土力学实验报告

. .. 土工试验报告
班级：
组号：
姓名：
同组人：
成绩：
河北工业大学土木工程学院
2016年5月 18 日
试验一土的基本物理指标的测定（一）记录
土样编号_________________ 班组_________________ 试验日期_________________ 姓名_________________
2．含水率试验记录表（烘干法）
3．界限含水率试验
圆锥下
沉
深度 /
mm
盒号
盒质
量 / g
盒加湿
土质量 /
g
盒加干
土质量 /
g
水质
量 / g
干土质
量 / g
含水率
/ %
液限
/ %
塑限
/ %
3.2
A64 16.05 56.20 48.98 7.22 32.93 21.9
22
10mm 142 15.87 42.13 37.37 4.76 21.5022.1
7.9
11815.55 50.19 42.57 7.62 27.0228.2
28.1
A35 16.92 48.60 41.69 6.91 24.77 27.9
17mm
16.9
073 16.33 52.00 42.46 9.54 26.1336.5
36.7
128 16.64 41.77 35.00 6.77 18.36 36.9
注：圆锥下沉深度与含水率的双对数坐标关系曲线绘制于图 1 之中。

含水率 / %
图 1 圆锥入土深度与含水率关系曲线
（二）试验成果汇总和计算
1．试验测定数据
ã = 20.85 kN/m3
w = 28.1 %
w L= 36 %
w p= 21 %
根据备注表1，由w L 查表得d s = 2.7
2．计算参数
•e= (1+w)d sγw /γ−1=
0.65
•S r =wd s /e=1.16
•I P = w L–w P = 15
•I L= (w L–w) / I P =0.527 3．依上述计算结果判定
•土的分类名称：粘性土
•试验土样所处的状态：可塑状态
（三）思考与分析
1．土样烘干时，为什么要控制温度为105~110°C？
避免把强吸着水蒸发
2．环刀尺寸（直径、高度、壁厚、容积）对试验成果有何影响？
环刀的直径越大，高度越小，容积越大，实验的误差越小
3．试分析搓条法的理论依据及存在的主要问题。

存在主要问题：不容易掌握其方法，是要依据多年的经验来判断。

备注：土粒比重与土的矿物成分有关，其值一般为 2.65~2.75，由于土粒比重的测定方法较为复杂。

且同一地区、同类土的比重变化不大，故除重大建筑物外，一般可不做比重试验，而采用地区的经验值。

当缺乏地区的经验值时，对于黏性土，可取d
s
= 2.70~2.75；对于砂土可取
d
s
= 2.65。

天
津地区液限w L 和比重d
s
关系如备注表1 所示。

备注表1 天津地区液限w L 和比重d
s
关系表（录自天津市勘察院资料）
试验二颗粒分析试验（密度计法）
•绘图和计算
以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数为纵坐标，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（见图2），并根据颗粒分布曲线完成填写表2。

•思考和分析
1.用密度计作颗粒分析时只是测定密度计浮泡中心处的悬液密度，为何可以代表全部悬液相应的密度？
悬液的整体沉降的趋势是相同的和浮泡中心悬液密度变化基本相同，再加上温度校正、分散剂修正、刻度修正等，所以测定密度计浮泡中心处的悬液密度可以代表全部悬液相应的密度。

2．密度计法作颗粒分析试验的误差原因分析，请选择。

（1）系统误差：由理论假设、所用仪器和规定的试验方法步骤不完善造成。

•土粒刚开始下沉时为加速运动，V ≠常数√
•土粒并不是球形√
•土粒比重d
s
≠常数√
•密度计泡体积过大，影响土粒下沉√
•土粒下沉过程中互相干扰，且受器壁影响√
•用浮泡所排开范围内之悬液密度，代替密度计浮泡中心液面密度是近似的√（2）偶然误差：由试验操作不当造成
•土粒称量不准或有损失√
•土粒分散不完全√
•搅拌不均匀√
•读数有误（R、T、t）√
要求仔细体会，明白者在后面画（√）、否则画（×）
土粒直
径 /mm
图 2 颗
粒级配
曲线
表 2 颗粒组成
试验三固结试验
•记录
土样编号_______________________ 班组_______________________ 试验日期_______________________ 姓名_______________________
2．重度试验记录表
•绘图与计算
1．绘制压缩曲线（图3）
垂直
压力
p /
kPa
图 3
试验
压缩
曲线
2．计算压缩系数a1-2 和压缩模量E s1-2，并判定土的压缩性。

•a1−2 =e1
−e2/p2-
p1=0.13
•Es1−2
=1+e1/a
1−2=11.
67Mpa
•本土样属
于中等压
缩土压缩
性土。

•思考与分析
1．为什么加荷后要经过很长时间（往往 24 小时以上）变形才会稳定？
答：在土的固结试验中，加上荷载以后，试样中会出现超静孔水压力，土的固结过程也是超静空隙水压力的消散过程。

消散的速度与土的性质有关。

而对于在试验中所用的粘性土来说，这一过程需要很长的时间
2．固结仪中土样的应力状态与实际地基应力状态比较有何不同？在什么情况下两者大致相符，试举例说明。

固结仪中土样为完全侧限条件只会发生横向变形，而实际地基不能保证不出现横向变形的情况。

在以下情况中两者大致相符
水平向无限分布的均质土在自重应力作用下
水平向无限分布的均质土在无限均布荷载下
当地基可压缩土层厚度与荷载作用平面尺寸相比相对较小
3．试验误差原因分析
•土样代表性；
•土样结构扰动；
•室内外土样压缩条件不同；
•设备及操作误差。

上述分析内容同学应仔细体会，明白者在后面画（√），否则画（×）。

试验四直接剪切试验
•记录
土样编号_____________ 班组____________________ 试验日期
_____________ 姓名____________________ 试验方法
试验前重度试验记录表
•试验成果
1．剪切试验记录表（见表3）。

2．绘制剪应力与剪切位移关系曲线（图4）。

3．绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线（图5），并确定黏聚力c 与内摩擦角ϕ。

剪切位移△L / 0.01mm
图 4 剪应力与剪切位移关系曲线
表 3 直接剪切试验记录表
仪器编号_______________ 手轮转速______4____转/min
应变圈系数K_____1.522____kPa/0.01mm
续表 3 直接剪切试验记录表
仪器编号_______________ 手轮转速__4______转/min
应变圈系数K____1.522kPa/0.01mm
垂直压力p / kPa
图 5 抗剪强度与垂直压力关系曲线
（三）思考与分析
1．快剪、固结快剪、慢剪有什么区别？试举例说明快剪指标的适用范围？
快剪：竖向力施加后，立即施加水平力，剪切速度很快，3-5分钟后土样剪切破坏，过程不排水。

固结快剪：使土样先在法向力作用下达到完全固结，之后施加水平力剪切土样，过程不排水。

慢剪：使土样先在法向力作用下的达到完全固结，之后慢速施加水平力，1-4小时剪切破坏土样，过程有排水时间
快剪指标的适用范围：适用于土体上施加和剪切过程中都不发生固结和排水现象的情况
2．试分析应变式直剪仪的主要优缺点和可能造成误差的原因？
优点：直剪仪构造简单，操作方便
缺点：1剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏先从边缘破坏，在边缘发生应力集中现象。

2 试验中不能严格控制排水条件。

3 剪切过程中，土样剪切面逐渐减小，而计算剪切强度时却按照原来截面面积
计算。

试验五三轴压缩试验
•三轴压缩试验记录
试验日期土样编号班组
1．不固结不排水三轴压缩试验记录表第1 页
序号测力计
读数
/
0.01m
m
轴向
荷重
/ N
轴向
变形
/
0.01m
m
轴向应变
/ %
应变减
量
校正后
试样面积
/ cm2
主应力差
/ kPa
轴向应力
/ kPa R
P =
CR
∑Δh
h
1−å1
A
Aα= 0
1−å1
σ1 −ó3 =P /
Aα
σ 1
1
1.5 20.5
5
0.3 0.00375
0.9962
5
12.3262233
4
16.6717732
1
116.671773
2
2
1.7 23.2
9
0.6 0.0075 0.9925
12.3727959
7
18.8235545
6
118.823554
6
3
1.9 26.0
3
0.9 1.125
0.9887
5
12.4197218
7
20.9586013
8
120.958601
4
4
2.2 30.1
4
1.2 1.5 0.985
12.4670050
8
24.1758143
3
124.175814
3
5
2.4 32.8
8
1.5 1.875
0.9812
5
12.5146496
8
26.2732084
7
126.273208
5
6
2.6 35.6
2
1.8
2.25 0.9775
12.5626598
5
28.3538680
8
128.353868
1
7
2.8 38.3
6
2.1 2.625
0.9737
5
12.6110397
9
30.4177931
6
130.417793
2
8
3 41.1 2.
4 3 0.97 12.6597938
1
32.4649837
1
132.464983
7
9
3.3 45.2
1
3 3.75 0.9625
12.7584415
6
35.4353623
8
135.435362
4
1
0 3.6 49.3
2
3.6
4.5 0.955
12.8586387
4
38.3555374
6
138.355537
5
1
1 3.9 53.4
3
4.2
5.25 0.9475
12.9604221
6
41.2255089
6
141.225509
1
2 4.2 57.5
4
4.8 6 0.94
13.0638297
9
44.0452768
7
144.045276
9
1
3 4.5 61.6
5
5.4
6.75 0.9325 13.1689008
46.8148412
1
146.814841
2
1
4 4.8 65.7
6
6 7.5 0.925
13.2756756
8
49.5342019
5
149.534202
1
5 5.1 69.8
7
6.6 8.25 0.9175
13.3841961
9
52.2033591
2
152.203359
1
1
6 5.3 72.6
1
7.2 9 0.91
13.4945054
9
53.8070846
9
153.807084
7
1
7 5.5 75.3
5
7.8 9.75 0.9025 13.6066482
55.3773412
1
155.377341
2
1
8 5.7 78.0
9
8.4 10.5 0.895
13.7206703
9
56.9141286
6
156.914128
7
1
9 6 82.2 9 11.25 0.8875 13.8366197
2
59.4075732
9
159.407573
3
2
0 6.2 84.9
4
9.6 12 0.88
13.9545454
5
60.8690553
7
160.869055
4
2
1 6.4 87.6
8
10.2 12.75 0.8725
14.0744985
7
62.2970684
162.297068
4
2
2 6.6 90.4
2
10.8 13.5 0.865
14.1965317
9
63.6916123
8
163.691612
4
2
3 7 95.9 11.
4 14.2
5 0.8575 14.3206997
1
66.9660016
3
166.966001
6
2
4 7.2 98.6
4
12 15 0.85
14.4470588
2
68.2768729
6
168.276873
第 2 页
试样直径d 0 = 3.90cm 试样高度h 0=8.0 cm 试样面积A 0=12.25cm2
试样体积V 0 = 98.00 cm3试样质量m 0=189.00 g 试样密度ρ0=1.93g/cm3测力计系数C =13.7N/0.01mm 剪切速率1.5 mm/min 周围压力σ 3=200 kPa
序号测力计
读数
/
0.01m
m
轴向
荷重
/ N
轴向
变形
/
0.01m
m
轴向应
变
/ %
应变减
量
校正后
试样面积
/ cm2
主应力差
/ kPa
轴向应力
/ kPa R P = CR∑Δh1−å1
A
Aα= 0
1−å1
σ1 −ó3 =P /
Aα
σ 1
1
0.8 10.96 0.3 0.375 0.9962
5
12.296110
41
8.9133877
55
208.91338
78
2 0.9 12.3
3 0.6 0.75 0.9925
12.342569
27
9.9898163
27
209.98981
63
3
1.4 19.18 0.9 1.125 0.9887
5
12.389380
53
15.481 215.481
4
2 27.4 1.2 1.5 0.985 12.436548
22
22.031836
73
222.03183
67
7 71 16 82
2
3 8.
4 115.0
8
11.4 14.25 0.8575
14.285714
29
80.556 280.556
2 4 8.5
116.4
5
12 15 0.85
14.411764
71
80.802040
82
280.80204
08
第 3 页
试样直径d 0 = 3.90cm 试样高度h 0=8.0 cm 试样面积A 0=12.25 cm2试样体积V 0 = 98.00 cm3试样质量m 0=187.6 g 试样密度ρ0=1.91g/cm3测力计系数C =13.7N/0.01mm 剪切速率1.5 mm/min 周围压力σ 3=300 kPa
序号测力计
读数
/
0.01m
m
轴向
荷重
/ N
轴向
变形
/
0.01m
m
轴向应
变
/ %
应变减
量
校正后
试样面积
/ cm2
主应力差
/ kPa
轴向应力
/ kPa R P = CR∑Δh1−å1
A
Aα= 0
1−å1
σ1 −ó3 =P /
Aα
σ 1
1
3.1 42.47 0.3 0.375 0.9962
5
12.296110
41
34.539377
55
334.53937
76
2 3.7 50.69 0.6 0.75 0.9925
12.342569
27
41.069244
9
341.06924
49
3
4.1 56.17 0.9 1.125 0.9887
5
12.389380
53
45.337214
29
345.33721
43
4
4.3 58.91 1.2 1.5 0.985 12.436548
22
47.368448
98
347.36844
9
5 4.
6 63.02 1.5 1.875
0.9812
5
12.484076
43
50.480306
12
350.48030
61
6
4.9 67.13 1.8 2.25 0.9775 12.531969
31
53.567 353.567
7 5.1 69.87 2.1 2.625
0.9737
5
12.580231
07
55.539520
41
355.53952
04
8
5.3 72.61 2.4 3 0.97 12.628865
98
57.495265
31
357.49526
53
9 5.7 78.09 3 3.75 0.9625
12.727272
73
61.356428
57
361.35642
86
1
6 82.2 3.6 4.5 0.955 12.82722564.082448364.08244
第 4 页1.试验结果汇总
1.三轴UU 试验结果（kPa）
•试验成果
1．绘制各试件主应力差σ1−ó3 与轴向应变ε1 关系曲线（图6）
轴向应变 / %
图 6 主应力差与轴向应变关系曲线
2．绘制各土样破坏总应力圆及抗剪强度包线（图7），并确定土样黏聚力c u 和内摩
擦角ϕu。

σ / kPa
图7 破坏总应力圆及抗剪强度包线
3．用Excel 绘制p−q关系曲线（图8），并确定土样黏聚力c u 和内摩擦角ϕu。

p / kPa
图8 p−q关系曲线
4. 比较第2、3 步结果
第3步结果比第2步结果略大，也更精确。

•思考与分析
1、分析不固结不排水剪切试验（UU 试验）、固结不排水剪切试验（CU 试验）和固
结排水剪切试验（CD 试验）有什么区别，举例说明三轴试验抗剪强度指标使用的工程条件。

不固结不排水试验：试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。

适用：实际工程中饱和软粘土快速加荷的应力情况或短期承载力问题
固结不排水剪切试验：使土样在法向压力作用下排水固结达到稳定，然后在不排水的条件下进行的剪切试验方法。

适用：地基长期稳定性或长期承载力问题
固结排水剪切试验：试样在施加周围压力σ3时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。

适用：对工程土体中孔隙水压力估计把握不大或缺少这方面的数据
2．分析三轴剪切试验优缺点及误差产生的原因。

优点：1.能控制试验过程中的试样排水条件
2、能测试试样固结和排水过程中的孔隙水压力
3、试样内应力分布均匀
误差：1.制作的试样可能不标准，不规范
2、安装时手对试样挤捏
3、试样安装时没有居中垂直读数有误差。