3.1 土力学室内试验
高等土力学-1.1室内试验1.2模型试验
高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的，方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。
优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气（液）压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
基础底 压实系数 0.97
基础底压实系数0.971. 引言基础底压实系数是指地基在受到荷载作用后，其抗剪强度相对于未受荷载前的抗剪强度的比值。
该系数是土力学中的一个重要参数，对于基础设计和土工工程具有重要意义。
本文将深入探讨基础底压实系数的概念、测定方法以及影响因素。
2. 基础底压实系数的定义基础底压实系数，通常用符号（C<sub>f</sub>）表示，是描述地基在受到荷载作用后的抗剪强度变化的参数。
它的计算公式为：其中：基础底压实系数；：受荷载后的地基抗剪强度；：未受荷载前的地基抗剪强度。
3. 基础底压实系数的测定方法3.1 室内试验法通过室内试验，模拟地基受到荷载后的变形和抗剪强度的变化，从而得到基础底压实系数。
3.2 场地试验法通过在实际工程场地进行荷载试验，观测地基的变形和承载能力，进而计算基础底压实系数。
3.3 数值模拟法利用数值模拟方法，通过有限元分析等手段，模拟地基在荷载作用下的变形和抗剪强度的变化，计算基础底压实系数。
4. 影响基础底压实系数的因素4.1 地基土性质地基土的性质，如土的类型、颗粒大小分布、含水量等，直接影响基础底压实系数的大小。
4.2 荷载特性荷载的大小、作用时间和加载方式等因素，都会对基础底压实系数产生影响。
长时间、大荷载作用下，地基可能发生较大的变形，影响系数的计算。
4.3 基础形式基础的形式，如浅基础、深基础等，对地基受力的方式有较大影响，从而影响基础底压实系数的计算。
4.4 地下水位地下水位的变化也会对基础底压实系数产生一定的影响。
地下水位上升可能导致土体饱和，影响地基的承载能力。
5. 工程应用基础底压实系数在基础设计和土工工程中有着重要的应用。
通过准确计算基础底压实系数，可以更好地了解地基的力学特性，指导基础结构的设计和施工。
在实际工程中，需要结合地质勘察和试验数据，合理选择计算方法，以得到准确的基础底压实系数。
6. 结论基础底压实系数是描述地基在受到荷载作用后的抗剪强度变化的关键参数。
土力学室内实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解土的基本物理性质，包括含水率、密度、比重等。
2. 掌握土的界限含水率测定方法，包括液限和塑限。
3. 理解土的击实特性，学习击实试验方法。
4. 熟悉土的压缩性试验，分析土的压缩曲线。
5. 学习土的抗剪强度试验，测定土的剪切强度参数。
二、实验原理1. 含水率试验：通过烘干法或酒精法测定土样中的水分含量，进而计算含水率。
2. 密度试验：测定土样在自然状态和饱和状态下的密度，分别为自然密度和饱和密度。
3. 比重试验：通过比重瓶法测定土样的比重，反映土粒的轻重。
4. 界限含水率试验：通过液限和塑限试验，测定土的液限和塑限，进而计算塑性指数和液性指数。
5. 击实试验：通过标准击实试验，研究土的击实特性，确定最大干密度和最佳含水率。
6. 压缩试验：通过压缩试验，研究土的压缩性，绘制压缩曲线，确定土的压缩系数。
7. 抗剪强度试验：通过直接剪切试验或三轴剪切试验，测定土的抗剪强度参数，包括内摩擦角和粘聚力。
三、实验仪器与材料1. 仪器：烘箱、电子天平、比重瓶、液限塑限联合测定仪、击实仪、压缩仪、剪切仪等。
2. 材料：土样、砂、石子、酒精、水等。
四、实验步骤- 称取一定质量的土样，放入烘箱中烘干至恒重。
- 称取烘干后的土样质量，计算含水率。
2. 密度试验：- 称取一定质量的土样，测定其体积。
- 将土样浸泡在水中，测定其饱和体积。
- 计算自然密度和饱和密度。
3. 比重试验：- 称取一定质量的土样，放入比重瓶中。
- 加入适量水，使土样悬浮在水中。
- 称取比重瓶和土样的总质量，计算比重。
4. 界限含水率试验：- 进行液限和塑限试验，测定土的液限和塑限。
- 计算塑性指数和液性指数。
5. 击实试验：- 将土样分层次放入击实仪中。
- 按照规定次数进行击实。
- 测定击实后的土样密度和含水率。
- 计算最大干密度和最佳含水率。
6. 压缩试验：- 将土样放入压缩仪中。
- 加载不同应力，测定土样的变形。
- 绘制压缩曲线，计算压缩系数。
土的力学性质指标及其室内测定--振动三轴试验共98页文档
• 辅助设备：与一般静三轴试验相同。
电磁式振动三轴仪示意图
第五节 土的振动三轴试验
• 五 操作要点
•（一）准备工作
• 1 检查土动三轴仪各组成部分，确认激振系统、静力系统 及量测系统都能正常工作。
• 已知土的泊松比,Gd 和 E d 以及 d 和 d 可相互换算，有如
下关系：
Gd
Ed
2(1 )
d (1)d
第五节 土的振动三轴试验
• 一 术语定义及土的动力学性质简介
•（一）动模量
• 测定动模量的方法
• 测定动模量的方法是将动荷载施加于试样上，同时记录动应力和动应 变，某 一循环的动应力与同一循环的动应变之比即可得动模量，见图6.5-1（a）。
第七章 土的力学性质指标及其室内测定
第五节 振动三轴试验
第五节 振动三轴试验
• 一 术语定义及土的动力学性质简介 • 二 试验目的和适用范围 • 三 采用标准 • 四 仪器设备 • 五 操作要点 • 六 记录表格 • 七 资料整理 • 八 注意事项
第五节 土的振动三轴试验
• 一 术语定义及土的动力学性质简介
土的ห้องสมุดไป่ตู้学性质指标及其室内测定--振动三 轴试验
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
土力学：土的渗透性及渗流
13
3.3.2 流网特征及绘制
等势线表示测压管水头齐平的线，流线表示水质点的运动路线。
1、流网的特征
（1）等势线与流线正交；
（2）流线与等势线构成的各网格长宽比为常数，通常 b / L 1 ；
（3）相邻等势线之间的水头损失相等； （4）各流槽的渗流量相等。
即正交、等比、等水位差、等流量。
2、流网的绘制
土的渗透性及渗流
基本要求：
掌握土的层流渗透定律及渗透性指标；
熟悉渗透性指标的测试方法及影响因素，渗流时渗水量
的计算，渗透破坏与渗流控制问题； 了解二维渗流及流网的概念和应用。
1
本章内容
3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网 3.4 渗透破坏与控制
2018/10/22
hi
Hi qy k iy
n
总水头差为： 用等效渗透系数
h hi q y
i 1 i 1
n
Hi k iy
k y表示
H h q y ky
ky H
因此：
k x 由 ki max 控制， k y 由 ki min 控制。
2018/10/22
H
i 1
n
i
/ kiy
12
t
2018/10/22
8
2、现场试验
在现场设置一个抽水井（直径15cm以上）和两个以上的观测井。边抽 水边观察水位情况，当单位时间从抽水井中抽出的水量 q 稳定，并且 抽水井及观测井中的水位稳定之后，测定抽水井和观测井的水位。
qk
dh 2rh dr
q
r2
r1
h2 dr 2k hdh h1 r
地基变形允许值
3.1土的室内压缩试验 地基土假定为连续、匀质、各向同性的半无限弹性体，当 建筑的荷载作用于某一局部的地基土上时，该部分土要发生竖 向压缩变形，但由于周围土的限制作用而不发生水平膨胀变形。 故为了测定土的应力应变关系及压缩性指标以便于变形计算， 为了更好地符合实际土变形特点，采取从室外取得未经扰动的 天然结构土样，进行模拟土实际变形的有侧限的压缩试验即室 内试验（图3.1）。有时也称“固结试验”，因为在土力学中习 惯上把土的压缩过程称为“固结”。
1分层分层的原则是以0.4b（b为基底短边长度）为分层厚 度，同时必须将土的自然分层处和地下水位处作为分层界线。 由于附加应力在基底下沿深度方向的分布图线是曲线渐减的， 故分层厚度越小，其计算精度越高。
3地基的变形
图3.4分层总和法计算图
3地基的变形
2计算基底中心以下各层界面上的自重应力σcz和附加 应力σz，按同一比例画出σcz和σz的分布图形。
3地基的变形
图3.1压缩试验
3地基的变形
3.1.1土的固结与固结度 土体被压缩的过程称为固结。饱和土是由固体颗粒构成的骨 架以及充满孔隙的水组成。因此，土中的应力有两种形态： （1） 土粒与土粒之间在接触点上的压力即有效应力σ′； （2） 孔隙内水所受的压力即孔隙水压力u。当加荷瞬间附加 应力σz（因土粒骨架还未来得及变形）全由孔隙水来承担，此 时水压力称为超静水压力。孔隙水在超静水压力作用下逐渐被排 出，因此一部分压力由骨架承担。最后，逐渐由有效应力完全替 代静水压力。
3地基的变形
其试验方法是：用环刀切取天然土样，放入圆筒形压缩 容器内，土样上下各垫一块透水石，使土样压缩后的水可自 由排出。在土样上逐级加荷（p=50kPa、100kPa、200kPa、 400kPa），每次待压缩稳定后测其相应压缩变形值S。由于 室内压缩试验主要用于黏性土，特别间就相当长，需 几年甚至几十年才能压缩稳定。
【最新精选】高等土力学-1.1室内试验1.2模型试验
高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的，方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σσ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
1-适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。
优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气（液）压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
《土力学》试验指导书
《土力学》试验指导书重庆交心二００八年七月目录前言 (2)实验一土工参数测试综合试验 (3)(一)、土样制备 (3)(二)、含水量试验 (4)(三)、密度试验 (5)(四)、比重试验 (6)(五)、固结试验 (7)(六)、直接剪切试验 (9)实验二颗粒分析试验 (12)实验三液限和塑限试验 (14)3.1搓条法及平衡锥法 (14)3.2液限塑限联合测定法 (16)实验四滲透试验 (18)实验五载荷试验 (20)实验六击实试验 (22)实验七三轴试验 (23)前言本试验指导书适用于土木工程、港口航道与海岸工程、水利水电等专业的本科生、研究生使用。
本试验是《土力学》课程的重要实践教学环节。
该试验指导书包括以下内容：土工参数测试综合试验、颗粒分析试验、液限和塑限试验、滲透试验、击实试验、载荷试验、三轴试验等试验项目，通过上述试验可以让学生熟悉各种仪器设备在试验项目中的使用方法，锻炼学生的试验基本技能，掌握试验内容和试验的基本方法，培养学生的动手能力及综合分析问题和解决问题的能力，使学生知道为什么要做这些试验，试验参数在工程设计和施工中如何应用，为今后的实际工程设计、施工和研究工作奠定了坚实的基础。
本指导书主要依据中华人民共和国行业标准《公路土工试验规程》JTJ051-93和ＪＴＧＥ４０－２００７，中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001、中华人民共和国行业标准《公路工程地质勘察规范》JTJ 064-98等国家和行业标准，并结合工程实践经验及教材特点编制而成。
由于编者水平有限，若有不当之处，请批评指正。
二00八年七月实验一土工参数测试综合试验(一)、土样制备1.概述土样的制备是获得正确的试验成果的前提，为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可比性，应严格按照规程要求的程序进行制备。
土样制备可分为原状土和扰动土的制备。
本试验主要讲扰动土的制备。
扰动土的制备程序则主要包括取样、风干、碾散、过筛、制备等程序，这些程序步骤的正确与否，都会直接影响到试验成果的可靠性，土样的制备都融合在今后的每个试验项目中。
岩土工程师专业辅导知识讲解：室内土动力学试验
室内⼟动⼒学试验 地基基础抗震研究有时需要测定⼟的动⼒学指标，如动强度、模量、阻尼等。
测定⽅法不 同，所得结果有时会相差很⼤，因此，有必要对试验中的关键条件或步骤提出规定或要求，以保证获得⽐较可靠的、基本⼀致的试验结果。
1 仪器和试样制备 进⾏⼟动⼒学试验的设备主要有：动三轴仪、动剪切仪、共振（⾃振）柱仪等。
动三轴仪可⽤以测量⼟的动强度、动压缩模量和阻尼⽐、抗液化强度以及震陷参数等；可 以采⽤电磁激振式、油压式或⽓压式振动三轴仪，⼀般情况下，只需单向振动即可；固结围压⼒宜⼤于500kPa，固结偏压⼒宜⼤于1500kPa；动荷载范围宜为1．0～200kPa；动应变范围宜为10－4～10－1；静应变超过20%；振动波形通常采⽤正弦波，但也应具备产⽣三⾓ 波、矩形波等的能⼒；振动频率范围为0～100Hz；具有完善的使试件饱和的管路系统，允许最 ⼤反压⼒不宜低于300kPa，且能制备脱⽓⽔和配有CO2⽓罐；应采⽤⾃动记录系统，若配有微 机控制则更为理想，⾃动记录内容应有动应⼒、动应变和孔隙⽔压⼒随时间（或振动次数）的变 化过程等。
动剪切仪可⽤以测定动剪变模量、阻尼⽐和动强度等动⼒指标，有振动台、电磁激振、油压式等各种加动荷⽅式；法向固结压⼒宜⼤于500kPa；固结围压⼒宜⼤于300kPa；初始剪应⼒宜⼤于100kPa；动剪应⼒范围宜为200kPa；动应变范围宜为10－6～2×10－2；振动波形为正弦波；振动频率范围0～100Hz；应特别注意试件与底座和上加压盖之间的密封，严防由于超孔隙⽔压⼒增加，致使密封失效的现象出现。
共振（⾃振）柱仪可⽤以测定⼟的动剪切模量和阻尼⽐，⽬前多为电磁激振式，固结围 压⼒宜⼤于500kPa；剪应变测量范围宜为10－6～10－3；振动频率测量宜为0～100Hz。
加偏压和施加反压等技术，在共振柱仪上⾄今尚未获得完全成功，使⽤时需加⼩⼼。
原状⼟试样在试验室内的制备与静⼒试验时相同，利⽤削⼟器⼩⼼切削成给定尺⼨的试 样，应尽可能地减少扰动，特别是对原状粉⼟和淤泥质软⼟。
室内试验
3. 室内试验3.1 物理性质指标试验 3.1.1 含水率试验 3.1.1.1 设备a ．恒温烘箱：一般要求在50℃~200℃范围内能在任一点保持一定恒温范围。
最常用的恒温范围在105℃~110℃，控制温度的精度高于±2℃；b ．天平：200g ，感量0.01g 。
常用天平分机械天平和电子天平两类；c ．附属设备：铝盒（称量盒）、干燥器、铅丝篮、温度计等。
3.1.1.2 原理土样含水率是指土样在105℃至110℃的温度下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。
即：%100⨯-=ssm m m ω （3-1）式中：ω——土样含水率（%）；m ——湿土质量，单位：克（g ）；s m ——烘干土质量，单位：克（g ）。
含水率试验的室内试验方法以烘干法为标准方法。
在野外，如条件不满足可依土的性质和工作条件选用如下试验方法：1． 酒精燃烧法；2． 比重法（适用于砂性土）； 3． 实容积法（适用于粘性土）； 4． 炒干法（适用于砾质土）。
含水率试验的上述方法在水中还会发生水解适用于无机土（有机质含量低于5%），对于有机质土和有机土，在温度较高时会发生分解，使测得的含水率偏高，从而造成试验误差。
有机质含量超过5%的有机质土和有机土，含石膏和硫酸盐矿物的土，因这些矿物晶体中含结晶水，因此需采用65℃~70℃温度将土烘干至恒重，测量其含水率。
上述各种试验方法都是利用水在加温后逐渐变成水蒸气的性质。
加热一定时间后，在温度不高于110℃时，土中自由水全部变成气体挥发，之后土重不再发生变化，即处于恒重状态。
这时挥发掉的水重s m m m -=ω。
土恒重即认为是干土质量。
对粘性土，s m 实际上是土粒质量与强结合水质量之和，因强结合水需要温度高于120℃才能析出，故将其作为固体颗粒的一部分。
3.1.1.3方法烘干法含水率试验操作主要步骤包括：1．取代表性试样15~30g ，对于砾类土，取100g 以上试样。
土力学第3章土的压缩性与地基沉降计算
pc p0
第14页/共27页
e
e
e
p
z z p0 pc
OCR 1 正常固结状态
p
p0 pc
pc p0 OCR 1
超固结状态
p
pc p0
pc p0 OCR 1
欠固结状态
第15页/共27页
先期固结压力 pc 的确定
Casagrande 法
1. 在e-lgp曲线上，找出曲 率半径最小的点A
3.1.3 土的回弹曲线与再压缩曲线 土的回弹曲线与再压缩曲线
在进行室内试验过程中，当土压力加到某一数值后，逐渐卸压，土样 将发生回弹，土体膨胀，孔隙比增大，若测得回弹稳定后的孔隙比， 则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线称为回弹曲线。
第12页/共27页
3.1.4 应力历史对压缩性的影响
一、沉积土的应力历史
后，进行逐级加压固结（一
般按p=50kPa、100kPa、
200kPa、300kPa、400kPa
5级加荷），测定各级压力p
作用下土样的压缩稳定后的
孔隙比变化。
三联固结仪
第2页/共27页
• 压缩仪示意图
试验方法：侧限压缩试验
加压活塞 刚性护环
荷载 透水石 环刀
土样
注意：土样在竖直压 力作用下，由于环刀 和刚性护环的限制， 只产生竖向压缩，不 产生侧向变形
2. 作水平线m1
3. 作A点切线m2
4. 作m1,m2 的角分线m3
5. m3与试验曲线的直线段 交于点B
pc
6. B点对应开普顿在对大量资料
进行统计分析的基础上
提出了按塑性指数近似
•
确定pc 的公式可供参考。 式中， -土的不排水剪抗
土力学与基础工程课后思考题答案[1]
![土力学与基础工程课后思考题答案[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6c35b83c195f312b3069a516.png)
土力学与基础工程课后思考题答案[1]土力学与基础工程课后思考题答案第一章1.什么是地基？基础？将受建筑物影响在土层中产生附加应力和变形所不能忽略的那部分土层称为地基。
将埋入土层一定深度的建筑物下部承受结构称为基础，它位于建筑物上部结构和地基之间，承受上部结构传来的荷载，并将荷载传给下部的地基。
因此，基础起着上承和下传的作用。
2.什么是天然地基？人工地基？未经加固处理直接利用天然土层作为地基的，称为天然地基。
需要对地基进行人工加固处理后才能作为建筑物地基的，称为人工地基。
3.什么是持力层？下卧层？地基是有一定深度和范围的，当地基由两层及两层以上土层组成时，通常将直接与基础底面接触的土层称为持力层。
在地基范围内持力层以下的土层称为下卧层。
4.简述地基与基础设计的基本要求？（1）地基承载力要求：应使地基具有足够的承载力，在荷载作用下地基不发生剪切破坏或失稳。
（2）地基变形要求：不使地基产生过大的沉降和不均匀沉降，保证建筑的正常使用。
（3）基础结构本身应具有足够的强度和刚度，在地基反力作用下不会发生强度破坏，并且具有改善地基沉降与不均匀沉降的能力。
5.什么是浅基础？深基础？基础都有一定的埋置深度，若土质较好，埋深不大（d≤5m),采用一般方法与设备施工的基础，称为浅基础。
如果建筑物荷载较大或下部土层较软弱，需要将基础埋置于较深处（d>5m)的土层上，并需采用特殊的施工方法和机械设备施工的基础，称为深基础。
第二章2.1土由哪几部分组成？土中水分为哪几类？其特征如何？对土的工程性质影响如何？土体一般由固相、液相和气相三部分组成（即土的三相）。
土中水按存在形态分为：液态水、固态水和气态水（液态水分为自由水和结合水，结合水分为强结合水和弱结合水，自由水又分为重力水和毛细水）。
特征：固态水是指存在于颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水，液态水是人们日常生活中不可缺少的物质，气态水是土中气的一部分。
影响：土中水并非处于静止状态，而是运动着的。
土力学与地基基础测及室内试验
所谓“土的密度”是指土的单位体积质量，在天然含水率状态下的密度称为 天然密度。。测定土的湿密度可以了解土的疏密和干湿状态以供换算土的 其他物理性质指标和工程设计或控制施工质量之用。土的密度试验可了解 土体内部结构的密实情况，土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪 强度等均有一定联系。实验室土的密度试验一般常用环刀法及蜡封法，两 者主要区别在于测定土的体积方法的不同，环刀法适用于细粒土；蜡封法 适用于土中含有粗粒或者坚硬易碎难以用环刀切割的土（或者试样量少、 只有小块形状不规则时使用）。
第11页/共13页
THE END
讲的不好，请大家多多提出批评！ 谢谢大家！
第12页/共13页
感谢您的观看。
第13页/共13页
பைடு நூலகம்
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16.11土的直接剪切试验
土的抗剪强度是土在外力作用下其一部份土体对于另一部份土体滑动时所 具有的抵抗剪切的极限强度。直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常 用方法，直接剪切试验是将同一种土的几个试样分别在不同的竖向压力作 用下沿固定的剪切面直接施加水平剪力得到破坏时的剪应力，然后根据库 仑定律确定土的抗剪强度指标（内摩擦角和凝聚力）。直接剪切试验通常 采用4个试样为一组的方式，分别在不同的竖向压力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φ和凝聚力c）。直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和 慢剪（S）等3种试验方法。快剪试验是在试样上施加竖向压力后立即快速 施加水平剪切力（以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般可使试样在3~5min 内剪破），在整个试验过程中不允许试样的原始含水率有所改变（即在试 验过程中孔隙水压力应保持不变，故试样两端应用隔水纸），快剪法适用 于测定粘性土（或渗透系数小于10-5cm/s的细粒土）的天然强度。慢剪试验 适用于细粒土，固结快剪试验方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。
土工室内试验
土工室内试验土工试验是测定土的物理、力学、化学和其他工程性质（见土的工程性质），供岩土工程设计和施工控制使用。
土工试验有两种方式,即室内试验和原位试验,前者是对采取的土样进行试验，后者是在现场自然条件下直接进行试验。
室内土工试验包括土的物理、力学、化学和矿物等分析试验。
前两项较为常用，后两项在特殊情况下进行。
土工试验方法从40年代开始制定标准,1942年,美国各州公路工作者协会(AASHO) 已开始就土的物理性质试验方法和设备制定标准，中国水利部1956年颁发了《土工试验规程》，许多国家也都制定有本国的试验规程。
基本物理试验包括土的单位容重、含水量和比重三项，并由此求算土的孔隙比，孔隙度、饱和度等指标。
粒径分析试验将一定重量的土烘干碾散后用顺序叠好的筛组过筛、称重，确定各个粒径范围内土粒重的百分数。
小于2毫米的土团粒，干时不易碾散,需置于水中充分浸润分散后并通过2.0～0.1毫米的细筛。
小于0.1毫米的细粒土,用比重计法或移液管法确定其各种粒径的含量。
通过筛分和比重计结合粒径分析试验，绘制土样的粒径分布曲线供土分类使用。
阿太堡界限含水量试验测定土在液性界限和塑性界限时的含水量。
因液性界限和塑性界限的定义不够准确，其测定方法有人为规定的因素。
A.卡萨格兰德于1932年提出一种测定土的液性界限的碟式仪及其测定方法，已被西欧、美、日等国采用至今。
苏联、中国多用平衡圆锥仪测土的液性界限。
两者测得结果不尽相同，其差异与土的塑性大小有关。
塑性界限试验各国仍采用人工搓条法。
相对密度试验测定无粘性土在最松和最密实状态下的最小和最大容重，以计算它的最大、最小孔隙比和相对密度。
测最小容重多使用量筒法、漏斗法和各种松砂器。
测最大容重最常用的是击实法和振动法。
测无粘性土的最小和最大容重方法，有时需根据土质条件而定，在有疑问时应用几种方法进行对比试验。
击实试验用标准的容器、锤击和击实方法，测定土的含水量和容重变化曲线，求得最大干容重时的最佳含水量，是控制填土质量的重要指标之一。
岩土工程勘察中的岩土室内试验技术及其应用
岩土工程勘察中的岩土室内试验技术及其应用摘要：岩土勘察的目的旨在探明岩土层的均匀性、地层结构、成因以及特殊性岩土性质，特别要查明岩土力学性质、坚硬底层分布以及基础下卧软弱层分布，评价地基的稳定性以及地基岩土层的工程特性。
文章重点分析了岩土室内试验技术，并且对其应用进行了简要说明。
关键词：岩体勘察;室内试验;应用从一定程度上来说，岩土工程勘察是施工和设计的基础，并且依据不同的勘察阶段要求，进而反应出岩土体性态和工程地质条件的影响，结合地基处理、施工条件以及工程设计等要求对技术予以评价和论证，提交问题的解决办法，保证工程建设质量。
1 选取测试样品的标准进行岩土工程勘察时，合理选取岩土测试样品能够对岩土层工程性状的反应程度予以提高，从而加强数据的精准性，所以，选取岩土测试样品时必须保持样品原状，从而保证检验结果的有效性及可靠性。
具体的样品要求如下：①测试样品需要具备一定的代表性，并且可以反映出岩土层工程性状、位置以及土质等特性，具备较高的代表性。
②测试样品进行取样的时候，必须保证其原有性质不发生变化，且含水率、自身结构和样品选取前不发生扰动。
假如存在扰动现象，则必须要重新进行测试样品选取，确保测试结果与天然岩土体的工程性状完全符合，强化检验数据的精准性。
③测定岩土样品的各项参数时，必须要在天然的状态下进行，并且严格控制外界因素，避免对岩土测试样品造成扰动，确保测试样品的天然状态性质不发生变化。
④合理选取产品的数据和规格，根据岩土工程勘测的各项要求，合理设置试验所需要的各种参数，确保样本能够满足检验过程中的需求。
在检验时，要求土常规试验的土体长度在 200 mm左右，直径在70 mm以上，进行岩石单轴抗压强度的试验时，要求样本检验数量在3～6块之间，且标准为φ100 mm×50 mm试件，检验特殊检验项目过程中，特殊项目的岩土测试样品标准需要根据样品本身颗粒最大直径、试验方法、试验仪器等决定。
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σd σd
0
t
图1－17 动荷载 －
动应力σd
动应变εd
振动孔隙水压力ud
图1－18 动三轴试验的实测曲线 －
σd /(2σ3)
Dr=0.57 0.6 Kc=3
σ3=98kPa
0.4
Kc=2 Kc=1
0.2
Kc=σ1/σ3
0
图1－19 砂土的动强度曲线 －
10
100
（lg)Nf
τ
φ′
静应力状态
图1－15 正孔压时膜嵌入使量测孔压偏小 －
D
d
刚 性 棒
∆V
在某一围压
膜嵌入的率定方 法之一：在试样 中间放置一个不 同直径的刚性棒
d=D 膜嵌入量 d
σ3下的试验
图1－16 膜嵌入的 －
一种率定方法
3. 几种特殊的三轴试验 1）动三轴仪与试验
σ3=围压力
Kc=σ1/σ3=静应力比
σd：动应力
第三讲
土工试验与测试
3.1 室内试验 3.2 模型试验 3.3 原位测试与现场观测
土力学中试验与测试的作用
1.揭示土一般的力学性质和规律—理论的建立 揭示土一般的力学性质和规律— 了解特定 了解特定的土物理力学性质 特定的土物理力学性质 2.设计参数与理论模型的参数确定 3.验证理论与数值计算 4.模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题： 设计与方案比较与确定 5.原位测试、现场监测为数值计算的反分析、安 全性评价和信息化施工服务
1. 直剪仪（direct shear apparatus）
1) 古老：1776年 Coulomb 古老：1776年 2) 直观、简便、经济 3) 应力应变条件复杂、不均匀 4) 排水条件不明确
Coulomb
图1－2 直剪仪仪器简图 －
τ
初始状态
τf σf3 σ1=σv
破坏状态 k0 σ v
0
刚性边界下受力变形示意图
∆σ3
图1－14 膜嵌入示意图： －
排水情况：使量测的体 变增加
固结不排水试验： 固结：膜嵌入，前进 剪缩：正孔压使有效围压减少， 膜将后退（剪胀时相反）
∆σ3
（1）固结－施加∆σ3 膜嵌入 （2）产生正孔压∆u：膜回弹， 使骨架中部分水排出 （3）孔压减小 （4）剪胀产生负孔压情况相反
三轴仪简图
常规三轴压缩试验的应力状态简图
对于三轴应力状态：σ2=σ3
两个参数p 两个参数p, q
p=
σ1 +σ2 +σ3
3
=
σ1 + 2σ3
3
1 2 2 2 q= (σ1 −σ2 ) + (σ2 −σ3 ) + (σ3 −σ1) 2 = σ1 −σ3
这两个参数对于个常用参数
3.1 室内试验
3.1.1 强度测定仪器
直剪仪（direct 直剪仪（direct shear apparatus） apparatus） 单剪仪（direct 单剪仪（direct simple shear apparatus） apparatus） 环剪仪 （torsional (ring) shear apparatus） apparatus）
三轴试验中的剪切破坏情况
2) 试样体积变化的量测 (1)饱和土：量水管 (1)饱和土：量水管 (2)非饱和土：压力室的体积变化（双筒） (2)非饱和土：压力室的体积变化（双筒） (3)其它的量测方法 (3)其它的量测方法
3)关于膜嵌入的影响 3)关于膜嵌入的影响 （membrane penetration) (1)排水条件：使量测的体变偏大 (1)排水条件：使量测的体变偏大 (2)不排水条件：使量测正孔压变小 (2)不排水条件：使量测正孔压变小 使负孔压绝对值变小
（不计中主应力）
σ＝
σ 1＋σ 3
2
τ＝
σ 1－σ 3
2
q
RTE RTC
TC TE CTC CTE
PL
3 1 3 2 0 HC
p
利用三轴仪进行不同应力路径的试验
1. 三轴仪的不同应力路径试验 HC：静水压力（各向等压）试验σ1＝σ2＝σ3 HC： PL：比例加载试验： σ1/ σ3为常数 PL： CTC： CTC：常规三种压缩试验 ：σ3为常数（围压） CTE： CTE：常规三轴伸长（挤长）试验： σ3（轴应力） 为常数 TC： p为常数三轴压缩试验（轴应力增－围压减） TC： 为常数三轴压缩试验（轴应力增－围压减） TE： p为常数三轴伸长试验（轴应力减－围压增） TE： 为常数三轴伸长试验（轴应力减－围压增） RTC： RTC：减压三轴压缩试验：σ1 （轴应力）为常数 RTE： RTE：减压三轴伸长试验：σ1 （围压）为常数
HC: hydrostatic compression CTC: conventional triaxial compression CTE: conventional triaxial extension RTC: reduced triaxial compression RTE: reduced triaxial extension TC: triaxial compression TE: triaxial extension
>0 >0
RTC 减压三 轴压缩 轴向应 力不变
平均主应 力不变
RTE 减压 三轴 伸长 围压 不变
PL 三轴等比 实验 常应力比
σ1 σ 3 = k
=σa
σ1 σ2 σ3
∆σ 1 ∆σ 2 ∆σ 3 ∆p
=σa =σc =σc
>0 =0 =0 >0
=σa =σc =σc
>0
=σa =σc =σc
=0 <0 <0 <0
图1－22 －
量测微小应变 （<0.005%）的三轴 试验 LDT:局部变形 测量
不同量测方法的应力应变关系
图1－23 用LDT内部量测应变与外部量测的不同 －
图1－24 非饱和土三轴试 －
验仪
1.1.4 真三轴试验
1. σ1 ≠ σ2≠ σ3 2. 研究中主应力对于强度的影响 3. 探讨土的复杂应力路径上的应力应变关系 4. 本构关系的验证
p0R0 − pi Ri σθ = R0 − Ri p0R0 + pi Ri σr = R0 + Ri 3MT τ zθ = 3 2π (R0 − Ri3)
=σc =σc =σa
=0 =0 <0 <0
σ c = σ1 k σ c = σ1 k
>0
= − ∆σ 1 2 = − ∆σ 1 2
=0
∆σ 1 k ∆σ 1 k
>0
−2∆σ 1
=0
b (θ )
/
0( − 30 °)
1(30 ° )
0( − 30 ° )
1(30 ° )
0( − 30 ° )
1(30 °)
3) 高压三轴试验仪： （1）一般的三轴试验围压达到600kPa～1MPa 一般的三轴试验围压达到600kPa～ 高压三轴围压可达到10MPa以上 高压三轴围压可达到10MPa以上 （2）模拟高坝深覆盖层等情况 （3）在高压下，土的应力－变形－强度有很大 不同
4) 量测小应变三轴试验 （1）轴应变量侧精度达0.00005 轴应变量侧精度达0.00005 （2）压力室内量测局部变形 （3）与一般三轴试验比较，应力应变关系有 很大区别 （4）用于硬土、软岩与原状土试验
图1－25 改制的真三轴仪——在压力室中加一对侧压力板 －
图1－26 Lade-Duncan的改制真三轴仪 －
图1－27 剑桥式盒式真 －
三轴仪
二者区别： x, y ,z 三个方向是否独立施加大、 中、小主应力？ （ −σ ） 3σ
σz σx σy
σz
tgθ′ =
y
x
θ′
2σ z −σ y −σ x
σ v τv σ1f σ
σ3f σh,τh
单剪试验的应力状 态：水平面不一定 是破坏面
单剪试验
3. 环剪仪（torsional (ring) shear apparatus） 1) 剪切面面积不变 2) 便于用同一试样连续做几个正压力试验 ——测定残余强度 ——测定残余强度
τ
σ
环剪试验
1.1.2 变形参数测定试验——侧限压缩仪 （oedometer consolidation test apparatus）
0( − 30 ° )
q
RTE RTC 3
TC TE CTC CTE
PL
3 1 -2 2 0 图1－11 三种应力路径的斜率 － 3 HC
p
2. 三轴试验的一些问题 1）边界条件影响： 上下的边界的摩擦 增加了局部的围压 使应力、变形不均匀 改变了破坏状态——鼓胀与剪切面形 改变了破坏状态——鼓胀与剪切面形 成
侧限压缩试验
1.1.3 三轴仪与试验
(1) 1930 A. Casagrande 提出圆柱试样 (2) 1933 Seffert 用三轴仪研究固结 (3) 1934 Rendulic 利用测定土的强度参数 (4) 1959 黄文熙，汪闻韶 研制动三轴试验 (5) 三轴仪的发展：动三轴、大尺寸三轴仪、 高压三轴、非饱和土三轴仪、应力与应变路 径控制三轴仪…… 径控制三轴仪…… (6) 变形与强度试验 (7) 应力状态明确，简单；排水条件明确
σf1
σ
图1－3直剪试验中剪切面处土的应力状态变化 －
2.单剪仪（direct simple shear apparatus） 1)应力状态均匀 1)应力状态均匀 2)断面积不变 2)断面积不变 3)循环加载与动力试验 3)循环加载与动力试验 4)破坏面位置不确定 4)破坏面位置不确定 单剪仪