下，土体中的水和气体被逐渐排走，孔隙体积减小，土颗粒之间重新排列的现象。
2.土的固结试验是通过测定土样在各级垂直荷载作用下产生的变形，计算各级荷载下相应的孔隙比，用以确定土的压缩系数和压缩模量等。
仪器设备：1.固结容器：由环刀、护环、透水石、水槽、加压上盖组成;2.环刀：高20mm，面积30cm2或50cm2;3.加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》GB／T15406的规定。
4.变形量测设备：量程10mm，最小分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2％的位移传感器。
5.其它：开土刀、过滤纸等。
实验过程（内容、步骤、原始数据等）：（1）实验内容：1、制作土样；2、测定土在不同荷载压缩下的形变量；3、计算土的压缩系数和压缩模量。
（2）实验步骤：1.试样制备：按密度试验要求取原状土或制备扰动土土样。
并测定试样的含水率和密度，取切下的余土测定土粒比重。
试样需要饱和时，应按规定进行抽气饱和；2.安装：在压密容器中放置好透水石和滤纸，将带有环刀的试样和环刀一起刃口向下小心放入护环，再在试样上放置滤纸和透水石，最后放上传压活塞，安装加压装置和百分表；3.调零：施加预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数，通常将百分表测距调到大于8mm；4.加载：确定需要施加的各级压力，压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。
第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5kPa、25kPa或50kPa。
最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。
只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa；5.沉降记录：施加每级压力后24h测定试样高度变化作为稳定标准，每间隔1小时变形小于0.01mm时，作为稳定读数；要测定沉降速率时，施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化。
时间为6s、15s、lmin、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、20minl5s、25min、30minl5s、36min、42minl5s、49min、64min、l00min、200min、400min、23h、24h，至稳定为止；6.加第二级荷载：记下稳定读数后，施加第二级荷载。
依此逐级加荷，至试验结束；7.试验结束：最后一级荷载稳定后，先卸除百分表，然后卸除砝码，升起加压框，拆除仪器各部件，取出试样，测定含水率。
注意事项：1.在高压压缩试验中，仪器变形量不能忽略；2.滤纸浸湿后的变形量较大，因此，压缩试验要求使用薄滤纸或用孔径较细的透水石而不使用滤纸，但这时易使透水石淤堵；3.固结试验仅进行需要固结系数的那几级荷载，其它仅测读稳定沉降量；4.压缩试验中，使用卡萨格兰德(Casagrande)方法确定前期固结应力时，前面几级加载比应小于1；5.压缩试验过程中，使加载杠杆始终保持水平。
实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：1.实验数据实验数据处理结果表ds=2.72,Ho=20mm,S1=（100.0-85.0）х10ˉ²mm=15.0х10ˉ²mm、s2=（100.0-66.7）х10ˉ²mm=33.3х10ˉ²mms3=（100.0-29.8）х10ˉ²mm=70.2х10ˉ²mm（1）土的初始孔隙比e o=ds(1+wo) rw/ro-1=2.72х（1+24.89％）х10.0/20.0-1=0.699；（2）土在不同荷载压缩下的孔隙比e1=eo-s(1+ eo)/ Ho=0.699-15х10ˉ²х(1+0.699)/20=0.686;同理分别代入s2和s3计算e2=0.666，e3=0.640；（3）故土的压缩系数α=α1-2=tana=(Δe/Δp) х10³=[ (e1- e3)/ (p3- p1) ] х10³ =[（0.686-0.640）/(200-50)] х10³=0.3Mpaˉ¹；(4)依所得的压缩系数，又由Es=(1+ e1)/a=（1+0.686）/0.3=5.6 Mpa。