《土力学》试验指导与报告书

《土力学》试验指导与报告书
试验目录
试验一颗粒分析
试验试验二含水
率试验
试验三界限含水率
试验试验四固结试
验
试验五直剪
试验试验六
击实试验
试验一土的颗粒分析试验（筛分法）颗粒分析试验方法可分为筛分析法和静水沉降分析法，静水沉降分析法又有比重计法、移液管法。

工程上对地基土检测时，对于粒径大于0.075mm小于60mm的土，采用筛分析法；对于粒径小于0.075mm的土，采用静水沉降分析法（密度计法）；对于混合类土，则联合使用筛分析法与密度计法。

一．试验原理
筛分析法是测定土的粒度成分的最简单的一种方法。

其原理是将土样通过逐级减小孔径的一组标准筛子，对于通过某一筛孔的土粒，可以认为其粒径恒小于该筛的孔径，反之，遗留在筛上的颗粒，可以认为其粒径恒大于该筛的孔径。

这样即可把土样的大小颗粒按筛孔大小加以分组，并分别计算出各级粒组占总质量的百分数，再根据所占百分数进行归并和分类。

二．适用范围
本试验适用于粒径大于0.075mm小于60mm的土。

三．仪器设备
1.标准筛：粗筛（圆孔）：孔径为60mm、40mm、20mm、10mm，5mm、2mm；
细筛：孔径为2.0mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm。

2.天平：称量5000g，感量5g；称量1000g ,感量1g；称量200g，感量0.2g。

3.摇筛机（带震动、拍打功能）。

4.其他：烘箱、筛刷、烧杯、木碾、研钵等。

四．试样
将土样风干，使其土中水分蒸发。

从风干、松散的土样中，用四分法按照下列规定取出具有代表性的试样：
1.小于2mm 颗粒的土100～300g；
2.最大粒径小于10mm 的土300～900g；
3.最大粒径小于20mm 的土1000～2000g；
4.最大粒径小于40mm 的土2000～4000g；
5.最大粒径大于40mm 的土4000g 以上。

五．试验步骤
（一）对于无凝聚性的土
1.按规定称取试样，将试样分批过2mm 筛。

2.将大于2mm 的试样按从大到小的次序，通过大于2mm 的各级粗筛，并将留在筛上的土分别称量。

3.2mm 筛下的土如数量过多，则按四分法缩分至100～800g。

将试样按从大到小的顺序通过小于2mm 各级细筛。

可用摇筛机进行振摇，振摇时间一般为10～15min。

4.由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，至每分钟筛下数量不大于该级筛余质量的1%为止。

漏下的土粒应全部放入下一级筛内，并将留在各筛上的土样用软毛刷刷净，分别称量。

5.筛后各级筛上和筛底土的总质量与筛前试样总质量之差，不应大于1%。

6.如2mm 筛下的土不超过试样总质量的10%，可省略细筛分析；如2mm 筛上的土不超过试样总质量的10%，可省略粗筛分析。

（二）对于含有粘土粒的砂砾土
1.将土样放在橡皮板上，用木碾将粘结的土团充分碾散，拌匀、烘干、称量。

如土样过多时，用四分法称取代表性土样。

2.将试样置于盛有清水的瓷盆中，浸泡并搅拌，使粗细颗粒分散。

3.将浸润后的混合液过2mm 筛，边冲边洗，过筛，直至筛上仅留大于2mm 以上的土颗粒为止。

然后，将筛上洗净的砂砾风干，称量。

按以上方法进行粗筛分析。

4.通过2mm 筛下的混合液存放在盆中，待稍沉淀，将上部悬液过0.075mm 洗筛，用带橡皮头的玻璃棒研磨盆内浆液，再加清水，搅拌、研磨、静置、过筛，反复进行，直至盆内悬液澄清。

最后，将全部土粒倒在0.075mm 筛上，用水冲洗，直至筛上仅留大于0.075mm 净砂为止。

5.将大于0.075mm 的净砂烘干称量，并进行细筛分析。

6.将大于2mm 颗粒及2~0.075mm 的颗粒质量从原称量的总质量中减去，即为小于0.075mm 颗粒质量。

7.如果小于0.075mm 颗粒质量超过总质量的10%，有必要时，将这部分土烘干，取样，再做密度计或移液管分析。

六．试验记录
工程名称试验者
工程编号计算者
试验日期校核者
筛分前总土质量= 小于2mm 取试样质量=
七．试验结果整理
1. 按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数：
X =
A
⨯100 B
式中：X ——小于某粒径颗粒的质量百分数，%；
A ——小于某粒径的颗粒质量，g ；
B ——试样总质量，g 。

2. 当小于 2mm 的颗粒如用四分法缩分取样时，试样中小于某粒径的颗粒质量占总土质 量的百分数：
X = a
⨯ p ⨯100
b
式中： a —— 通过 2mm 筛的试样中小于某粒径的颗粒质量，g ；
b —— 通过 2mm 筛的土样中所取试样的质量，g ； p —— 粒径小于 2mm 的颗粒质量百分数。

3. 在半对数坐标纸上，以小于某粒径的颗粒质量百分数为纵坐标，以粒径（mm ）为横坐标，绘制颗粒大小级配曲线，求出各粒组的颗粒质量百分数，以整数（%）表示。

4. 计算不均匀系数和曲率系数。

土粒直径（m m ）
大于粒径之土质量百分数（%）
0.001
0.01
0.1
1
10
100
小于粒径之土质量百分数（%）
试验二含水率试验（烘干法）
一．目的和适用范围
烘干法试验适用于测定黏质土，粉质土，砂类土，砂砾土，有机质土和冻土体类的含水率。

二．仪器设备
1.烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持 105～110℃和其他能源烘箱。

2.天平：称量 200g，感量 0.01g；称量 1000g，感量 0.1g。

3.其他：干燥器，称量盒，〔为化简计算手续，可将盒质量定期（3～6 各月）调整为
恒质量值〕等。

三．实验步骤
1.取具有代表性式样，细粒土 15～30g，砂类土，有机质土为 50g，沙砾土为 1～2kg，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称质量。

称量时，可在天平一端放上与该称量盒等质量的砝码，移动天平游码，平衡后称量结果减去称量盒质量即为湿土质量。

2.揭开盒盖，将式样和盒放入烘箱内，在温度 105～110℃恒温下烘干。

烘干时间对细粒土不得少于 8h，对砂类土不得少于 6h。

对含有机质超过 5％的土或含石膏的土，应将温度控制在 60～70℃的恒温下，干燥 12～15h 为好。

3.将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般只需 0.5～1h 即可）。

冷却后盖好盒盖，称质量，准确至 0.01g。

四．试验记录
含水率试验记录
四．结果整理
按下式计算含水率：
ω=m -m s ⨯100
m
s
五．注意事项
1.试样烘干时，需要注意温度的控制及加热时间的控制。

2.试样的冷却需要放入干燥器中。

试验三界限含水率试验（液塑限联合测定试验）土的界限含水量与土的机械组成、矿物成分、活动性、吸附水的表面电荷强度以及颗粒比面积有关，所以根据界限含水量可以反映土的某些物理特性。

一．试验原理
用联合测定仪测定土在不同含水量时圆锥入土的深度，根据含水量和对应的入土深度之间的关系在双对数坐标纸上绘出直线。

在直线上查得圆锥入土深度为20mm时的相应含水量为液限ωL，然后根据ωL—h p 曲线，查出塑限时入土深度h p ，求出塑限ωP。

二．适用范围
测定土的液限和塑限是为了划分土类、计算天然稠度、塑性指数、液性指数，以供公路工程设计和施工之用。

本试验适用于粒径不大于0.5mm，有机质含量不大于试样总质量5%的土。

三．仪器设备
1.LP-100型液塑限联合测定仪，锥质量100g，锥角30°。

2.盛土杯：直径5cm，深4～5cm。

3.天平：称量200g，感量0.01g。

4.其他：筛（孔径0.5 mm），调土刀，调土皿，铝盒，研钵（附带橡皮头的研杵或橡皮板，木碾），烘箱、干燥器，吸管，凡士林，蒸馏水等。

四．试验步骤
1.取具有代表性的天然含水量或风干土样进行试验。

土中若含有大于0.5mm 的土粒或杂物时，应将风干土用带橡皮头的研杵研碎，过0.5mm 筛。

2.取0.5mm 筛下的代表性土样200g 左右，分开放入三个盛土皿中，加入不同数量的蒸馏水，土样的含水量分别控制在液限（a点）、略大于塑限（c点）和二者的中间状态（b 点）。

用调土刀调匀，盖上湿布，放置18 小时以上。

测定a 点的锥入深度应为20（±0.2）
mm，测定c 点的锥入深度时粘性土应控制在5mm 以下，而对于砂类土，测定c 点的锥入深度可大于5mm。

3.将制备好的土样充分搅拌均匀，分层装入土杯，用力压密使空气逸出。

对于较干的土样，应先充分揉搓，用调土刀反复压实。

试杯装满后，刮成与杯边齐平。

4.在圆锥仪锥尖上涂少许凡士林，将装好土样的试杯放在联合测定仪的升降座上，转动升降旋钮，待锥尖与土样表面刚好接触时停止升降，然后按动落锥开关，测记经过5s锥的入土深度h1。

5.改变锥尖与土样的接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm），重复第4 步骤，测得锥入深度h2，两次锥入深度允许误差为0.5mm，否则应重做。

取h1、h2 平均值作为该点的锥入深度h。

6.去掉锥尖入土处的凡士林，取10g 以上土样两个，分别装入铝盒中，称质量（准确至0.01g），测其含水量ω1、ω2（计算至0.1%）。

计算含水量平均值ω。

7.重复以上步骤3～6，对其他两个不同含水量的土样进行试验，测其锥入深度和含水量。

五．试验记录
工程名称试验者
工程编号计算者
试验日期校核者
六．结果整理
1.在二级双对数坐标纸上，以含水量ω为横坐标，锥入深度h 为纵坐标，点绘a、b、
c 三点的h～ω图，连此三点，应呈一条直线，如三点不在一条直线上，要通过a 点与b、c 两点连成两条直线，根据液限（a 点含水量）按下列公式求出h p ，以此h p再在h～ω图上
L ω L 的 ab 及 ac 两直线上求出相应的两个含水量，当两个含水量的差值小于 2% 时则以该两点含水量的平均值与 a 点连成一条直线，当两个含水量的差大于 2%时则应重做。

对于细粒土，用下式计算塑限入土深度h p ：
h =
ωL
（1）
p
0.524ω - 7.606
对于砂类土，用下式计算塑限入土深度h p ：
h p = 29.6 -1.22ωL + 0.017ωL 2 - 0.0000744ωL 3
（2）
2. 在 h ～ω 图上，查得纵坐标入土深度 h ＝20mm 所对应的横坐标含水量ω ，即为该土
样的液限ωL 。

根据液限ωL 值与塑限时入土深度h p 的关系公式求得h p ，再由图求出入土深 度为h p 时所对应的含水量，即为该土样的塑限ωP 。

六．注意事项
液塑限联合测定时，土样的含水量均匀及密实与否，对试验精度影响极大，土样制备时，三个土样的含水量不宜十分接近，否则不易控制联合测定曲线的走向，影响测定精度。

含水量接近塑限的那个土样，对测定影响很大。

当含水量等于塑限时，该点控制曲线走向最准。

但此时土样很难调制。

因此，可先将制备好的土样充分搓揉，再将它紧密地压入盛土杯，然后刮平。

为便于操作，根据经验，此时的含水量可略加大，以锥入深度为 4～5mm 左右为限。

七．试验结果在工程中的应用
1. 依据测得的界限含水量可以确定塑性指数 I P = ωL - ωP 并据此对细粒土分类。

2. 按下式计算液性指数 I L ，并据此确定粘性土状态。

I =
ω - ωP
L - ω
锥入深度与含水率(h-ω)关系图
100
10
1 10
100
含水率ω(%)
锥入深度h (m m )
P
试验六击实试验
一．试验目的和适用范围
击实试验分轻型和重型两类。

小试筒适用于测定粒径不大于25mm 的土，大试筒适用于测定粒径不大于38mm 的土的最大干密度和相应的最佳含水量。

二．仪器设备
1.标准击实仪、轻、重型试验方法和设备的主要参数应符合表1 的规定。

表1 击实试验方法类型
2.烘箱及干燥器。

3.天平：感量0.01g。

4.台秤：称量10kg，感量5g。

5.圆孔筛：孔径38mm、25mm、19mm、5mm 各一个。

6.拌和工具：400mm×600mm、深70mm 的金属盘、土铲。

7.其他：喷水设备、碾土器、盛土盘、量筒、推土器、铝盒、修土刀、平直尺等。

三．试样
本试验的试样制备分干土法和湿土法两种。

对一般土，干法制样和湿法制样所得击实结果有一定差异，对于具体试验应根据工程性质选择制备方法。

各方法可按表2准备试料。

表 2 试样用量
1.干土法（土不重复使用）制样：按四分法至少准备5个试样，分别加入不同水分（按
2%～3%含水量递增），拌匀后闷料一夜备用。

2.湿土法（土不重复使用）制样：对于高含水量土，可省略过筛步骤，用手拣除大于
40mm 的粗石子即可。

保持天然含水量的第一个土样，可立即用于击实试验。

其余几个试样，
将土分成小土块，分别风干，使含水量按 2%～3%递减。

四．试验步骤
1.根据工程要求按表 1 规定选择轻型或重型试验方法。

根据土的性质（含易击碎风化
石数量多少、含水量高低）按规定选用干土法（土重复或不重复使用）或湿土法。

将击实筒放在坚硬的地面上，取制备好的土样分 3~5 次倒入筒内。

小筒按三层法时，每次约 800～900g（其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的 1/3）；按五层法时，每次约 400～500g（其量应使击实后的土样等于或略高于筒高的 1/5）。

对于大试筒，先将垫块放入筒内底板上，按五层法时，每层需试样约 900g（细粒土）～1100g（粗粒土）；按三层法时，每层需试样1700g 左右。

整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层土的击实，击实时击锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于土样面。

第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入套筒，重复上述方法进行其余各层土的击实。

小试筒击实后，试样不应高出筒顶面 5mm；大试筒击实后，试样不应高出筒顶面 6mm。

2.用修土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削
平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称重，准确至 1g。

3.用推土器推出筒内试样，从试样中心处取样测其含水量，计算至 0.1%。

测定含水量
用试样的数量按表 3 规定取样（取出有代表性的土样）。

两个试样含水量的精度应符合含
水量试验的规定。

表3 测定含水量用试样的数量
4.按上述步骤进行其他含水量试样的击实试验。

五．实验记录
击实试验记录工程名称试验者工程编号计算者
六．结果整理
干密度
ρ
干密度与含水率的关系曲线
含水率ω （%）
1. 按下式计算击实后各点的干密度：
ρ
ρd 式中： ρd ——干密度，g/cm 3；
ρ ——湿密度，g/cm 3； ω ——含水量，%。

=
1 + 0.001ω
（2）
2. 以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度与含水量的关系曲线。

七．注意问题
1. 试验用土，一般采用风干土做实验，也有采用烘干土做实验的。

实践证明，用烘干
土做试验得到的最佳含水量比用风干土的小，而最大干容重则偏大。

以风干土做实验为合理。

2. 击实筒一般应放在混凝土地面上。

如果没有这种地面，可以放在坚硬平稳较厚的石
头上做实验。

3. 应控制击实容器中的余土高度符合试验规定，否则试验无效。

八．试验结果在工程中的应用
当土作为筑路材料时，为了在现场控制施工质量，保证在一定的施工条件下压实填土达到设计所要求的压实度标准，需要得到路基土压实的最大干密度和相应的最佳含水量。

这样
在模拟现场施工条件下，进行击实试验得到击实曲线，再结合现场土密度的测定与控制，既可达到控制填土压实度的目的。

(g/cm 3)。