长沙理工大学土力学实验指导书

土力学实验指导书

适用于长沙理工大学土力学实验指

导书

目 录

土力学实验的目的 ??????????????????????? （1） 一、颗粒分析试验 ??????????????????????? （1） [附1-1]筛析法 ???????????????????????? （1） [附1-2]密度计法（比重计法）?????????????????? （2） 二、密度试验（环刀法） ???????????????????? （4） 三、含水率试验（烘干法）???????????????????? （5） 四、比重试验（比重瓶法）???????????????????? （6） 五、界限含水率试验??????????????????????? （8）

液限、塑限联合测定????????????????????? （8） 六、击实试验 ????????????????????????? （10） 七、渗透试验 ????????????????????????? （12） [附7-1]常水头试验（70型渗透仪） ??????????????? （12） [附7-2]变水头试验（南55型渗透仪）??????????????? （14） 八、固结试验（快速法） ???????????????????? （16） 九、直接剪切试验 ??????????????????????? （18） 十、相对密度试验 ??????????????????????? （20） 十一、无侧限抗压强度试验 ??????????????????? （22） 十二、无粘性土休止角试验 ??????????????????? （24） 十三、三轴压缩试验 ?????????????????????? （25）

土 力 学 实 验 指 导 书

《土力学实验》的目的

土力学试验是在学习了土力学理论的基础上进行的，是配合土力学课程的学习而开设的一门实践性较强的技能训练课。根据教学计划的需要，安排试验内容，以突出实践教学，突出技能训练。

试验课的目的：一、是加强理论联系实际，巩固和提高所学的土力学的理论知识；二、是增强实践操作的技能；三、是结合工程实际，让学生掌握土工试验的全过程和运用实验成果于实际工程的能力。

《土力学实验》的内容及要求

土力学实验指导书是依据中华人民共和国水利部发布《土工试验规程》（SL237－1999）规范编写的。根据教学大纲要求，安排下列实验项目。

一、颗粒分析试验

[附1－1] 筛析法（筛分法）

（一）试验目的

测定干土各粒组占该土总质量的百分数，以便了解土粒的组成情况。供砂类土的分类、判断土的工程性质及建材选料之用。

（二）试验原理

土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据颗粒组成对土进行分类，粗粒土主要是依据颗粒组成进行分类的，细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。颗粒分析试验可分为筛析法和密度计法，对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于0.075mm的土粒则用密度计法来测定。筛析法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占总量的百分数。 （三）仪器设备

1．标准筛：孔径10、5、2、1.0、0.5、0.25、0.075mm； 2．天平：称量1000g，分度值0.1g； 3．台称：称量5kg，分度值1g； 4．其它：毛刷、木碾等。

（四）操作步骤

1．备土：从大于粒径0.075mm的风干松散的无粘性土中，用四分对角法取出代表性 的试样。

2．取土：取干砂500g称量准确至0.2g。

3．摇筛：将称好的试样倒入依次叠好的筛，然后按照顺时针或逆时针进行筛析。振摇 时间一般为10～15分钟。

4．称量：逐级称取留在各筛上的质量。

（五）试验注意事项

1．将土样倒入依次叠好的筛子中进行筛析。

2．筛析法采用振筛机，在筛析过程中应能上下振动，水平转动。 3．称重后干砂总重精确至?2g。 （六）计算及制图

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1．按下列计算小于某颗粒直径的土质量百分数：

X?mAmB?100%

式中：X—小于某颗粒直径的土质量百分数，％； mA—小于某颗粒直径的土质量，g；

mB—所取试样的总质量（500g）。

2．用小于某粒径的土质量百分数为纵坐标，颗粒直径（mm）的对数值为横坐标，绘 制颗粒大小分配曲线。

（七）试验记录（见附表1－1）

颗粒分析试验记录表（筛析法）

附表1－1

土样编号 14－2 干土质量 500g 试验者 陈炳崇 土样说明 粗砂 试验日期 2003年5月20日 校核者 黄国怡

孔径（mm）20105210.50.250.075底盘总计留筛土质量（g）0.017.045.065.585.0100.5122.060.05.0累积留筛土质量（g）0.017.062.0127.5212.5313.0435.0495.0500.0小于该孔径的土质量（g）500.0483.0438.0372.5287.5187.065.05.0小于该孔径的土质量百分数（％）100.096.687.674.557.537.413.01.0

[附1－2] 密度计法（比重计法）

（一）试验目的

测定小于某粒径的颗粒占土总质量的百分数，以便了解土粒的大小分配情况，并作为粘性土分类的依据及土工建筑选材之用。 （二）试验原理

密度计法，是将一定量的土样（粒径<0.075mm）放在量筒中，然后加蒸馏水，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，当土粒在液体中靠自重下沉时，较大的颗粒下沉较快，而较小的颗粒下沉则较慢。让土粒沉降过程中，用密度计测出在悬液中对应于不同时间的不同悬液密度，根据密度计读数和土粒的下沉时间，就可计算出粒径小

于某一粒径d（mm）的颗粒占土样的百分数。 （三）仪器设备

1．密度计：目前通常采用的密度计有甲、乙两种，现介绍甲种密度计。甲种密度计

刻度自0～60，最小分度单位为1.0；如附图1－1所示。

2．量筒：容积1000ml；

3．天平：称量200g，分度值0.01g； 4．搅拌器：轮径50mm，孔径3mm；

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5．煮沸设备：电热器、三角烧瓶等； 6．分散剂：4％六偏磷酸钠或其它分散剂；

7．其它：温度计、蒸馏水、烧杯、研钵和秒表等。

（四）操作步骤

1．称取试样：取有代表性的风干或烘干土样100～

200g，放入研钵中，用带橡皮头的研棒研散，

将研散后的土过0.075mm筛，均匀拌和后称附图1－1 甲种比取试样30g。

2．浸泡试样：将称好的试样小心倒入烧重计 瓶中，注入

200ml蒸馏水对试样进行浸泡，浸泡时间不少于18小时。

3．煮沸分散：将浸泡好后的试样稍加摇荡后，放在电

热器上煮沸。煮沸时间从沸腾时开始，粘土约需要1小时，

其它土不少于半小时，对教学试验，浸泡试样及煮沸分散均由实验室准备。

4．制备悬液：土样经煮沸分散冷却后，倒入量筒内。然后加4％浓度的六偏磷酸钠约

10ml于溶液中，再注入蒸馏水，使筒内的悬液达到1000ml。

5．搅拌悬液：用搅拌器在悬液深度上下搅拌1分钟，往复各30次，使悬液内土粒均 匀分布。

6．定时测读：取出搅拌器，立即开动秒表，测定经过1、5、30、120、1440分钟时 的密度计数读。每次测读完后，立即将密度计取出，放入盛水量筒中，同时测记悬液温度，准确至0.5℃。 （五）试验注意事项 1．5分钟时的读数是包括1分钟读数的时间，其余30、120、1440分钟的读数时间也

是如此累加。

2．读数后甲种密度计必须立即从量筒里取出，否则会阻碍土粒下沉速度。

（六）计算及制图

1．由于刻度、温度与加入分散剂等原因，密度计每一次读数须先经弯液面校正后，由

实验室提供的R－L关系图，查得土粒有效沉降距离，计算颗粒的直径d，按简化公式计算：

t

式中：d—颗粒直径，mm；

K—粒径计算系数（由实验室提供的资料查得）；

L—某时间t内的土粒沉降距离（由实验室提供的资料查得）； t—沉降时间，s。

2．将每一读数经过刻度与弯液面校正、温度校正、土粒比重校正和分散剂校正后，按

下列计算小于某粒径的土质量百分数：

X?%??100msCs?R?mt?n?CDd?KL?

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式中： X—小于某粒径的土质量百分数，％；

ms—试样干土质量（30g）；

Cs—土粒比重校正系数，可查甲种密度计的土粒比重校正值表（由实验室提供的资料查得）；

R—甲种密度计读数；

mt—温度校正值，可查甲种密度计的温度校正值表（由实验室提供的资料查得）；

n—刻度及弯液面校正值（由实验室提供的图表中查得）； CD—分散剂校正值（由实验室提供资料）。

3．用小于某粒径的土质量百分数X（％）为纵坐标，粒径d（mm）的对数为横坐标，

绘制颗粒大小级配曲线。

（七）试验记录（见附表1－2）

颗粒分析试验记录表（密度计法）

附表1－2

土样编号 18 密度计号 甲2 试 验 者 黄丽娟

干土质量ms?30g 量 筒 号 3 校 核 者 黄国怡 土粒比重 GS=2.75 比重计校正值 CS=0.979 试验日期2003.5.8 下沉时间悬液温度（℃）密度计温度刻度弯液分散剂Rm=R+m读数校正值面校正值校正值t+n-CDRH=Rm3C土粒s粒径落距小于某孔径的土质量百分数（％）93.0178.3262.0144.3826.76t（min)T15301201440R29.024.519.514.08.5mtn1.01.01.01.01.0CDL（cm）d（mm）28.524.019.013.68.227.90223.49618.60113.3148.02813.82115.06916.45517.97919.5040.050.0240.0100.00520.001518.018.018.018.519.0-0.5-0.5-0.5-0.4-0.31.01.01.01.01.0

二、密度试验（环刀法）

（一）试验目的

测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。 （二）试验原理

土的湿密度?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。环刀法是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与体积之比即为土的密度。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。 （三）仪器设备

1．环刀：内径6～8cm，高2～3cm。

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2．天平：称量500g，分度值0.01g。 3．其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。

（四）操作步骤

1．量测环刀：取出环刀，称出环刀的质量，并涂一薄层凡士林。

2．切取土样：将环刀的刀口向下放在土样上，然后用切土刀将土样削成略大于环刀直 径的土柱，将环刀垂直下压，边压边削使土样上端伸出环刀为止，然后将环刀两端的余土削平。

3．土样称量：擦净环刀外壁，称出环刀和土的质量。 （五）试验注意事项

1．称取环刀前，把土样削平并擦净环刀外壁；

2．如果使用电子天平称重则必须预热，称重时精确至小数点后二位。 （六）计算公式

按下列计算土的湿密度：

?

?＝mV?3m1?m2V

式中：ρ—密度，计算至0.01g/cm； m—湿土质量，g； m1—环刀加湿土质量，g； m2—环刀质量，g； V—环刀体积，cm。

密度试验需进行二次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm，取其算术平均值。 （七）试验记录（见附表2－1）

密度试验记录表（环刀法）

附表2－1

试验者 张芳枝 校核者 黄国怡 试验日期2003年3月18日

环刀加湿土质量土样编号环刀号环刀质量湿土质量环刀体积密度（g/cm3）单值1.681.66平均值1.6733m1（g）11136.00138.00142.95141.70m2（g）34.6534.68m（g）108.30107.02V（cm3）64.4064.40

三、含水率试验（烘干法）

（一）试验目的

测定土的含水率，以了解土的含水情况，是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其它

物理力学性质不可缺少的一个基本指标。 （二）试验原理

含水率反映土的状态，含水率的变化将使土的一系列物理力学性质指标随之而异。这种影响表现在各个方面，如反映在土的稠度方面，使土成为坚硬的、可塑的或流动的；反映在土内水分的饱和程度方面，使土成为稍湿、很湿或饱和的；反映在土的力学性质方面，能使土的结构强度增加或减小，紧密或疏松，构成压缩性及稳定性的变化。测定含水率的方法有烘干法、酒精燃烧法、炒干法、微波法等等。

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（三）仪器设备

1．烘箱：采用温度能保持在105～110℃的电热烘箱。 2．天平：称量500g，分度值0.01g。 3．其它：干燥器、称量盒等。 （四）操作步骤

1．湿土称量：选取具有代表性的试样15～20g，放入盒内，立即盖好盒盖，称出盒与 湿土的总质量。

2．烘干冷却：打开盒盖，放入烘箱内，在温度105～110℃下烘干至恒重后，将试样 取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却，称出盒与干土质量。烘干时间随土质不同而定，对粘质土不少于8h；砂类土不少于6h。

（五）试验注意事项

1．刚刚烘干的土样要等冷却后才称重； 2．称重时精确至小数点后二位。 （六）计算公式

按下式计算土的含水率：

??

m?ms?100%?m1?m2m2?m0?100%

式中：ω—含水率，计算至0.1%

mo—盒质量，g；

m1—盒加湿土质量，g； m2—盒加干土质量，g； m1－m2—土中水质量，g； m1－mo—干土质量，g

含水率试验需进行二次平行试验，其平行差值不得大于2％，取其算术平均值。 （七）试验记录（见附表3－1）

含水率试验记录表（烘干法）

附表3－1

试验者 吴煌峰 校核者 黄国怡 试验日期2003年3月20日

盒质量土样编号盒号盒加湿土质量盒加干土质量水质量 m1-m2 （g）4.694.68干土质量含水率（％）mo（g）m1（g）43.3243.13m2（g）38.6338.45m2-mo （g）15.0514.89单值平均值31.231.41212312423.5823.5631.3

四、比重试验（比重瓶法）

（一）试验目的

测定土的比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及土的其它物理力学试验（如颗粒分析的密度计法试验、固结试验等）提供必需的数据。

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（二）试验原理

根据土粒粒径不同，土的比重试验可分别采用比重瓶法、浮称法或虹吸筒法，对于粒径 小于5mm的土，采用比重瓶法进行。比重瓶法就是由称好质量的干土放入盛满水的比重瓶的前后质量差异，来计算土粒的体积，从而进一步计算出土粒比重。 （三）仪器设备

1．比重瓶：容重100ml或50ml； 2．天平：称量200g，分度值0.001g；

3．其它：烘箱、蒸馏水、温度计、筛、漏斗、滴管等。 （四）操作步骤

1．取样称量：取通过5mm筛的烘干土样约15g（如用50ml的比重瓶，可取干土约

12g）用玻璃漏斗装入洗净烘干的比重瓶内，称瓶与土的质量。

2．煮沸排气：将蒸馏水注入比重瓶内，约至瓶的一半高处，摇动比重瓶，并将比重瓶 放在砂浴上煮沸，使土粒分散排气。煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及砂质粉土不少于30分钟；粘土及粉质粘土应不少于1小时。煮沸时不要使土液从瓶内溢出。

3．注水称量：将蒸馏水注入比重瓶内至近满，待瓶内悬液温度稳定后及瓶内土悬液澄 清时，盖紧瓶塞，使多余的水分从瓶塞的毛细管中溢出，擦干瓶外的水分，称出瓶、水、土总质量。称量后立即测定瓶内水的温度。

4．查取瓶、水质量：根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水质量关系曲线（由实 验室提供）查取瓶、水质量。 （五）试验注意事项

1．称重前比重瓶的水位要加满至瓶塞的毛细管； 2．称重时精确至小数点后三位。 （六）计算公式

按下列计算土粒的比重：

Gs?msm1?ms?m2?G?t

式中：Gs—土粒比重，计算精确至0.001； ms—干土质量，g；

m1—瓶、水质量，可查瓶、水质量关系曲线（由实验室提供）； m2—瓶、水、土质量，g；

Gwt—t℃时蒸馏水的比重，准确至0.001，查下表（不同温度时水的比重）。 比重试验需进行二次平行测定，其平行差不得大于0.02，取其算术平均值。

不同温度时水的比重（近似值）

????￡¨??￡??μ??±è??4.0??12.512.5??19.019.0??23.523.5??27.527.5??30.530.5??33.01.0000.9990.9980.9970.9960.995

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（七）试验记录（见附表4－1）

比重试验记录表（比重瓶法）

附表4－1

工程名称 龙江口 试验者 黄丽娟 土样说明 粘土 计算者 陈炳崇 试验日期 2003年4月10日 校核者 黄国怡

温度土比重样瓶编号号液体的比重瓶质量瓶、土质量土质量瓶、液体质量与干土同瓶、液体体积的液、土质量体质量比重平均比重(℃)⑴Gωt⑵(g)⑶(g)⑷ms(g)m1(g)⑹m2(g)⑺(g)⑻Gs⑼?5??8??2?⑸ ⑽查上表11226.011326.00.9970.99736.34434.24351.27249.169⑷-⑶14.92814.926138.124147.626134.124143.622⑸+⑹-⑺5.4265.428?132.7432.7422.74

五、界限含水率试验 液限、塑限联合测定法

（一）试验目的

测定粘性土的液限ωL和塑限ωp，并由此计算塑性指数Ip 、液性指数IL，进行粘性土的定名及判别粘性土的软硬程度。 （二）试验原理

液限、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土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76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为17mm所对应得含水率即为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限。

（三）试验设备

1．液塑限联合测定仪：如附图5－1，有电磁吸锥、测读装置、升降支座等，圆锥质 量76g，锥角30°，试样杯等；

2．天平：称量200g，分度值0.01g；

3．其它：调土刀、不锈钢杯、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器等。 （四）操作步骤

1．土样制备：当采用风干土样时，取通过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成三份， 分别放入不锈钢杯中，加入不同数量的水，然后按下沉深度约为4～5mm，9～11mm，15～17mm范围制备不同稠度的试样。

2．装土入杯：将制备的试样调拌均匀，填入试样杯中，填满后用刮土刀刮平表面，然 后将试样杯放在联合测定仪的升降座上。

3．接通电源：在圆锥仪锥尖上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。 4．测读深度：调整升降座，使锥尖刚好与试样面接触，切断电源使电磁铁失磁，圆锥 仪在自重下沉入试样，经5秒钟后测读圆锥下沉深度。

5．测含水率：取出试样杯，测定试样的含水率。重复以上步骤，测定另两个试样的圆

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锥下沉深度和含水率。 （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）计算公式

1．计算各试样的含水率：

??m?ms?100%?m1?m2m2?m0?100%

式中符号意义与含水率试验相同。

2．以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线， 三点连一直线（如附图5－2中的A线）。当三点不在一直线上，可通过高含水率的一点与另两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水率。当两个含水率的差值≥2％时，应重做试验。当两个含水率的差值<2％时，用这两个含水率的平均值与高含水率的点连成一条直线（如附图5－2中的B线）。

3．在圆锥下沉深度与含水率的关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水率为 液限；查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限。

20圆锥下沉深度 h（mm）109876543

附图5－1 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

2A线B线102030405060709010080含水率（％） 附图5-2 圆锥入土深度与含水率关系图

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（七）试验记录（见附表5－1）

液限、塑限联合试验记录表

附表5－1

工程名称 珠江堤岸 试验者 黄国怡 试样编号 16 计算者 吴煌峰

试验日期 2003.5.22 校核者 陈炳崇

试样编号123圆锥下沉深度（mm）4.59.816.5222528盒质量盒号盒加湿土质量盒加干土质量水质量干土质量含水率液限塑限mo（g）23.5523.5723.59m1（g）43.1746.5250.34m2（g）39.0540.7742.39mω（g）4.125.757.95ms（g）15.5017.2018.80ωωLωp（％）（％）（％）26.633.442.341.519.5

六、击实试验

（一）试验目的

在击实方法下测定土的最大干密度和最优含水率，是控制路堤、土坝和填土地基等密实度的重要指标。 （二）试验原理

土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有密切的关系。当压实功能和压实方法不变时，土的干密度随含水率增加而增加，当干密度达到某一最大值后，含水率继续增加反 而使干密度减小，能使土达到最大密度的含水率，称为最优含水率ωop，与其相应的干密度 称为最大干密度ρ

dmax。

（三）仪器设备

1．击实仪：如附图6－1所示。锤质量2.5kg，筒高116mm，体积947.4cm。 2．天平：称量200g，分度0.01g。 3．台称：称量10kg，分度值5g。 4．筛：孔径5mm。

5．其它：喷水设备、碾土器、盛土器、推土器、修土刀等。

（四）操作步骤

1．制备土样：取代表性风干土样，放在橡皮板上用木碾碾散，过5mm筛，土样量不 少于20kg。

2．加水拌和：预定5个不同含水量，依次相差2％，其中有两个大于和两个小于最优 含水量。

所需加水量按下式计算：

mw?mwo1??o3????o?

式中：mw—所需加水质量，g；

mwo—风干含水率时土样的质量，g； ωo—土样的风干含水率，％；

ω—预定达到的含水率，％。

2102

按预定含水率制备试样，每个试样取2.5kg，平铺于不吸水的平板上，用喷水设备向土样均匀喷洒预定的加水量，并均匀拌和。

3．分层击实：取制备好的试样600～

800g，倒入筒内，整平表面，击实25次，每层击实后土样约为击实筒容积1/3。击实时，击锤应自由落下，锤迹须均匀分布于土面。重复上述步骤，进行第二、三层的击实。击实后试样略高出击实筒（不得大于

6mm）。

4．称土质量：取下套环，齐筒顶细心削平试样，擦净筒外壁，称土质量，准确至0.1g。

附图6－1 击实仪示意图

5．测含水率：用推土器推出筒内试样，从试样中心处取2个各约15～30g土测定含水 率，平行差值不得超过1％。按2～4步骤进行其它不同含水率试样的击实试验。 （五）试验注意事项

1．试验前，击实筒内壁要涂一层凡士林。

2．击实一层后，用刮土刀把土样表面刨毛，使层与层之间压密，同理，其它两层也是 如此。

3．如果使用电动击实仪，则必须注意安全。打开仪器电源后，手不能接触击实锤。 （六）计算及绘图

1．按下式计算干密度：

??d?1?ω

式中：ρd—干密度，g/cm3； ρ—湿密度，g/cm3； ω—含水率，％。

以干密度ρd为纵坐标，含水率ω为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线（附图6－2）。曲线上峰值点所对应的纵横坐标分别为土的最大干密度和最优含水率。如曲线不能绘出准确峰值点，应进行补点。

2112

（七）试验记录（见附表6－1）

附图6－2 ?d~?关系曲线

击实试验

附表6－1

土样编号 10－2 土粒比重 2.72 试验者 黄丽娟 土样类别 CI 每层击数 25 校核者 黄国怡 风干含水率 4.0％ 试验仪器 轻型击实仪 试验日期 2003.9.10

试验序号 筒加土质量 (g) 干 密 度 筒 质 量 (g) 含 水 率 密 度 干 密 度 3湿土质量 (g) 盒 号 盒加湿土质量 (g) 盒加干土质量 (g) 盒质量 (g) 水的 质量 (g) 干土 质量 (g) 含水率 (%) 平均含水率 (%) (g/cm) 3(g/cm) ⑴ ⑵ ⑶ ⑴-⑵ ⑷ ?3?V⑸ 731 742 734 739 751 788 767 724 812 814 ⑹ 31.26 30.72 26.59 30.32 26.80 28.92 28.29 29.65 29.33 34.26 ⑺ 28.46 28.03 24.38 27.46 24.32 26.07 25.35 26.44 26.02 29.88 ⑻ 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 ⑼ (6)-(7) 2.80 2.69 2.21 2.86 2.48 2.85 2.94 3.21 3.31 4.38 ⑽ (7)-(8) 14.46 14.03 10.37 13.46 10.32 12.07 11.35 12.44 12.02 15.88 ⑾ ?9??100?10?⑿ 19.3 ?4? 1?0.01?1 2510 780 1730 1.83 1.53 19.4 19.2 21.3 21.3 24.0 23.6 25.9 25.8 27.5 27.6 2 2570 780 1790 1.89 1.56 21.3 3 2620 780 1840 1.94 1.57 23.8 4 2630 780 1850 1.95 1.55 25.9 5 2610 780 1830 1.93 1.52 27.6

七、渗透试验 [附7－1] 常水头试验

（一）试验目的

测定无粘性土的渗透系数k，以便了解土的渗透性能大小，用于土的渗透计算和供建造土坝时选土料之用。

（二）试验原理

渗透是液体在多孔介质中运动的现象。渗透系数是表达这一现象的定量指标。土的渗透性是由于骨架颗粒之间存在孔隙构成水的通道所致。常水头渗透试验适用于粗粒土。 （三）仪器设备

1．70型渗透仪：如附图7－1所示。

2．其它：木击锤、秒表、天平、温度计、量杯等。 （四）操作步骤

1．调节：将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于金属孔板，关止水夹。 2．取土：取风干试样3～4kg，称量准确至1.0g，并测定其风干含水率。

2122

3．装土：将试样分层装入仪器，每层厚2～3cm，用木锤轻轻击实到一定厚度，以控

制其孔隙比。

4．饱和：每层砂样装好后，连接调节管与供水管，微开止水夹，使砂样从下至上逐渐 饱和，待饱和后，关上止水夹。

5．进水：提高调节管使其高于溢水孔，然后将调节管与供水管分开，并将供水管置于 试样筒内，开止水夹，使水由上部注入筒内。

6．降低调节管：降低调节管口使位于试样上部三分之一处，造成水位差。在渗透过程 中，溢水孔始终有余水溢出，以保持常水位。

7．测记：开动秒表，用量筒自调节管接取一定时间内的渗透水量，并重复一次。测记 进水与出水处的水温，取其平均值。

8．重复试验：降低调节管口至试样中部及下部三分之一处，以改变水力坡降，按以上 步骤重复进行测定。 （五）试验注意事项

1．装砂前要检查仪器的测压管及调节管是否堵塞。 2．干砂饱和时，必须将调节管接通水源让砂饱和。 3．试验时水源要直接流到试样筒里，水位与溢水孔齐平。 （六）计算公式

按下列计算渗透系数：

KT?QLAHt

KTK20??T?20

3式中：Q—时间t秒内的渗出水量，cm； H —平均水位差（H1+H2）/2，cm； L —两测压孔中心间的试样高度，cm；

t —时间，s；

KT—水温为T℃时试样的渗透系数，cm/s；

K20—水温为20℃时试样的渗透系数，cm/s；

附图7－1 70型渗透仪

1－试样筒；2－金属孔板；3－测压孔；4－玻璃 测压管；5－溢水孔；6－渗水孔；7－调节管；8－滑动支架；9－容量为5000ml的供水管；10－供水管；11－止水夹；12－容量为500ml的量筒；13－温度计；14－试样；15－砾石层

μT 、μ20—水温分别为T℃与20℃

时水的动力粘滞系数，μT/μ20的比值可

查附表7－2得出。

2132

（七）试验记录（见附表7－1）

常水头渗透试验记录表（70型渗透仪）

附表7－1

工程名称 河口 试样高度 h＝30cm 干土重 ms=3260g 试验者 黄丽娟 土样编号 22 试样面积 A=70cm2 孔隙比 e=0.713 校核者 黄国怡 土样说明 粗砂 测孔压间距 L=10cm 土粒比重 Gs=2.66 试验日期 2003.6.15 试经过测压管水位（cm）验时间次Ⅰ管Ⅱ管Ⅲ管数s⑴⑵⑶⑷水位差（cm）H1⑸H2⑹平均H⑺水力坡降⑻渗透水量（cm3）渗透系数kT（cm/s）平均水温（℃）校正系数⑿?T渗透系数平均渗透系数k20（cm/s）k20（cm/s）⑼⑽?9?A?1??8?⑾⒀(10)×(12)⒁(2)-(3)(3)-(4)?5???6?2?7?L?20123456

150150120120909024.824.824.524.524.224.220.820.821.521.522.222.216.816.818.518.520.220.24.04.03.03.02.02.04.04.03.03.02.02.04.04.03.03.02.02.00.400.400.300.300.200.2021521512812864640.05120.05120.05070.05080.05080.050818.01.050.053818.01.050.053818.01.050.053318.01.050.053318.01.050.053318.01.050.05335.33310ˉ2 ?T?20与温度的关系

附表7－2

温度（℃） μT5.0 1.501 5.5 1.478 11.5 1.243 17.5 1.066 24.0 0.910 6.0 1.455 12.0 1.227 18.0 1.050 25.0 0.890 6.5 1.435 12.5 1.211 18.5 1.038 26.0 0.870 7.0 1.414 13.0 1.194 19.0 1.025 27.0 0.850 7.5 1.393 13.5 1.176 19.5 1.012 28.0 0.833 8.0 1.373 14.0 1.168 20.0 1.000 29.0 0.815 8.5 1.353 14.5 1.148 20.5 0.988 30.0 0.798 9.0 1.334 15.0 1.133 21.0 0.976 31.0 0.781 9.5 1.315 15.5 1.119 21.5 0.964 32.0 0.765 10.0 1.297 16.0 1.104 22.0 0.958 33.0 0.750 10.5 1.279 16.5 1.090 22.5 0.943 34.0 0.735 /μ20 温度（℃） 11.0 μT/μ20 /μ20 /μ20 1.261 温度（℃） 17.0 μT1.077 温度（℃） 23.0 μT0.932 [附7－2] 变水头渗透试验

（一）试验目的

测定粘性土的渗透系数k，以了解土层渗透性的强弱，作为选择坝体填土料的依据。 （二）试验原理

细粒土由于孔隙小，且存在粘滞水膜，若渗透压力较小，则不足以克服粘滞水膜的阻滞作用，因而必须达到某一起始比降后，才能产生渗流。变水头渗透试验适用于细粒土。 （三）仪器设备

1．南55型渗透仪：如附图7－2所示。

2．其它：100ml量筒、秒表、温度计、凡士林等。

2142

（四）操作步骤

1．装土：将装有试样的环刀推入套筒

内并压入止水垫圈。装好带有透水石和垫圈的上下盖，并用螺丝拧紧，不得漏气漏水。

2．供水：把装好试样的容器进水口与供水装置连通，关止水夹，向供水瓶注满水。

3．排气：把容器侧立，排气管向上，并打开排气管止水夹。然后开进水口夹，排除容器底部的空气，直至水中无气泡溢出为止。关闭排气管止水夹，平放好容器。在不大于200cm水头作用下，静置某一时间，待容器出水口有水溢出后，则认为试样已达饱和。

附图7－2 南55型渗透仪

1－变水头管；2－渗透容器；3－供水瓶；4－接水源管；5－进水管夹；6－排气管；7－出水管

4．测记：使变水头管充水至需要高度后，

关止水夹，开动秒表，同时测记开始水头h1，经过时间t后，再测记终了水头h2，同时测记试验开始与终了时的水温。如此连续测记2～3次后，再使变水头管水位回升至需要高度，再连续测记数次，前后需6次以上。 （五）试验注意事项

1．环刀取试样时，应尽量避免结构扰动，并禁止用削土刀反复涂抹试样表面。 2．当测定粘性土时，须特别注意不能允许水从环刀与土之间的孔隙中流过，以免产生假象。

3．环刀边要套橡皮胶圈或涂一层凡士林以防漏水，透水石需要用开水浸泡。 （六）计算公式

按下式计算渗透系数：

kT?2.3aLAtlgh1h2

式中：kT—渗透系数，cm/s；

a—变水头管截面积； L—试样高度，cm；

h1—滲径等于开始水头，cm； h2—终了水头，cm；

2.3—ln和lg的换算系数。

其余符号同前。

2152

（七）试验记录（见附表7－3）

变水头渗透试验记录表（南55型渗透仪）

附表7－3

土样编号 6 试样高度 L =4.0cm 试验者 张芳枝 仪器编号 2 试样面积 A =30.0cm2 校核者 陈炳崇 测压管断面积 a =0.683cm2 孔 隙 比 e =0.890 试验日期 2003.7.15

开始 终了 经过 开始 终了 时间 t 1水温T℃aLAt校正 渗透 平均渗透 水温 系数 ?T?20时间 时间 水头 水头 t 22.3t S h 1h 2 lgh1h2时的渗 透系数 系数 k 20系数 k 20kT 10－4 dhmin dhmin ⑴ ⑵ cm ⑷ cm ⑸ 10－2 10－6（cm/s） ⑻ (6)3(7) ℃ ⑼ ⑽ 10－610－6（cm/s） （cm/s） ⑾ (8)3(10) ⑶ ⑵－⑴ ⑹ ⑺ lg⑿ ?4??5? 8 8 30 8 9 00 1800 231.3 226.0 1.16 8 9 00 8 9 30 1800 214.6 209.6 1.16 8 9 30 8 10 30 3600 251.4 240.1 0.58 8 10 30 8 11 30 3600 217.3 207.4 0.58 8 11 30 8 13 00 5400 198.2 185.0 0.39 8 13 00 8 14 30 5400 210.3 196.2 0.39 1.00 1.160 8.0 1.373 1.02 1.183 8.0 1.373 2.00 1.158 8.0 1.373 2.03 1.175 8.0 1.373 2.99 1.167 8.0 1.373 3.01 1.174 8.0 1.373 1.59 1.62 1.59 1.61 1.60 1.61 1.60 八、固结试验（快速法）

（一）试验目的

测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h和荷载P的关系，以便计算土的单位沉降量S1、压缩系数av和压缩模量Es等。 （二）试验原理

土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。在饱和土中，水具有流动性，在外力作用下沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩，试验时由于金属环刀及刚性护环所限，土样在压力作用下只能在竖向产生压缩，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩。 （三）仪器设备

1．固结仪：如附图8－1所示，试样面积30cm2，高2cm。 2．量表：量程10mm，最小分度0.01mm。 3．其它：刮土刀、电子天平、秒表。 （四）操作步骤

（1）切取试样：用环刀切取原状土样或制备所需状态的扰动土样。 （2）测定试样密度：取削下的余土测定含水率，需要时对试样进行饱和。

（3）安放试样：将带有环刀的试样安放在压缩容器的护环内，并在容器内顺次放上底 板、湿润的滤纸和透水石各一，然后放入加压导环和传压板。

（4）检查设备：检查加压设备是否灵敏，调整杠杆使之水平。

2162

（5）安装量表：将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，将传压钢珠与加压横梁的

凹穴相连接。然后装上量表，调节量表杆头使其可伸长的长度不小于8mm，并检查量表是否灵活和垂直（在教学试验中，学生应先练习量表读数）。

（6）施加预压：为确保压缩仪各部位接触良好，施加1kPa的预压荷重，然后调整量表 读数至零处。

（7）加压观测：

1）荷重等级一般为50、100、200、400kPa。

2）如系饱和试样，应在施加第一级荷重后，立即向压缩容器注满水。如系非饱和试 样，需用湿棉纱围住加压盖板四周，避免水分蒸发。

3）压缩稳定标准规定为每级荷重下压缩24小时，或量表读数每小时变化不大于0.005 mm认为稳定（教学试验可另行假定稳定时间）。测记压缩稳定读数后，施加第二级荷重。 依次逐级加荷至试验结束。

4）试验结束后迅速拆除仪器各部件，取出试样，必要时测定试验后的含水率。 （五）试验注意事项

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。 （六）计算及制图

1．按下式计算试样的初始孔隙比：

附图8－1 固结仪示意图

1－水槽；2－护环；3－环刀；4－加压上盖； 5－透水石；6－量表导杆；7－量表架；8－试样

eo?Gs???1??o??1?o

2．下式计算各级荷重下压缩稳定后的孔隙比ei：

ei?eo??1?eo???hiho压缩稳定后的总变形量，其值等于该荷重

式中：Gs—土粒比重；

ρw—水的密度，g/cm3；

ωo—试样起始含水率，％； ρo—试样起始密度，g/cm3； ∑△hi—在某一荷重下试样

附图8－2 e～p关系曲线

下压缩稳定后的量表读数减去仪器变形量（mm）；

ho—试样起始高度，即环刀高度（mm）。 3．绘制压缩曲线

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，如附 图8－2所示。并求出压缩系数av与压缩模量Es。

2172

（七）试验记录（见附表8－1）

固结试验记录表 （快速法）

附表8－1

工程名称 沙湾 土样面积 30cm2 试验者 吴煌峰 土样编号 38 起始孔隙比 eo=1.02 计算者 黄国怡 试验日期 2003.8.12 起始高度 ho=20.0mm 校核者 陈炳崇 加压 历时 压力 p （kPa） 0 50 100 200 400 量表 读数 仪器 变形量 λ （mm） 0 0.040 0.050 0.062 0.074 试样 变形量 ??hi 单位 沉降量 Si 孔隙比 ei （h） 0 1 1 1 1 （mm） 0 0.966 1.358 1.948 2.640 （mm） 0 0.926 1.308 1.886 2.564 ??hiho 0 0.0463 0.0654 0.0943 0.1282 1.02 0.93 0.89 0.83 0.76

九、直接剪切试验（快剪法）

（一）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。通常采用四个试样为一组，分别在不同的垂直压力σ下，施加水平剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角υ和凝聚力C 。直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和慢剪（S）三种试验方法。在教学中可采用快剪法。 （二）试验原理

快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪切力，以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般使试样在3～5min内剪破。快剪法适用于测定粘性土天然强度。 （三）仪器设备

1．应变控制式直接剪切仪：如附图9－1，有剪力盒、垂直加压框架、测力计及推动机构等。

附图9－1 应变控制式直剪仪结构示意图 1－垂直变形百分表；2－垂直加压框架； 3－推动座；4－剪切盒；5－试样；6－ 测力计；7－台板；8－杠杆；9－砝码

2．其它：量表、砝码等。

2182

（四）试验步骤

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。如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。

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、300、400kPa。

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4～6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3～5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。

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。 （五）试验注意事项

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。 （六）计算及制图

1．按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：

?f?CR 式中：τf—土的抗剪强度，kPa；

C —测力计率定系数，N/0.01mm； R —测力计量表读数，0.01mm。

2．绘制τf～σ曲线

以垂直压力σ为横坐标，以抗剪强度τ的凝聚力C，如附图9－2。

f

附图9－2 τ～σ关系曲线

为纵坐标，纵横坐标必须同一比例，根据图中

各点绘制τf～σ关系曲线，该直线的倾角为土的内摩擦角υ，该直线在纵轴上的截距为土

2192

（七）试验记录（见附表9－2）

直接剪切试验记录表

附表9－2

土样编号 35 仪 器 编 号 16＃ 试验者 吴煌峰 土样说明 粘土夹砂 测力计率定系数 2.26kPa/0.01mm 校核者 张芳枝 试验方法 快剪 手 轮 转 数 6转/min 试验日期 2003.9.12

仪器 编号 垂直压力 σ （kPa） 100 16 ＃测力计读数 R （0.01mm） 32.5 58.2 80.5 112.2 抗剪强度 τf （kPa） 73.5 131.5 181.9 253.6 200 300 400

十、相对密度试验

（一）试验目的

相对密度是测定无粘性土的最大和最小孔隙比，用于计算相对密度，判断砂土的密实度。 （二）试验原理

相对密度试验适用于透水性良好的无粘性土，是无粘性土处于最松状态的孔隙比与天然孔隙比之差和最松状态与最紧状态孔隙比之差的比值。最大孔隙比试验宜采用漏斗法和量筒法；最小孔隙比试验采用振动锤击法。

（三）试验设备

1．漏斗及拂平器：包括锥形塞、长颈漏斗、砂面拂平器等。 2．振动叉和击锤：包括击球、击锤、锤座等。 3．其它：量筒、击实筒。 （四）试验步骤

1．最大孔隙比（最小干密度）测定

① 锥形塞杆自长颈漏斗下口穿入，并向上提起，使锥底堵住漏斗管口，一并放入1000ml的量筒内，使其下端与量筒底接触。

② 称取烘干的代表性试样700g，均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆同时提 高，移动塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面1～2cm，使试样缓慢且均匀分布地落入量筒中。试样全部落入量筒后，取出漏斗和锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，测试样体积。

③ 用手掌或橡皮板堵住量筒口，将量筒倒转并缓慢地转回到原来位置，重复数次，测 记试样在量筒内所占体积的最大值。取上述两种方法测得的较大体积值，计算最小干密度。

2．最小孔隙比（最大干密度）测定

① 取代表性试样2000g，拌匀后分三次倒入金属圆筒进行振击，每层试样为圆筒容积

的1/3，试样倒入圆筒后用振动叉以每分钟往返150～200次的速度敲打圆筒两侧，并在同一时间内用击锤锤击试样，每分钟30～60次，直至试样体积不变为止。如此重复第二、第三层。

② 取下护筒，刮平试样，称圆筒和试样总质量，算出试样质量，计算最大干密度。

2202

（五）试验注意事项

砂土的最大孔隙比和最小孔隙比必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.3g/cm，并取两次测值的平均值。 （六）计算和绘图

1．最小干密度的计算：

?dmin?mdVmax3

3

式中：md —试样干质量，g；

Vmax—试样最大体积，cm； 2．最大孔隙比的计算：

emax??w?Gs?dmin3

?1

式中：ρ

w —水的密度，g/cm

；

GS —土粒比重。 3．最大干密度的计算：

?dmax?mdVmin

式中：Vmin —试样最小体积，cm3。

4．最小孔隙比的计算：

emin??w?Gs?dmax?1

5．相对密度的计算：

Dr?emax?e0emax?emin 或

Dr??dmax??d??dmin?d??dmax??min??

式中：Dr—相对密度；

eo—天然孔隙比；

ρd—天然干密度（或填土的相应干密度），g/cm3；

2212

（七）试验记录（见附表10－1）

相对密度试验记录表

附表10－1

工程名称 三叉河 土样说明 砂 试验者 吴煌峰 土样编号 40 试验日期 2003.6.24 校核者 张芳枝

试 验 项 目 试 验 方 法 试样质重 试样体积 干密度 平均干密度 比重- 孔隙比 天然孔隙比 相对密度

(g) (cm3) (g/cm3) (g/cm) Gs e eo Dr 3最大孔隙比 漏斗法 ⑴÷⑵ 1000 700 1.43 1.42 2.65 0.866 0.689 0.551 1000 710 1.41 最小孔隙比 振打法 1715 1000 1.72 1.715 2.65 0.545 1710 1000 1.71 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ 十一、无侧限抗压强度试验

（一）试验目的

一般用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度。 （二）试验原理

无侧限抗压试验是三轴压缩试验的一个特例，将试样置于不受侧向限制的条件下进行的强度试验，此时试样小主应力为零，而大主应力的极限值为无侧限抗压强度。即周围压力σ3＝0的三轴试验。由于试样侧面不受限制，这样求得的抗剪强度值比常规三轴不排水抗剪强度值略小。

（三）试验设备

1．应变控制式无侧限压缩仪：附图11－1所示

2．其它：量表、切土盘、重塑筒等 （四）试验步骤

1．试样制备：按三轴试验中原状试样制备进行。试样直径可采用3.5~4.0cm，试样高度与直径之比按土样的软硬情况采用2.0~2.5。

附图11－1 应变控制式 无侧限压缩仪示意图 1－轴向加压架；2－轴向测力计； 3－试样；4－上、下传压板；5－ 手轮或电动转轮；6－升降板；7－ 轴向位移计

2．安装试样：将试样两端抹一层凡士林，在气候干燥时，试样周围亦需抹一层薄凡士 林，防止水分蒸发。将试样放在底座上，转动手轮，使底座缓慢上升，试样与传压板刚好接触，将测力计调零。

2222

3．测记读数：每分钟轴向应变为1％～3％的速度转动手轮，使升降设备上升而进行 试验。每隔一定应变，测记测力计读数，试验宜在8～10min内完成。当测力计读数出现峰值时，停止试验，当读数无峰值时，试验进行到应变达20％为止。

4．重塑试验：当需要测定灵敏度时，应立即将破坏后的试样除去涂有凡士林的表面， 加少许余土，包于塑料薄膜内用手搓捏，破坏其结构，放入重塑筒内，用金属垫板，将试样塑成与原状土样相同，然后按上述步骤进行试验。

（五）试验注意事项

1．测定无侧限抗压强度时，要求在试验过程中含水率保持不变。

2．在试验中如果不具有峰值及稳定值，选取破坏值时按应变15％所对应的轴向应力 为抗压强度。

3．需要测定灵敏度，重塑试样的试验应立即进行。 （六）计算及制图

1．按下式计算轴向应变：

?1??hh0

式中：?1－轴向应变，％；

ho—试样起始高度，cm； △h—轴向变形，cm。

2．按下式计算试样平均数面积：

Aa?A01?0.01?1

3

附图11－2 σ～ε关系曲线 1－原状试样；2—重塑试样

式中：Aa－校正后试样面积， cm；

Ao—试样初始面积，cm3。

3．按下式计算试样所受的轴向应力：

??C?RAa?10

式中：σ—轴向应力，kPa；

C－测力计率定系数，N/0.01mm；

R－测力计读数，0.01mm； 10—单位换算系数。 4．按下式计算灵敏度：

St?quq?u

式中：qu—原状试样的无侧限抗压强度，kPa；

qu—重塑试样的无侧限抗压强度，kPa。 5．绘制σ～ε关系曲线

以轴向应变τ为横坐标，以轴向应力σ为纵坐标，取曲线上最大轴向应力作为无侧 限抗压强度，如附图11－2所示。

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（七）试验记录（见附表11－1）

无侧限抗压强度试验记录表

附表11－1

工程名称 城桂 土样面积 A0=12cm2 试验者 张芳枝 土样编号 45 土样直径 Do=38mm 计算者 陈炳崇 起始高度ho=80.0mm 测力计率定系数 C=2.335N/0.01mm 试验日期 2003.5.22 土状 竖向量表读数 原状土 重塑土

(mm) ⑴ 15 10 测力计 读数 R (mm) ⑵ 3.6 1.2 轴向 变形 △h ’

轴向 应变 校正后 面积 Aa (cm2) A0轴向 荷重 P (N) C??2? ε1 (％) ?hh0无侧限抗压强度 σ (KPa) P灵 敏 度 (mm) ⑶ 14.964 9.988 1?0.01?1 840.6 280.2 ?Aa??10 2.79 18.7 12.5 13.95 12.96 602.6 216.2 十二、无粘性土休止角试验

（一）试验目的

测定无粘性土在风干状态下和在水下状态的休止角。适用于不含粘粒或粉粒的纯砂土。

（二）试验原理

休止角是无粘性土在松散状态堆积时，其天然坡面和水平面所形成的最大坡角。其数值接近于疏松土样的内摩擦角。 （三）试验设备

1．休止角测定仪：如附图12－1所示 2．其它：勺、水槽等。 （四）试验步骤

1．制备土样：取代表性的充分风干试样若干kg。并选择相应的圆盘。

附图12－1 休止角测定仪 1－底盘；2－圆盘；3－铁杆；

4－制动器；5－水平螺丝

2．开始试验：转动制动盘，使圆盘落在底盘中。用勺小心地沿铁杆四周倾倒试样，勺 离试样表面的高度应始终保持在1cm左右，直至圆盘外缘完全盖满为止。

3．测记读数：慢慢转动制动盘，使圆盘平稳升起，直至离开底盘内的试样为止。读记 锥顶与铁杆接触处的刻度（tgαc）。如果测定水下状态的天然坡角，则将盛满试样的圆盘慢慢地沉入水槽中，当锥体全部淹没水中后，即停止下降，待其充分饱和，直至无气泡上升为止。然后慢慢转动制动器，使圆盘升起，当锥体露出水面时，测记锥顶与铁杆接触处的刻度（tgαm）。

4．查表求值：将测得的tgαc和tgα（五）试验注意事项 1．必须要取干砂做试验。

m值，在三角函数表中查取休止角。

2．需进行二次平行测定，取其算术平均值，以整数（度）表示。

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（六）试验记录（见附表12－1）

无粘性土休止角试验记录表

附表12－1

工程名称 中山 土样说明 风干砂 试验者 陈炳崇 土样编号 21~22 试验日期2003.6.22 校核者 黄国怡 土样 编号 风干状态休止角 读 数 （tgαc） 21 22

0.77 0.78 0.75 0.76 (°) 37.6 38.0 36.9 37.3 37 平均值 (°) 38 水下状态休止角 读 数 （tgαm） 0.70 0.69 0.66 0.66 (°) 35.0 34.6 33.4 33.4 33 平均值 (°) 35 十三、三轴压缩试验

（一）试验目的

三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。对堤坝填方、路堑、岸坡等是否稳定，挡土墙和建筑物地基是否能承受一定的荷载，都与土的抗剪强度有密切的关系。 （二）试验原理

土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，在某一应力面上的剪应力（τ）与法向应力（σ）之比达到某一比值，土体就将沿该面发生剪切破坏。常规的三轴压缩试验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力（即小主应力）σ3，随后逐渐增加轴向压力（即大主应力）σ1直至破坏为止。根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。三轴压缩试验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水试验（uu）；固结不排水试验（cu）和固结排水试验（CD）。 （三）试验设备

1．三轴仪：包括轴向加压系统、压力室、周围压力系统、孔隙压力测量系统和试样变 形量测系统等。

2．其它：击样器、饱和器、切土盘、分样器、承膜筒等。

（四）试验步骤

1．切取土样：先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用 钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率。

2．试样饱和：试样有抽气饱和、水头饱和及反压力饱和三种方法，最常用的是抽气饱 和。即将试样装入饱和器内，放入真空缸内，与抽气机接通，开动抽气机，连续真空抽气2～4h，然后停止抽气，静止12h左右即可。

3．试样安装：将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置充水并放上一张滤纸，然后再将套上乳胶膜的试样放在压力室的底座上，最后装上压力筒，并拧紧密封螺帽，同时使传压活塞与土样帽接触。

2252

4．施加周围压力：分别按100、200、300、400Kpa施加周围压力。 5．测孔隙水压力：在不排水条件下测定试样的孔隙水压力。

6．调整测力计：移动量测轴向变形的位移计和轴向压力测力计的初始“零点”读数。 7．施加轴向压力：启动电动机，合上离合器，开始剪切。剪切应变速率取每分钟 0.5％～1.0％，当试样每产生轴向应变为0.3％～0.4％时，测记一次测力计，孔隙水压力和轴向变形读数，直至轴向应变为20％时为止。

8．试验结束：停机并卸除周围压力，然后拆除试样，描述试样破坏时形状。 （五）试验注意事项

1．试验前，透水石要煮过沸腾把气泡排出，橡皮膜要检查是否有漏洞。 2．试验时，压力室内充满纯水，没有气泡。 （六）计算与绘图

1．试样面积剪切时校正值：

Aa?A01?0.01?1

式中：ε

（不固结不排水试验1—轴向应变，％，

ε1＝△hi/ho；固结不排水和固结排水试验

ε1＝△hi/hc）。

2．固结后实测固结下沉量：

hc?h0??hc

3．主应力差的计算：

?1??3?C?RAa?10

式中：σ1—大主应力，kPa；

σ3—小主应力，kPa；

C —测力计率定系数（N/0.01mm或N/mV）；

R —测力计读数（0.01mm或mV）； Aa—试样剪切时的校正面积，cm2； 10 —单位换算系数。 4．孔隙水压力系数的计算：

B?u0Af —破坏时的孔隙水压力系数； ui—试样破坏时，主应力差产生的孔

隙水压力，kPa；

?3Af?uiB(?1??3)

式中：B—初始孔隙水压力系数；

uo—施加周围压力后产生的孔隙水压力，kPa；

附图13－1 固结不排水剪强度包线

2262

5．绘制应力圆及强度包线

对不固结不排水试验及固结不排水试验，以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标。在横坐标上以（σ

1f +

σ3f）/2为圆心，（σ

1f －

1f －

σ3f）/2为半径，绘制破坏总应力圆，该包

线的倾角为内摩擦角υu或υcu，包线上纵轴上的截距为粘聚力Cu或Ccu。在横坐标轴上以

???1f???3f?/2为圆心，以（σ

σ3f）/2 为半径绘制有效破坏应力圆，包线的倾角为有

效内摩擦角υ′，包线在纵轴上的截距为有效粘聚力C′，如附图13－1所示。 （七）试验记录（见附表13－1）

三轴压缩试验记录表

附表13－1

工程名称 金钟 土样高度 8cm 试验者 黄丽娟 土样编号 32 土样面积 12cm 计算者 张芳枝 土样说明 粉质粘土 剪切速率0.368mm/min 校核着 黄国怡 试验方法 固结不排水 测力计率定系数7.494N/0.01mm 试验日期 2003.4.28

周围固结下固结后固结后试轴向变轴向 试样校正测力计量压力 沉量 σ kPa 100 200 300 400 △hc cm 0.10 0.10 0.11 0.12 #

2

主应 大主 孔隙水力差 σ1－σ3 kPa 121.82 197.68 257.35 370.54 有效大有效小有效主 主应力 主应力 应力比 σ1′ kPa 193.82 307.68 384.35 540.54 σ3′ σkPa 72 110 127 170 1’面积 Ac cm2 11.72 11.56 11.48 11.36 样高度 形读数 应变 后面积 hc cm 7.9 7.9 7.89 7.88 △h cm 0.3 0.6 0.7 0.8 ε1 % 3.75 7.59 8.75 Aa cm2 12.18 12.51 12.58 表读数 R 0.01mm 19.8 33.0 43.2 62.4 应力 σ1 kPa 221.82 397.68 557.35 压力 u kPa 28 90 173 /σ＇３ 2.69 2.80 3.03 3.20 10.00 12.62 770.54 230

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