土力学与地基基础试验指导书

《工程岩土学》试验指导书（地质工程专业）赵川、赖勇编重庆交通大学河海学院土工地质实验室二００七年七月目录前言 (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)实验四载滲透试验 (18)实验五三轴剪切试验 (20)实验六岩石单轴抗压试验 (23)实验七岩石快速直接剪断试验 (25)前言本试验指导书适用于地质工程等专业的本科生、研究生使用。

本试验是《工程岩土学》等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、三轴剪切试验、岩石单轴抗压试验、岩石快速直接剪断等试验项目，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、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。

赵川二00七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。

2.仪器设备孔径0.5mm、2mm和5mm的筛；天平；击样器；切土刀；橡皮板；木锤；烘箱；喷水设备等。

3.扰动土样制备步骤（1）将扰动土样进行土样描述，如颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度等，如有需要，将扰动土样拌和均匀，取代表性土样测定其含水量。

（2）将土样风干或烘干，然后将风干或烘干土样放在橡皮板上用木碾碾散，但应注意不得将土颗粒破碎。

（3）将分散后的土样根据各试验项目的要求过筛。

对于物理性试验如液限、塑限等试验，过0.5mm筛；对于力学性试验土样，过2mm筛；对于击实试验、比重试验（比重瓶法），过5mm筛。

（4）为配制一定含水量的试样，根据不同的试验要求，取足够过筛的风干土样，按下面的公式计算加水量，把土样平铺于不吸水的盘内，用喷水壶喷洒预计的加水量，并充分拌和均匀，然后装入容器内盖紧，润湿一昼夜备用。

（5）测定润湿后土样不同位置的含水量（至少二个以上），要求差值不大于±1％。

（6）按下式计算干土质量：m s=m／(1＋0.01w h)式中：m s ——干土质量（g）；m ——风干土质量（g）；w h ——风干含水量（％）。

（7）根据试样所要求的含水量，按式计算制备试样所需的加水量：m w= 0.01(w－w h)．m s式中：m w ——土样所需加水质量（g）；m s ——干土质量（g）；w ——制备试样所要求的含水量（％）；w h ——风干含水量（％）。

（8）根据试验所要求的干密度按下式计算制备试样所需的风干含水率时的总土质量：m=(1＋0.01w h) ．ρd．V式中：m——制备试样所需的风干含水量时的总土质量；ρd ——制备试样所要求的干密度（g/cm3）；V ——试样体积（cm3）；w h ——风干含水量（％）。

（9）试件成形，可采用击实法和压样法。

击实法是采用击实仪，将土样击实到所需的密度，用推土器推出，然后将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，用切土刀将试件削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直向下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止，削平环刀两端。

压样法将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的压样器内，采用静压力将土样压紧到的所需密度，然后取出环刀。

（10）把环刀外壁擦干净，称环刀和土的总质量，并同时测定土样的含水量。

试件制备应尽量迅速，以免水分蒸发。

（11）试件制备的数量根据试验项目的需要而定，一般应多制备1~2组备用，同一组试件的密度、含水量与制备标准之差应分别在±0.1g/cm3或2％范围之内。

(二)、含水量试验（烘干法）1.试验目的土的含水量指土在105～110℃下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土质量的比值，以百分数表示。

2.试验方法烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法等。

本试验采用烘干法。

3.仪器设备烘箱，采用电热烘箱，温度能保持在105～110℃；天平，感量0.01g；干燥器；称量盒等。

4.试验步骤（1）先称称量盒的质量（m1），精确至0.01g。

（2）取具有代表性试样，细粒土不小于为15g，砂类土、有机质土不小于50g，放入已称好的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量（m2），精确至0.01g。

（3）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105～110℃的恒温下烘干。

烘干时间与土的类别及取土数量有关。

细粒土不少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘干。

（4）将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却至室温。

冷却后盖好盒盖，称盒和干土质量（m3），精确至0.01g。

（5）本项试验要求进行二次平行测定，其平行差值需满足以下要求：当含水量小于5％时，允许平行差值不大于0.3％；当含水量大于5％小于40％时，允许平行差值不大于1％；当含水量大于等于40％时，允许平行差值不大于2％。

当满足上述要求时，含水量取两次测值的平均值。

5.成果整理（1）按下式计算含水量：w=( m2－m3)/( m3－m1)×100%式中：w——含水量（％）；m1 ——称量盒的质量（g）；m2——盒加湿土质量（g）；m3 ——盒加干土质量（g）。

（2）记录表格见实验报告。

6.注意事项（1）测定含水量时动作要快，以避免土样的水分蒸发。

（2）应取具有代表性的土样进行试验。

（3）称量盒要保持干燥，注意称量盒的盒体和盒盖上下对号。

（4）烘干、冷却由于时间较长，由实验室完成，同学另找时间来称盒加干土质量。

(三)、密度试验1.试验目的：土的密度是指土的单位体积的质量，是土的基本物理性质指标之一。

在天然状态下的密度称为天然密度，其单位为g/cm3。

2.试验方法：试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法等。

对于细粒土，采用环刀法；对于易碎裂、难以切削或不规则的土体，可用蜡封法；对于现场粗粒土，一般用灌水法或灌砂法。

本试验采用环刀法。

3.仪器设备环刀；天平，感量0.1g；切土刀；推土器；白瓷盘；游标卡尺；凡士林等。

4.试验步骤（1）用卡尺测出环刀的高和内径，并计算出环刀的体积V(cm3)。

（2）称环刀的质量m1，准确至0.1g。

（3）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在试样上。

（4）用切土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下压，边压边削，到土样伸出环刀上部为止，削去环刀两端余土，使与环刀口面齐平。

把削下的土样做含水量试验。

（5）擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量m2，准确至0.1g。

（6）用推土器将试样从环刀中推出。

（7）本试验须进行二次平行试验，其平行差值不大于0.03g/ cm3,满足要求取其算术平均值。

5.成果整理（1）按下式计算土的湿密度：ρ=(m2－m1)／V式中：ρ——土的湿密度（g/ cm3）；m1——环刀的质量（g）；m2 ——环刀加土的质量（g）。

（2）按下式计算土的干密度：ρd=ρ／(1＋0.01w)式中：ρd ——土的干密度（g/ cm3）；ρ——土的湿密度（g/ cm3）；w ——土的含水量（％）。

（3）记录表格见实验报告。

6.注意事项（1）操作要快，动作细心，以避免土样被扰动破坏结构及水份蒸发。

（2）环刀一定要垂直，加力适当，方向要正。

（3）边压边削的时候，切土刀要向外倾斜，以免把环刀下面的土样削空。

(四)、比重试验1.试验目的：土粒比重G s，是土粒在温度105～110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积4℃时纯水质量的比值。

2.试验方法根据土粒粒径的不同，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5 mm的土，采用比重瓶法进行；对于粒径大于等于5mm的土，且其中粒径为20mm的土质量应小于总土质量的10％时，采用浮称法进行；对于粒径大于等于5mm 的土，但其中粒径为20mm的土质量大于等于总土质量的10％时，采用虹吸筒法进行。

本试验采用比重瓶法。

3.仪器设备烘箱；比重瓶，容量100mL；天平，感量0.001g；恒温水槽；电砂浴；温度计；孔径5mm的筛；其它：匙、漏斗、滴管、洗瓶刷、蒸馏水等。

4.试验步骤（1）先将洗净、烘干的比重瓶称其质量m1，准确至0.001g.（2）将过5mm筛并烘干后的土，取不低于15g装入比重瓶内，称试样和瓶的总质量m2，准确至0.001g。

（3）将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，将瓶放在电砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及低液限粘土应不少于30min，高液限粘土应不少于lh，使土粒分散。

（4）将蒸馏水注入已煮好比重瓶至近满，待瓶内温度稳定及悬液上部澄清后，再加满蒸馏水，塞好瓶塞，使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出。

将瓶外水份擦干净，称瓶、水、土的总质量m3，准确至0.001g，称后马上测瓶内温度。

（5）把瓶内悬液倒掉，把瓶洗干净，再注满蒸馏水，把瓶塞插上，使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外水份擦干净，称比重瓶、水的总质量m4，准确至0.001g。

（6）本试验须进行两次平行测定，其平行差值不大于0.02，然后取其算术平均值。

5.成果整理（1）按下式计算土的比重：G s=G wt×(m2－m1)/(m4＋(m2－m1)－m3)式中：G s ——土粒比重；m1——空瓶的质量（g）；m2 ——瓶加干土的质量（g）；m3——瓶加水加土的质量（g）；m4——瓶加水的质量（g）；G wt ——t℃时蒸馏水的比重（可查相应的物理手册）。

（2）记录表格见实验报告。

6.注意事项（1）比重瓶、土样一定要完全烘干。

（2）煮沸排气时，防止悬液溅出。

（3）称量时比重瓶外的水份必须擦干净。