土力学实验指导书

土工试验指导书

（土木工程、交通工程）

学生姓名 班 级 任课教师 指导教师 实验学期 年 期

土木工程系试验中心

2012年6月

目 录

1土的密度试验………………………………………………1 2 土粒比重试验………………………………………………4 3 土的含水量测定……………………………………………7 4土的界限含水量……………………………………………9 5固结试验……………………………………………………15 6直接剪切试验………………………………………………19 7无侧限抗压强度试验………………………………………23 8颗粒分析试验………………………………………………27 9渗透试验……………………………………………………30 10击实试验…………………………………………………34

1 土的密度试验

1.1环刀法

1.1.1基本概念及原理

土的密度是单位体积土的质量。单位体积土中固体颗粒的质量称为土的干密度；土体孔隙中充满水时的单位体积质量称为土的饱和密度；在计算自重应力时，须采用土的重力密度，即重度，是指单位体积土的质量。

1.1.2 试验目的

本试验的目的在于测定土的天然密度，以便了解土的疏密状态与其它试验配合计算土的干密度、孔隙比及饱和度等物理性质指标。

1.1.3试验方法及适用范围

本试验采用环刀法。此方法适用于一般粘性土。

1.1.4仪器设备

（1）环刀：内径（61.8±0.15）mm和（79.8±0.15）mm，高度为（20.0±0.16）mm。

（2）天平：称量200g，感量0.01g，目前实验室采用托盘天平称量200g，感量0.01g。

（3）其它：切土刀、钢丝锯、玻璃片、凡士林等。

1.1.5操作步骤

（1）制备土样：按工程需要取原状或制备所需状态的扰动土样，土样的直径及高度均应大于环刀，整平其两端放在玻璃片上。

（2）切取试样：将环刀的内壁涂上一薄层凡士林，刀口向下放在土面上，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上表面伸出环刀为止，将

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两端面盖上平滑的玻璃片，以免水分蒸发。

（3）称量：擦净环刀外壁，称环刀加湿土的质量，精确到0.1g，查环刀质量表。

（4）本试验须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测定值的算术平均值。

1.1.6密度计算公式

??m （1-1） V式中 ?—— 土样的天然密度，g/cm3；

m—— 土样的质量，g；

V—— 环刀体积，即等于土样的体积，cm3 。

1.2蜡封法

1.2.1基本原理

蜡封法是将一定质量的土样浸入融化的石蜡中，然后分别称其在空气中和水中的质量，根据阿基米德原理——物体在水中减少的质量等于其排开同等体积的质量，计算被排开水的体积，从而测得土的密度。

1.2.2试验方法及适用范围

本试验的方法采用蜡封法，适用于易破裂土的和形状不规则的坚硬土。

1.2.3仪器设备

（1）石蜡及熔蜡加热器（锅和酒精炉等）。 （2）天平：称量200g，感量0.01g。

（3）其它：烧杯、杯托、切土刀、细线、针等。

1.2.4操作步骤

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（1）切取土样：取具有代表性的土样，清除表面浮土及尖锐，土样的直径及高度均应大于环刀，整平其两端放在玻璃片上。

（2）浸蜡封土：持细线将试样缓慢浸入过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查试样周围的蜡膜，当有气体时用针刺破，再用蜡液补平。 （3）称取试样：持冷却后的蜡封试样的一端，浸没在于盛有纯水的烧杯中，测定蜡封试样在纯水中的质量，并测定纯水的温度。

（4）取出试样：擦干蜡面上的水分，称其质量。当浸水后的试样质量增加时，应另取试样重做试验。

1.2.5试样密度计算公式

??mmw?m?mw?m （1-2）

?wT??n式中 ?—— 土样的天然密度，g/cm3；

m—— 土样的质量，g；

mw—— 蜡封试样质量，g ；

m?—— 蜡封试样在纯水中质量，g；

?wT—— 纯水在T℃的密度，g/cm3； ?n —— 蜡的密度，g/cm3。

蜡封法试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次算术平均值。

1.3注意事项

（1）环刀法切取试样时，应垂直静压，边压边削，不要使环刀法内壁与试样间留有空隙。

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（2）切取试样时，一般不应填补，如确需填补，填补部分不得超过环刀法体积的1%。

（3）用蜡封法时，因石蜡燃点较低，熔蜡时湿度不宜过高。若湿度过高，对土样的含水量和结构都会产生一定的影响，使密度及含水量偏低；若湿度过低蜡皮不易封好，易形成气泡或针眼，因而熔蜡温度一般控制在50~60℃。

（4）防止石蜡进入土孔隙内部，以免影响测试结果。 （5）称量土样时，应考虑系土样细线的质量。

（6）此外，当现场测定原状砂和砾质土的密度时，用灌水法或灌砂法测定，具体步骤详见现行国家标准GB/T50123-1999 《土工试验方法标准》。

2 土粒比重试验

2.1一般规定

（1）对小于、等于和大于5mm土颗粒组成的土，应分别采用比重瓶法，浮称法和虹吸管法测定比重。

（2）土颗粒的平均比重，应按下式计算：

Gsm?1P1P?2Gs1Gs2 （2-1）

式中 Gsm—— 土颗粒平均比重；

Gs1—— 粒径大于、等于5mm的土颗粒比重；

Gs2—— 粒径小于5mm的土颗粒比重；

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P1 —— 粒径大于、等于5mm的土颗粒质量占试样总质量的百分比

（%）；

。 P2 —— 粒径小于5mm的土颗粒比重占试样总质量的百分比（%）（3）本试验必须进行两次平行测定，两次平行测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。

2.2比重瓶法

2.2.1基本概念

土粒比重是土粒质量与同体积4℃的纯水的质量比值，也称土粒相对 密度。

2.2.2 试验目的

本试验的目的在于测定土的天然土粒比重，以便与其它试验配合计算土的干密度、孔隙比及饱和度等物理性质指标。

2.2.3试验方法及适用范围

本试验采用比重瓶法。此方法适用于粒径小于5mm的各类土。

2.2.4仪器设备

本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：

（1）比重瓶：容积100mL或50mL，分长颈和短颈两种。 （2）恒温水槽：准确度应为±1℃。 （3）砂浴：应能调节温度。

（4）天平：称量200g，最小分度值0.001g

（5）温度计：刻度为0～50℃？，最小分度值0.5℃。

2.2.4操作步骤

（1）试样制备。对于有机质含量不超过5%的土宜在100~105℃温度

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条件下烘干至恒重时。若有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土，应将温度控制在65-70℃的恒温下烘干。

（2）比重瓶的校准，应按下列步骤进行：①将比重瓶洗净，烘干，置于干燥器内，冷却后称量，准确至0.001g；②将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。对长颈比重瓶注水至刻度处；对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水自塞毛细管中溢出；将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g测定恒温水槽内水温，准确至0.5℃；③调节数个恒温水槽内的温度，温度差宜为5℃，测定不同温度下的瓶、水总质量。每个温度时均应进行两次平行测定，两次平行测定的差值不得大于0.002g，取两次测定的平均值。绘制温度与瓶，水总质量的关系曲线。

（3）将比重瓶烘干。称烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称烘干试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。 （4）向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并放在砂浴土煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应小于30min，粘土、粉土不得少于1h。沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。对砂土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体（煤油）代替纯水，采用真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地一个大气负压值，抽气时间不得少于1h。（注：用中性液体，不能用煮沸法）

（5）将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）注入装有试样悬液的比重瓶。当使用长颈比重瓶时应注纯水至刻度处，当使用短颈比重瓶时应将纯水注满，塞紧靠瓶塞，多余的水分自瓶塞毛管中溢出。将比重瓶置于恒温水槽至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g，并应测定瓶内的水温，准确 至0.5℃。

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（6）从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。

2.2.5土粒比重计算公式

土粒的比重，应按下式计算：

Gs?mdGiT （2-2）

?md?mbwsmbw式中 mbw—— 比重瓶、水总质量（g）

mbws—— 比重瓶、水、试样总质量（g） GiT—— T℃时纯水或中性液体的比重。

水的比重可查物理手册；中性液体的比重应实测，称量应准确至0.001g。

3 土的含水量测定

3.1基本概念和原理

土的含水量是指土中水的质量与干土质量的比值，也称土的含水率。烘干法是根据加热后水分蒸发的原理，将已知质量的土样放入烘干箱内，在100~105℃温度条件下烘干至恒重时，失去的水的质量与干土质量的比值，即是含水量，用百分数表示。

3.2试验方法及适用范围

本试验采用烘干法测定土的含水量。此方法适用于有机质含量不超过 5%的土。若有机质含量超过5%，应将温度控制在65-70℃的恒温下烘干。

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3.3 仪器设备

（1）烘箱：应能控制温度在100~105℃，实验室一般采用电热烘箱。 （2）天平：称量200g，感量0.01g，称量1000g，感量0.1g。 （3）其它：干燥剂、铝盒、切土刀等。

3.4操作步骤

（1）称量湿土质量：取具有代表性试样，粘性土为15~20g，砂性土、有机质土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，将盒置于烘箱内，称湿土与盒的质量，精确至0.01g。

（2）烘干、冷却：打开盒盖，将盒置于烘箱内，在100~105℃的恒温下烘干至恒重。烘干时间对粘性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h。对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65~70℃恒温下烘干。将铝盒从烘箱中取出并盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称干土质量，精确到0.01g。

3.5计算公式

w?(m0?1)?100% （3-1） md式中 w—— 土的含水量（%）； m0—— 湿土的质量（g）；

md—— 干土的质量（g）。

含水量试验应进行两次平行测定，两次测定的差值，当含水量小于40%时，不得大于1%，当含水量大于、等于40%时，不得大于2%，取两次的算术平均值。

3.6注意事项

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（1）天然含水量试验，应在打开土样后立即取样测定，以免水分改变。烘干冷却后应立即称干土质量，以免吸水分，影响试验结果。

（2）烘干恒重的标准与试样数量有关，通常前后两次称量之差不大于称样天平的精度即为恒温。土工试验中常以控制烘样时间使其达到恒重，烘至恒重所需的时间用电热干燥箱测量，当试样重15~30g时，一般砂土需1~2h，粉质土需6~8h，粘土约10h，风干土及含水量低的土，可适当缩短烘干时间；湿土量较多或块状土，应延长烘样时间。

（3）若土的有机质含量在5~10%时，以采用真空干燥箱低温（70~80℃）烘干试样为宜。当有机质含量超过10%以上，必须采用真空干燥箱。

（4）对土中有机质含量不超过5%的粘土和砂土，需现场测定其含水量时，可用酒精燃烧法测定。

4 土的界限含水量

4.1 土的液限、塑限测定

4.1.1基本概念及原理

粘性土随着含水量的变化，粘性土逐渐由一种状态转变为另一种状态，相应的分界含水量称为界限含水量。在工程中评价土的工程性质的界限含水量有液限、塑限和缩限。

液限是粘性土由流动状态转变到可塑性状态的界限含水量；塑限是粘性土由可塑性状态转变到半固体时的界限含水量；缩限是粘性土由固态转变到干硬状态的界限含水量。

我国一般采用了76g锥式液限仪或碟式仪测定，目前采用液、塑限联合测定法测定。

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4.1.2试验目的

本试验目的的是测定粘性土的液限和塑限从而计算塑性指数和液性指数，评价粘性土地基的容许承受力；并按塑性指数或塑性图进行土的分类。

4.1.3试验方法及其适用范围

本试验可采用圆锥式液限仪测定液限，它适用于粒径小于0.5mm有机质含量不大于5%的粘性土。也可以用碟式仪法测定和液、塑限联合测定法测定。塑限则用搓条法测定，其适用条件同液限。

4.1.4仪器设备

（1）圆锥式液限仪：锥质量76g，锥角为30°，距锥尖10mm处有环状刻度。

（2）天平：称量200g，感量0.01g。

（3）其它：烘箱、称量盒、调土刀、研体、凡士林、蒸馏水等。

4.1.5操作步骤

（1）圆锥法测液限

① 土样制备：取具有代表性，并保持天然含水量的土样进行测定。当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应风干研磨后过0.5mm的筛。再加蒸馏水调成均匀浓糊状。用玻璃板覆盖或放在盛水的干湿器中静置一昼夜。

② 装样放锥：将调好的土样分层填入试样杯中，使内部均匀填实，刮平杯口。将杯放在支座上。在锥尖涂一薄层凡士林，两指提住手柄，使平衡锥放在试样表面中部至锥尖与试样表面接触，然后缓缓放开手指，使锥体在自重力作用下沉入土样中。

③ 观察试锥：当锥体约经5s，沉入深度恰好10mm，表示土样此时的含水量为液限，若沉入深度小于10mm时，表示含水量小于液限，则将杯

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内土样取出（剔除沾有凡士林的土）置于调土杯内滴加少量蒸馏水，重新搅拌，重复②、③步骤。若5s内下存大于10mm表示含水量已超过液限，则应取出土样继续搅拌，使多余水分蒸发后，再进行实验，直至刚好下沉10mm为止。

④ 测定含水量：将锥体取出，用洁净刀刮出粘有凡士林的土样，用刀尖刮取土样10~15g，装入称量盒中，测定其含水量，即为液限。 （2）搓条法测定塑限

① 制备试样：将原状土或已过0.5mm筛的风干土，加少许蒸馏水调成不粘手的泥块用湿布敷盖，静置24h。

② 揉捏试样：将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，捏扁，当出现裂缝时，表示含水量接近塑限。

③ 手掌搓条：取接近塑限含水量的试样8~10g，用手搓成椭圆形，放在毛玻璃板上用手掌滚搓，手掌的压力要均匀施加于土条上，不得使土条有空心现象，土条长度有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度。当土条搓成3mm产生裂缝，并开始断裂，表示试样的含水量达到塑限含水量。当土条搓成3mm时不产生裂缝或土条直径大于3mm开始断裂都应重新取样进行试验。

④ 测定含水量：取直径3mm有裂缝隙的合格土条3~5g装入称量盒，测定其含水量，即为塑限。

⑤ 本试验应进行两次平行测定，两次测值的差值，当液限小于40%时，不得大于1%；当液限大于或等于40%时，不得大于2%。

4.1.6计算公式

（1）液限或塑限

wL(wP)?m1?m2?100% （4-1）

m2?m011

式中 wL(wP)—— 液限（或塑限）（%）；

m1—— 称量盒加湿土的质量（g） m2—— 称量盒加干土的质量（g） m0—— 称量盒的质量（g）

（2）塑性指数

IP?wL?wP （4-2）

（3）液性指数

IL?w?wP （4-3）

wL?wP式中w——土的天然含水量。

该试验需进行平行试验，取其平均值，平行差值对含水量小于40%时不得大于1%；当含水量大于或等于40%时，不得大于2%。

4.1.7注意事项

（1）在试验过程中，调整含水量，只能凉干，或用风机吹干，也可用调土刀拌和，或用手搓揉，使其水分蒸发，绝不可加进干土或用烈火烘烤。

（2）测液限时放锥方法应锥尖接触土面时，使锥体自由下落受自重力作用下沉，绝不可能产生锥体的冲击作用。

（3）液限杯中装土时，必须把土中气泡排尽。杯口刮平时宜采用刀刃，刮平次数不宜太多（特别是对塑性指数小于10的轻亚粘土），并注意水析现象。

（4）搓条法避免土条在手掌下不受压力的滚搓，造成中空现象。对于塑性指数小于10的轻亚粘土，反复滚搓易引起水折现象，使中心较表面水

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分少，偶尔有一处断裂不能认为达到塑限。对高塑性粘土，当土条搓到3mm 时，虽无裂缝或断裂，但毛玻璃上已无湿痕，可认为其含水量已达到塑限。

4.2液限、塑限联合测定

根据用圆锥仪测得的入土深度与其相应的含水量，在双对数坐标上具线性关系的特性，本试验用水电式液、塑限联合测定仪得土在不同含水量时的圆锥入土深度，绘制其关系直线图，据入土深度在图上找出该试样的液限和塑限。本试验适用条件同液限试验。

4.2.1仪器设备

（1）液、塑限联合测定仪：锥体质量为76g，锥角为30°，读数显示形式为水电式，游标式等。

（2）天平：称量200g，感量0.01g。

（3）其它：烘箱、称量盒、调土刀、研体、凡士林、蒸馏水等。

4.2.2操作步骤

（1）制备试样：本试验宜用天然含水量试样和风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm的筛，取过筛的有代表性的试样，试样200g，分成三份，放入盛有土器皿，加不同数量的纯水，调制成不同稠度的试样，试样的含水量分别接近液限、塑限和二者的中间状态，将试样调匀，盖上湿布，湿润一昼夜。

（2）装样入杯：将制备好的试样搅拌均匀，密实填入试杯中，用刀一次刮平表面。

（3）放锥入样：将试样杯放在联合测定仪的支座上，在圆锥上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥，调节零点，调整升降座，使圆锥尖接触土样面，指示灯亮时，圆锥在自重下沉入试样，经5s测读圆锥下沉深度，取出试样杯，取部分试样测定含水量。

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（4）以相同步骤分别测定三个试样的圆锥下沉深度和含水量。

4.2.3计算及绘图

（1）计算同前。

（2）绘制曲线：以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在同一直线上。当三点不在同一直线上时，通过高含水量的点与其余两点连成两条直线，在下沉深度为2mm处查得相应的两个含水量值，当两个含水量差值小于2%时，应以两点含水量的平均值与高含水量的点连线；当两个含水量差值大于或等于2%，应重新做试验。

在含水量与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水量为10mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1%。

4.3碟式仪法

4.3.1仪器设备

（1）碟式液限仪：由铜碟、支架及底座组成。 （2）开槽器：带量规，具有一定形状和尺寸。

（3）其它：烘箱、称量盒、调土刀、研体、凡士林、蒸馏水等。

4.3.2操作步骤

（1）制备试样：同4.2.2操作步骤（1）。

（2）装样入碟：将制备好的试样充分搅拌均匀，铺于铜碟前半部，用调土刀将铜碟子前沿试样刮成水平，使试样中心厚度为10mm，用开槽器经蜗形轮的中心沿铜碟直径将试样划开，形成V型槽。

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（3）测定含水量：以每秒两转的速度转动摇柄，使铜碟反复起落，坠 击于底座上，数记击数，直至槽底两边试样的合拢长度为13mm时，记录击数，并在槽的两边取试样不应少于己于10g，放入称量盒，测定含水量。

（4）将加入不同水量的试样，重复（2）、（3）进行试验。试样宜为4~5个。槽底试样合拢所需的击数宜控制在15~35击之间。

4.3.3计算及绘图

（1）各种击次下合拢试样的含水量，应按下式计算，精确到0.001。

wN?(mN?1)?100% （4-4） md式中 wN—— N击下试样的含水量（%）； mN—— N击下试样的质量（g）。

（2）绘图：在半对数坐标中绘制击次与含水量的关系曲线，取曲线上击次为25时对应的整数含水量为试样的液限。

5 固结试验

5.1基本概念及原理

土的压缩是在压力作用下土体体积逐渐变小的过程。压缩试验是将土放在金属容器内，在有侧限的条件下施加压力，由于土体是三相物体，因而土体被压缩的实质是土体中孔隙体积随着压力增大而减小。粘性土的透水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间较长。土的压缩随着时间而增长的过程，称为固结。

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5.2试验目的

该实验的目的是测定试样在有侧限单向排水的条件下受稳压荷载作用土体变形和压力或孔隙比和压力以及变形时间的关系。通过计算求得压缩系数、压缩模量、变形模量等压缩性指标，并以此来分析、判断土的压缩性和天然土层的固结状态，计算土工建筑物及地基的沉降，估算区域性的地面沉降。

5.3试验方法及适用范围

土的压缩实验一般按稳定标准分为三级。

（1）稳定压缩：在每级荷载下24h内土样不再被压缩，被认为稳定以后，才可以施加下一级荷载。

（2）常规压缩：试样1h内压缩变形不超过0.005mm（相对于试样高度为20mm而言），即认为稳定，或以满24h为标准，然后施加下一级荷重。以该方法为规范在生产中广泛应用。

（3）快速压缩：规定每级荷载的压缩时间为1h，仅在最后一级荷载作用下，除了测读1h的变形量外，还应测读达到稳定时的变形量。根据最后一级变形量校正前几级荷载下试样的变形量。对沉降计算精度要求不高而透水性较高的土，可采用此方法。但对低密度、高含水量的软粘土（天然密度小于1.70g/cm3，含水量大于50%），则应控制加荷载量，以避免试样受压挤出或触变破坏。

5.4仪器设备

（1）杠杆式轻便固结仪：包括固结容器、环刀、透水板等。 （2）加压设备：应能在顺瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力 （3）变形量测设备：量程为10mm，最小分度为0.01mm百分表或准 确度为全量程0.2%的位移传感器。

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（4）其它：同测定密度及含水量所用设备。

5.5操作步骤

（1）切取试样并安装：按密度实验切取土样（环刀内壁涂有薄层凡士林）的方法，将带有土样的环刀（刀口向下）装入固结容器内套上护环，放上透水石和加压板，并将容器置于加压框架正中，调整平衡锤使杠杆水平。安装百分表，同时测定土样的密度及含水量。

（2）施加预压荷载：为保证试样与仪器上、下部件间接触良好，应施加1kPa的预压荷载，将百分表调零。

（3）加载观测：

① 确定需要施加的各级压力，压力等级宜为12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、8000kPa、1600kPa、3200kPa，最后一级压力应比土层的计算压力大100kPa~200kPa。本实验室因时间关系加压等级为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。

② 卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小视土的软硬程度宜采用12.5kPa、25kPa或50kPa。对饱和试样，施加第一级荷载后应立即向容器中注满水。如是非饱和试样须用湿纱布围住容器。记录加荷时间，在试验过程中旋转手轮始终保持杠杆水平。

③ 观测读数时，每级荷载，每隔1h读测微表一次，至每小时变形量不大于0.01mm，即认为变形稳定。当试样的渗透系数大于10-5cm/s时，允许以主固结完成作为相对稳定标准。

④ 按上述步骤逐级加压至试验结束。

5.6计算及绘图

（1）按下式计算试样的初始孔隙比e0

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e0?(1?w0)Gs?w?0?1 （5-1）

（2）各级荷载下，固结稳定后的孔隙比ei

ei?e0?(1?e0)?hi （5-2） h0（3）计算某荷载范围内的压缩系数a(kPa-1)

a?ei?ei?1 （5-3）

pi?1?pi（4）计算某荷载范围内的压缩模量Es

ES?1?ei （5-4） a式中GS —— 土粒比重；

w0 —— 土样初始含水量（%）；

?0—— 土样初始密度（g/cm3）； h0 —— 土样初始高度（mm）。

?hi —— 在某荷载下试样固结稳定后的变形量（mm）。

（5）绘制压缩曲线图：以土孔隙比为纵坐标，以垂直荷载横坐标，绘制e-P曲线。

5.8注意事项

（1）透水石应经常保持平整、清洁、透水性良好。

（2）加荷后注水要视试样的天然含水量而定。当初始含水量大于或等于天然含水量时，可注水饱和；当初始含水量小于天然含水量时，透水石仅需浇水浸湿，用湿棉纱围住加压板周围，待加压至试样的土层自重压力时即可注水；若初始含水量小于塑限时，将透水石稍为浸湿，用湿棉纱围

18

（3）重塑筒：自身可拆成两半，内径为3.5~4cm，高8~10cm。 （4）轴向位移计：量程为10mm，最小分度为0.01mm百分表或准 确度为全量程0.2%的位移传感器。

（5）天平：称量100g，感量0.1g。

（6）其它：秒表、卡尺、凡士林、削土刀等。

7.4操作步骤

（1）制备试样

① 将原状土样按天然层次的方向，放在切土盘上，用削土刀或钢丝锯紧靠侧杆由上往下细心边切边转动圆盘，直至切成与重塑筒体积相同的圆柱体时为止（若试样表面有砾石等允许用碎土填补）。然后取下试样，横放于重塑筒内（重塑筒内壁先抹一层凡士林）沿筒两端整修齐平，使试样的上、下两面彼此平行，且与侧面互相垂直。

② 从重塑筒内取出试样，用卡尺量测试样的高度和上、中、下各部位的直径，准至0.1mm，然后称量，准确至0.01g，取余土测其含水量。

（2）安装试样

① 将试样两端涂上一薄层凡士林，在气候干燥时试样周围亦需抹上一层凡士林，防止水分蒸发。

② 将试样放在底座上，转动手轮，使试样一加压板刚好接触，将测力计读数调至零。

（3）轴向加压：轴向应变速率宜为每分钟2%~3%。转动手柄，使升降设备上升进行试验。轴向应变小于3%时，每隔0.5%应变测读一次；轴向应变大于等于3%时，每隔1%应变测读数，试验在8~10min内完成。当测力计读数出现峰值时，继续进行3%~5%的应变值后停止试验。当读数无峰值时，试验应进行到20%应变为止。

（4）试验结束，取下试样，描述试样破坏后的变形情况。

24

（5）若需测定灵敏度，应立即将试验破坏后的试样除去涂有凡士林的表面，加少量余土，包在塑料薄膜内用手反复搓捏，破坏其结构，重塑成圆柱体形状，放入重塑筒内，用金属垫板，将试样挤成与原状试样尺寸、密度和含水量相等的试样。再按前面的步骤进行试验。

7.5计算及绘图

（1）试样轴向应变，应按下式计算：

??hi?h 0?h?n?L?R 式中?i—— 轴向应变（%）；

?h——轴向变形（mm）

； n —— 手轮转数；

?L—— 手轮每转一周，下加压板上升高度（mm）；R—— 百分表读数（0.01mm）。

（2）试样平均直径和断面积，应按下式计算：

DD1?2D2?D3n?4 AA0a?1?? 1式中 Dn—— 试样平均直径（cm）；

A0 —— 试验前的试样断面积（cm2）； Aa—— 校正后的试样断面积（cm2）。 （3）轴向应力

试样所受的轴向应力，应按下式计算：

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（7-1） （7-2）

7-3）

7-4） （ （

??式中?——轴向应力（kPa）；

10——单位换算系数。 （4）灵敏度

灵敏度应按下式计算：

St?式中St——灵敏度

qu——原状试样的无侧限抗压强度（kPa）； ?——重塑试样的无侧限抗压强度（kPa）qu。

C?R ?10 （7-5）

Asqu （7-6） ?qu（5）轴向应变与轴向应力的关系曲线。曲线上最大轴向应力作为无侧限抗压强度，当曲线峰值不明显时，取轴向应变为15%处的轴向应力为无侧限抗压强度。

（6）无侧限抗压强度试验的记录，应包括工程编号，试样编号，试样的密度和含水量，试样直径和高度，试样破坏时的轴向应变和轴向应力以及破坏时试样的描述。

7.6注意事项

（1）试样的高度与直径的选择，对试验结果影响很大，试样直径一般采用3.5~4cm，高度为直径的2~2.5倍。

（2）无侧限抗压强度试验是一种单轴强度试验，适用于测定饱和软粘土的抗压强度。对高塑性、无裂缝的饱和粘土，由于?≈0，因而可用无侧

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限抗压强度计算其不排水剪切强度。

（3）试验时，在轴向压力作用下，试样两端由于受摩擦力的作用，试样中部会膨胀呈鼓状，造成试样内应力不均，为减小该不利影响，可在试样两端抹一薄层凡士林。

8 颗粒分析试验

8.1基本概念及原理

土的颗粒级配或粒度成分是指土粒的大小及其组成情况，一般以土中各个粒组的相对含量，即土样各粒组的质量占土粒总质量的百分数来表示。

土的颗粒级配或粒度成分是通过土的颗粒分析试验测定的。常用的测定方法有筛析法和沉降分析法。前者用于粒径小于、等于60mm、大于0.075mm的粗粒组，后者用于粒径小于0.075mm的细粒组。沉降分析方法有密度计法(比重计法)和移液管法等。

8.2试验目的

本试验的目的在于用筛分法测定粗颗粒各粒组的相对含量。

8.3试验方法和适用范围

本试验采用筛析法，适用于粒径小于、等于60mm、大于0.075mm的土。

8.4仪器设备

本试验所用的仪器设备应符合下列规定： （1）分析筛；

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① 粗筛，孔径为60、40、20、10、5、2mm。 ② 细筛，孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.075mm。

（2）天平：称量5000g，最小分度值1g；称量为1000g，最小分主度值0.1g，称量为200g，最小分度值0.01g。

（3）振筛机：筛析过程中应能上下震动。 （4）其它：烘箱，研体、瓷盘、毛刷等。

8.5操作步骤

筛析法试验，应按下列步骤进行：

（1）称取试样质量，应准确至0.1g，试样数量超过500g时，应准确至1g。

（2）将试样过2mm的筛，称筛上和筛下的试样质量，当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。

（3）取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。细筛宜置于振筛机上震筛，振筛时间宜为10~15min。再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应准确至0.1g。

（4）筛后各级筛上和筛底上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%。

对于含有细粒土颗粒的砂土的筛析法试验，应按下列步骤进行： （1）称取代表性试样，置于盛水容器中充分搅拌，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筛，取筛上的试样烘至恒量，称烘干试样质量，应准确到0.1g，并按上述（3）、（4）步骤进行粗筛分析，取筛下的试样悬液，用带橡皮头的研杠研磨，再通过0.75mm筛，并将筛上

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的试样烘至恒量，称烘干试样质量，应准确到0.1g，然后再按上述（3）、（4）步骤进行细筛分析。

（3）当粒径小于0.75mm的试样质量大于试样总质量的10%时，则不能采用筛析法，而应采用密度计法或移液管法进行颗粒分析。

8.6计算公式和绘图

（1）计算公式

1）小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，应按下式计算：

X?mA?dx （8-1） mB式中：X—— 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比（%）；

； mA—— 小于某粒径的试样质量（g）

mB—— 细筛分析时为所取的试样质量；粗筛分析时为试样总质量

（g）；

dx—— 粒径小于2mm的试样质量占试样总质量的百分比（%）。

2）不均匀系数和曲率系数。

Cu?d60 （8-2） d102d30Cc? （8-3）

d10?d60式中Cu—— 不均匀系数；

d60—— 限制粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含

量占总质量的60%；

d10—— 有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含

量占总质量的10%。

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Cc—— 曲率系数；

d30—— 颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量

的30%。

（2）绘图

以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线。

9 渗透试验

9.1基本概念及原理

土的渗透性是指土体具有被液体透过的性质。土的渗透性研究主要包括 渗流量问题、渗透破坏问题和渗流控制问题等三方面的问题。

根据达西定律，均匀砂土在层流条件下，土中水的渗透速度与单位渗流长度的能量（水头）损失和溢出断面积成正比，且与土的渗透性质有关。

土的渗透系数是反映土的渗透能力的定量指标，只能通过试验直接测定。其测定的方法分为室内渗透试验和现场渗透试验两大类。室内渗透试验可分常水头法和变水头法两种。现场测定渗透系数常用现场井孔抽水试验或井孔注水试验的方法。

9.2试验目的

本试验的目的在于测定土的渗透系数。

9.3试验方法和适用范围

（1）常水头渗透试验适用于粗粒土，变水头渗透试验适用于细粒土。

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（2）试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法脱气。试验时的水温宜高于试验室的温度3~4℃。

（3）本试验以水温20℃为标准温度，标准温度下的渗透系数应按下式计算：

k20?kT?T （9-1） ?20式中 k20—— 标准温度时试样的渗透系数（cm/s）；

； ?T—— T℃时水的动力粘滞系数（kPa2s）

?20—— 20℃时的水的动力粘滞系数（kPa2s）。

（4）根据计算的渗透系数，应取3~4个在允许差值范围内的数据的平均值，作为试样在该孔隙比下的渗透系数（允许差值不大于2310-n）。

（5）当进行不同孔隙比下的渗透试验时，应以孔隙比为纵坐标，渗透系数的对数为横坐标，绘制关系曲线。

9.4常水头渗透试验

9.4.1主要仪器设备

常水头渗透仪装置：由金属封底圆筒、金属孔板、滤网、测压管和供水瓶组成。金属圆筒内径为10cm，高40cm。当使用其它尺寸的圆筒时，圆筒内径应大于试样最大粒径的10倍。

9.4.2试验步骤

（1）装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将调节管和供水管相连，从渗水孔向圆筒充水至高出滤网顶面。

（2）取具有代表性的风干土样3~4kg，测定其风干含水率。将风干土样分层装入圆筒内，每层2~3cm，根据要求的孔隙比，控制试样厚度。当

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试样中含粘粒时，应在滤网面上铺2cm厚的粗砂作为过滤器，防止细粒流失，每层试样装完后从渗水孔圆筒充水至试样顶面，最后一层试样应高出测压管3~4cm，并在试样顶面铺砾石作为缓冲层。当水面高出试样顶面时，应继续充水至溢水孔有水溢出。

（3）量试样顶面至筒顶高度，计算试样高度，称剩余土样的质量，计算试样质量。

（4）检查测压管水位，当测压管与溢水孔水位不平时，用吸球调整测压管水位，直至两者水位齐平。

（5）将调节管提高至溢水孔以上，将供水管放入圆筒内，开止水夹，使水由顶部注入圆筒，降低调节管至试样上部1/3高度处，形成水位差使水渗入试样，经过调节管流出。调节供水管止水夹，使进入圆筒的水量多于溢出的水量，溢水孔始终有水溢出，保持圆筒内水位不变，试样处于常水头下渗透。

（6）当测压管水位稳定后，测记水位。并计算各测压管之间的水位差。按规定时间记录渗出水量，接取渗出水量时，调节管口不得浸入水中，测量进水和出水处的水温，取平均值。

（7）降低调节管至试样的中部和下部1/3处，按（5）、（6）的步骤重复测定渗出水量和水温，当不同水力坡下测定的数据接近时，结束试验。

（8）根据需要，改变试样的孔隙比，继续试验。

9.4.3计算公式

kT?QL （9-2） AHt式中 kT—— 水温为T℃时试样的渗透系数（cm/s）；

Q —— 时间t秒内的渗出水量（cm3）； L —— 两测压管中心间的距离（cm）；

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A —— 试样的断面积（cm）；

2

H—— 平均水位差（cm）； t —— 时间（s）；

注意：标准温度下的渗透系数应按式（9-1）计算。

9.5变水头渗透试验

9.5.1主要仪器设备

（1）渗透容器：由环刀、透水石的渗透容器、套环、上盖和下盖组成。环刀内径61.8mm，高40mm，透水石的渗透系数应大于10-3cm/s。

（2）变水管装置：由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成。变水头管的内径应均匀，管径不大1cm，管外壁应有最小分度为1.0mm的刻度，长度宜为2m左右。

9.5.3试验步骤

(1) 试样制备同前述试验，并应测定试样的含水率和密度。

(2) 将装有试样的环刀装入渗透容器，用螺母旋紧，要求密封至不漏水不漏气。对不易透水的试样，应进行抽气饱和；对饱和试样和较易透水的试样，直接用变水头装置的水头进行试样饱和。

(3) 将渗透容器的进水口与变水头管连接，利用供水瓶中的纯水向进水管注满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排水阀，放平渗透容器，关进水管夹。

(4) 向变水头注纯水，使水升至预定高度，水头高度根据试样结构的疏松程度确定，一般不应大于2m，待水位稳定后切断水源，开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水溢出时开始测记变水管中起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记出水口的水温。

(5) 将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时

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间变化，重复试验5~6次。当不同开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，结束试验。

9.5.4计算公式

kT?2.3HaLlog1 （9-3）

A(t2?t1)H2式中 a—— 变水头管的断面积（cm2）；

2.3—— ln和log的变换因数； L—— 渗径，即试样高度（cm）；

t1、t2 —— 分别为测读水头的起始和终止时间（s）； H1、H2—— 起始和终止水头。

10 击实实验

10.1基本概念及原理

土体在外力功能作用下（碾压或夯实），孔隙度变小，密度增加，压缩

性及渗透性降低，强度提高，从而改善了土的工程性质。由于土是处于三相介质状态的物体，土的压实程度与含水量、压实功能和压实方法有着密切的联。当压实功能和压实方法一定时，土的干密度随含水量的增加而增加；当干密度达到某一最大值后，含水量的增加使干密度随之减少，此时的最大值称为最大干密度?max，其相应的含水量称为最优含水量。

实际工程中，如土坝、路基及房屋地基等，要将土压实，必须将其含水量降低至饱和程度以下，即要求处于三相介质状态，土的击实过程首先使土被压缩后又自身回弹，是土颗粒在不排水条件下，重新组构的过程。这

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不是固结过程，也不同于一般的压缩过程。

10.2试验目的

击实试验的目的，就是在模拟的工地压实条件下，用标准击实方法，或某种击实仪在一定击实次数下，测定在某种压实功能下的含水量与干密度的关系，确定土的最优含水量与相应的最大干密度。以此为工程设计、施工提供初步填筑标准。

10.3试验方法及适用范围

以往国内常用的击实方法有两种

（1）标准击实方法：采用三层击实时将土样分为三层，每层25击为标准，测定其密度及含水量。由于此方法是测定固定体积土的密度，因而称为常体积法。

（2）单层击实法：单层击实，击实数视土质工程需要而定，一般20~40击，用测高测定其干密度，即用一固定质量的土样击实，每10击测土样高度，计算各特定击数下的干密度，由于土样体积随击数的增加而变化，因而称此法为变体积法。

目前，击实试验分为轻型击实和重型击实，分别使用轻、重型击实筒。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土；重型击实试验适用于粒径不大于40mm的土。

本试验采用常体积法试验。本试验适用于粒径小于5mm的土样，如粒径大于5mm的土占总重的3%~30%，须用计算法进行校正。

10.4仪器设备

（1）击实仪：主要由击实筒和击实锤组成。 （2）天平：称量200g，感量0.01g。

（3）台秤：称量10kg，感量5g；称量2000g，感量1g。

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（4）筛：孔径为5mm。

（5）其它：喷水设备、碾土器、推土器等。

10.5操作步骤

（1）制备试样

① 称取代表性风干土样放在橡皮上用木碾碾散，过5mm筛，称土15~20kg，拌匀备用。

② 测定风干试样含水量，按试样的塑限，估计最优含水量。按依次相差2%的含水量，制备5个试样。其中两个分别大于和小于最优含水量。所需加水量按下式计算：

WW?WWO1?0.01w0?0.01(w?w0) （10-1）

式中WW —— 所需的加水量（g）；

WWO—— 风干试样质量（g）；

w0 —— 试样的风干含水量（%）； w—— 估计达到的含水量（%）。

③ 每个试样取2.5kg，将其平铺于不吸水的平板下。把所需加的水量均匀喷洒在试样上，拌匀后装入塑料袋或密封器内浸润。浸润时间，对高塑性粘土不少于24h，低塑性粘土不少于12h。

(2) 分层击实：将击实仪放在坚实地面上，分三层击实。首先，取制备好的的土样600~800g倒入击实筒内，整平表面，击实25击。击实时，击锤应垂直自由下落，落高为46cm，均匀击于土面。然后，安装套环，把筒内土面刮毛，重复进行第二、三层的击实，击实后余土高略高于筒顶但不得大于10mm。

(3) 称量筒土质量：取下套环，用土刀削平土样端面。擦净筒的外壁。

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称量筒土质量，精确到1g。

(4) 测定含水量：用推土器推出筒中土样，从试样中部取出两个20~30g的土样平行测定其含水量。平行差值不得超过1%。

(5) 按上述（2）、（3）、（4）步骤将不同含水量的几个土样进行分层击实和测定。

10.6计算及绘图

（1）按下式计算含水量，精确至0.1%。

w?

式中符号同前。

（2）按下式计算干密度。

m0?100% （10-2） md?d?

?01?0.01w0 （10-3）

式中?d—— 土的干密度（g/cm3）； ?0—— 土的湿密度（g/cm3）；

w —— 土的含水量（%）。

（3）以干密度?d为纵坐标，含水量w为横坐标，绘制?d-w曲线。曲线上峰值的纵、横坐标分别为土的最大干密度和最优含水量。

10.7注意事项

（1）用定体积法所求得的干密度与含水量关系曲线并非等功能关系曲线。它们存在余土高度。由于余土高度不一，随余土高度增大，干密度偏

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小。变体积法改进了上述缺陷，但也存在排气不良、不能揉搓、击锤回弹影响较大等缺点。

（2）制备土样时，必须按要求进行浸润，然后进行试验。

（3）锤击时，应控制好落高，保持击锤自由垂直落下，速度不宜太快，一般每分钟八次。击锤下落太快时，土体产生回弹，锤击功能被抵消，使压实效果降低。

（4）本试验当土中大于5mm的颗粒含量为3%~30%时，按下式计算校正后的最大干密度及最优含水量。

① 最大干密度：精确至0.01g/cm3

?max??d1100?PsPs??w?Gs （10-4）

?dmax?max—— 校正后土的最大干密度（g/cm3）式中?d；

?dmax—— 粒径小于5mm的土样试验所得的最大干密度（g/cm3）； ?w—— 水的密度（g/cm3）； Gs—— 粒径大于5mm土粒比重；

Ps—— 粒径大于5mm颗粒含量占总土重的百分数（%）。 ② 最优含水量，计算精确至0.1%

??wOP(1?0.01Ps)?0.01Ps?wA （10-5） wOP?—— 校正后土的最优含水量（%）式中：wOP；

wOP—— 粒径小于5mm的土样试验所得的最优含水量（%）；

wA—— 粒径大于5mm颗粒的吸着含水量（%）。

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