土工试验指导书

§ 1 土的基本性质试验
§ 1.1 密度试验
一、概述
密度试验的目的是测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用，这里所指的密度是天然密度。

密度试验方法有环刀法，蜡封法，灌水法，灌砂法等。

这里仅介绍环刀法，该实验方法仅适用于细粒土。

二、仪器设备
1、环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。

2、天平：称量500g,最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g。

3、切土刀，毛玻璃板或圆玻璃片等。

三、试验步骤
1、称取环刀质量。

2、根据试验要求用环刀切取试样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上，切取试样时应在环刀内壁涂一层凡士林。

3、将环刀的刀口向下放在土样上，垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀。

4、根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。

四、计算与记录
1、试样的密度，按下式计算：
(1.1)
3
2、本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm，取两次测定的平均值。

3、记录
环刀法试验的记录格式如下：
土样编号________________ 试验方法_________________ 试验者__________________
1
§ 1.2 含水量试验
一、概述
含水量试验的目的测定土的含水量，以了解土的含水情况，含水量是计算土的干密度、
孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理性质不可缺少的一个基本指标。

含水量测定方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。

烘干法试验：适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。

二、仪器设备
1、电热烘箱：应能控制温度为105~110°C。

2、天平：称量200g,最小分度值O.OIg,称量1000g，最小分度值0.1g。

3、干燥器(通常用装有氯化钙干燥剂) 。

4、称量盒，削土刀，玻璃板或盛土容器等。

三、试验步骤
1、称取称量盒质量。

2、取具有代表性试样15〜30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。

3、打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~110°C的恒温下烘至恒量。

烘干时间对粘土、
粉土不得少于8h,对砂土不得少于6h,对含有机质超过干土质量 5 %的土，应将温度控制
在65~70°C的恒温下烘至恒量。

4、将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，准确至
0.01g。

四、计算与记录
1、计算
试样的含水量，按下式计算，准确至0.1%。

(1.2)
m s
式中：m w ------ 水的质量，g;
m s——干土质量，g。

本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水量小于40%时为1%；当
含水量等于、大于40%时为2%，取两个测值的平均值，以百分数表示。

2、记录
含水量试验的记录格式如下：
土样编号________________ 试验方法_________________ 试验者__________________
盒质量盒+湿土盒+干土水的质量干土质量含水量平均含水量盒号
(g)质量(g)质量(g)(g)(g)(%)(%)
2
§ 1.3 比重试验
一、概述
土粒比重是指土在温度100~105C下恒重时的质量与同体积蒸馏水在4匸时质量的比值。

土粒比重是计算土的孔隙比、饱和度以及其他物理力学指标不可缺少的一个基本指标。

试验方法有比重瓶法、浮称法和虹吸管法，这里仅介绍比重瓶法。

比重瓶法适用于粒径小5mm 土。

二、仪器设备
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—1C。

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0〜50C，最小分度值为05C。

三、试验步骤
1、称比重瓶的质量。

2、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。

3、向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸
腾起砂土不应少于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。

4、将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）和注入装有试样悬液的比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。

当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处；当用短颈比重瓶时应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。

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 Co
5、倒去悬液、洗净比重瓶，并注入室温的蒸馏水至近满，把瓶塞塞紧，待多余的水
分从瓶塞的毛细管中溢出。

擦小孔上和比重瓶外的水、秤瓶水质量，准确至0.001g。

四、计算与记录
1、计算
土粒的比重，应按下式计算：
m s
d s - d wt （1.3）
m bw m d _ mbws
式中：m bw——比重瓶、水总质量，g;
3
m bws——比重瓶、水、试样总质量，g;
d wt——水在t C时的比重。

4
2、记录
比重瓶法试验的记录格式如下：
土样编号________________ 试验方法_________________ 试验者__________________
计算者试验日期校核者
5
1 6
§2界限含水量试验
一、 概述
界限含水量试验包括液限试验和塑限试验。

液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态
的界限含水量，塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。

目的是测定土的 液限和塑限，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类、判定稠度状态以 及估算地基土承载力等的一个依据。

试验方法有联合测定法、碟式仪法、滚搓法等，这里 仅介绍联合测定法。

联合测定法适用于粒径小于
0.5mm 以及有机质含量不超过土颗粒干质
量5%的细粒土，如果有机质含量在 5% ~10%之间，仍允许按本试验方法进行，但必须在
记录中注明。

二、 试验原理
界限含水量中的液、塑限试验，各国通常是采用碟式仪测定液限，而塑限是采用手工 操作的搓滚法，即试样搓滚至
3 mm 时试样发生裂缝和断裂时相应的含水量。

这两种方法
受仪器和人为因素的影响很大。

为此，我国从
20世纪50年代就采用质量为 76 g ，倾角为
30°的圆锥，贯人深度为 10mm 作为液限的标准，并且探讨过代替搓滚法的其他方法。

经 过20多年的经
验积累和对比试验，与碟式仪和搓滚法进行了相关分析，根据重塑粘性土 含水量与强度之间的唯一关系，确定了等效于碟式仪和搓滚法的圆锥仪的贯人深度，从而 建立了液、塑限联合试验的测定方法。

该关系就是液、塑限联合测定方法的理论基础。

三、 仪器设备
1、 联合测定仪：包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、
显示屏、控制开关和试样杯。

圆锥质量为 76g ，锥角
为300 ;读数显示宜采用光电式、游标式和百分表式； 试样杯内
径为 40mm ，高度为30mm 。

2、 天平：称量 200g ,最小分度值 0.01g 。

四、 试验步骤
1、 本试验宜采用天然含水量试样，
当土样不均匀
时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于 0.5mm 的
土粒和杂物时，应过 0.5mm 筛。

2、 当采用天然含水量土样时， 取代表性土样250g ; 采
用风干试样时，取 0.5mm 筛下的代表性土样 200g , 将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放 入调土皿，浸润过夜。

3、 将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中， 填样时
不应留有空隙，对较干的试样应充分搓揉，密
试验研究表明圆锥人土深度 (h)与粘性土的含水量 (w)成良好的双对数关系:
lg h =-lg w c
2
(2.1)
图2.1光电式液、塑限联合试验仪
1屏幕，2零线调节螺丝；3-聚光镜；4 -光源; 5 -微分仪，6-圆锥仪；7-升降座；8-盛土杯; 9 -放大镜；10-电磁铁；11-反射镜； 12 -指示灯及开关；13 -线路板；14 -水准器
7
实地填入试样杯中，填满后刮平表面。

4、 将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使 电磁铁吸住圆
锥。

5、 调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座，使圆锥尖接触试样表面，指
示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经
5s 后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上） ，取出试样
杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于 10g ,放入称量盒内，测定含水
量。

6、 将全部试样再加水或吹干并调匀，重复本条
3至5款的步骤分别测定第二点、第 三点试
样的圆锥下沉深度及相应的含水量。

液塑限联合测定应不少于三点（圆锥入土深度
宜为 4~5mm ，9~10mm ， 16~18mm ）。

五、计算与记录
1、 试样的含水量按下式计算：
0 =（匹
-1） 100
（ 2.2）
m d
式中：m d ――干土质量，g ; m o
------------------------------ 湿土质量，g。

2、 以含水量为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三 点应在一直线
上。

当三点不在一直线上时，通过高含水量的点和其余两点连成二条直线，
在下沉为2mm 处查得相应的2个含水量，当两个含水量的差值小于 2%时，应以两点含水 量的平均值与高含水量的点连一直线，当两个含水量的差值大于、等于 2%时，应重做试
验。

20 15
10 )
7 5 4 3
2
2
4
6 0 2 0
5
含水量，（%） 图2.2 S~，关系曲线
my
度深土入锥圆
3、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、塑性指数应按下式计算：
I P ='L■ p( 2.3)
式中：Ip——塑性指数；
――液限，％；
塑限,%。

5、液性指数应按下式计算：
(2.4)
6、液、塑限联合测定法试验的记录格式见下表：
土样编号_________________ 试验方法_________________ 试验者 _________________
计算者__________________ 试验日期 ___________________ 校核者 _________________
1
8
9
§ 3渗透试验
一、 概述
渗透试验的目的是测定土的渗透系数，验证达西定律。

渗透试验的方法有常水头渗透 试验和变水头渗透试。

常水头渗透试验适用于砂性土，变水头渗透试验适用于粘性土。

试 验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法进行脱气。

试验时的水温，宜高于室温3~4°C 。

二、 试验原理
1、常水头试验
常水头的意义就是在整个试验过程中保持水头为常数。

根据达西定律可知流过试样的
水量跟试样的横截面积、试样的上下水位差和渗流时间成正比，跟渗流路径
（即试样高
度）
成反比，该比例常数就是渗透系数，即：
整理得:
2、变水头试验
细粒土由于渗透系数很小，单位时间内渗透水量很小，测定渗透水量所需时间很长， 受蒸发和温度变化影响的实验误差大，故采用变水头试验。

所谓变水头试验就是在整个试 验过程中，水头差随时间变化的试验方法。

试验过程中，某一时间
t 作用于试样上的水头
为h ，经过dt 时间间隔以后，变水头管的水位降落 dh ,则从时间t 至t+dt 时间间隔内流经 试样的水量dQ 为：
Aht
式中：k —
渗透系数，cm/s ；
A — —试样横截面积，cm 2；
l ——
-渗流路径（即试样高度），cm ； h
—
常水头，cm ；
t ——
-渗流时间，S ； Q
—
3
-t 时间内的渗透水量，cm 。

k 且 （3.1）
dQ 一 -adh
(3.2a )
2、记录
10
式中：a ――变水头管的横截面积，cm 2。

负号表示水量 Q 随水头h 的降低而增加。

根据达西定律，在 dt 时间间隔内流经试样的水量
dQ 为:
dQ =kiAdt -k-Adt l
由式3.2a 和式3.2b 得：
dt = - al dh
kAh
两边积分，并注意到试验中，
t=t !的水头高度为
（3.2b ）
（3.2c ）
h i ，t=t 2的水头高度为h 2，则有:
11
k
In —
(3.2)
A(t 2
- t i )
h 2
或者
al h — k =2.3
log —
(3.3)
A(t 2
- t — )
h 2
式中：h ———起始时刻ti 时的水头，cm ;
h2——结束时刻t2时的水头，cm ;
其他符号意义同前。

三、常水头渗透试验
(一) 、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、供水瓶和量杯等组成。

金属封 底圆筒内径为10cm ，高为
40cm .当使用其他尺寸 的试样筒时，试样筒内径应大于试样最
大粒径的 10
倍。

另有木锤、秒表等。

(二) 、实验步骤
1、 装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将调 节器与供水
管相连，从渗水孔向试样筒充水至高出 滤网顶面。

2、 取具有代表性的风干土样 3~4kg ，测定其
风干含水量。

将风干土样分层装入试样筒内，用木 槌轻轻击实并根据预定的孔隙比控制试样厚度。

当 试样中含粘粒时，应在滤网上铺2cm 厚的粗砂作为 过滤层，防止细粒流失。

每层试样装完后，从渗水 孔向试样筒充水至试样顶面，使试样逐渐饱和，最 后一层试样应高出测压管 3~4cm ,并在试样顶面铺
2cm 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、 称剩余土样的质量，并计算试样质量和试 样高度。

4、 检查测压管水位，当测压管水位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、 提高调节管至溢水孔以上，将供水管放人试样筒内，开止水夹，使水由顶部注入
^dt = —f al dh 1 h1
kAh
(3.2d )
t 2 - t 1
kA h 2
(3.2e )
7
图3.1常水头渗透仪装置
I. 金属圆筒；2.金属孔板；3.测压管； 4.溢水管；5.调节管；6.滑动支架； 7.供水瓶；8.止水夹；9.温度计；10.量杯; II. 砾石层；12.钢丝筛布滤网；13.试样
2、记录
12
试样筒，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，使进入试样筒的水量多于渗出的水量，溢水孔始终有水溢出，保 持试样筒内水位不变，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不同高度处重复测定，当不同水力坡降下测定的数据接近时， 结束试验。

&根据工程要求，改变试样的孔隙比，继续试验。

（三）、计算与记录 1、计算
⑴渗透系数应按下式计算：
Aht
式中：k t 水温为T C 时试样的渗透系数，
cm/s ;
Q ----- 时间t 秒内的渗出水量，cm 3; l ――两测压管中心间的距离， cm ;
A ――试样的断面积，cm 2; h ------ 平均水位差， cm ； h =巾 " 2
t ――时间，s 。

⑵标准温度下的渗透系数应按下式计算：
k 2o = k t
（ 3.4）
20
式中 k 20 ---------- 标准温度（20C ）时试样的渗透系数，cm/s ;
t ―― T
C 时水的动力粘滞系数，
kPa s ;
20―― 20
C 时水的动力粘滞系数， kPa s 。

⑶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，用以作为试
样在该孔隙比下的渗透系数 （允许差值不大于2 10-n ）。

⑷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。

常水头渗透试验的记录格式如下：
组别_________ 试验日期_____________ 试样编号___________
序号
经过
时间
(S)
测压管水位(cm)水位差(cm)
渗水量
(cm3)
t C渗透
系数
(cm/s)
水温
(C)
校
正系
数
10C
渗透系数
(cm/s)
平均渗
透系数
(cm/s) I
管
n
管
m
管
h1h2H
(一) 、仪器设备
变水头渗透装置：由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成渗透容器由环刀、透水石、套环上盖和
下盖组成。

透水石的渗透系数，应大于试样的渗透系数。

变水
头管的内径，根据试样的渗透系数选择不同尺寸，长度宜为lm
以上。

(二) 、试验步骤
1、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。

并进行抽气饱和。

2、将渗透容器的进水口与变水头管连接。

利用
供水瓶中的水向进水管充满水，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，关排气阀，放平渗透容器。

3、向变水头管注水，使水升至预定高度，待水
位稳定后开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水溢出时开
始测记，记录起始水头和起始时间，按预定
时间间隔测记水头和时间变化，并测记出水口的水
4、将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记
水头和时间变化。

重复试验5~6次。

(三) 、计算与记录
1、计算
⑴渗透系数按下式计算:
k t 二2.3 aL log h l
A(t2 — tj h2
图3.2变水头渗透装置
1.变水头管；
2.渗透容器；
3.供水瓶；
4.水源管；
5.管夹；
6.排气管；
7.出水管
13
式中：a――变水头管的断面积(cm2)。

⑵标准温度下的渗透系数，按下式计算：
k20 = k t
20
2、记录
变水头试验记录格式如下：
组别_______________ 试验日期 ___________ 试样编号___________
孔隙比___________ 试样高度_________ 试样面积___________ 变水头管面积________
t20
14
15
§ 4固结试验
一、 概述 固结试验是将天然状态下原状土样或人工制备的扰动土，制备成一定规格的试件，然 后置于压缩仪内，在不同荷载和有侧限条件下测定其压缩变形。

目的是测定土的压缩系数、 压缩模量、压缩指数、回弹指数、固结系数及先期固结压力等，用来判断土的压缩性和进 行变形计算。

该实验方法适用于饱和的粘土，当只进行压缩时，容许用非饱和土。

二、 仪器设备 1、 固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽、力口 压上盖组成。

⑴环刀：内径为61.8mm 和79.8mm,高度为20mm 。

环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，
宜涂一层硅脂或聚四氟乙烯。

⑵透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成， 其渗透系数应大于试样的渗透系数。

用固定式容器时， 顶部透水板直径应小于环刀内径 0.2-0.5mm ;用浮环 式容器时上下端透水板直径相等， 均应小于环刀内径。

2、 加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的 压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标 准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》 GB/T15406
的规定。

3、 变形量测设备：量程 10mm,最小分度值为 0.01mm 的百分表或准确度为全量程 0.2%的位移传感器。

4、 固结仪及加压设备应定期校准，并应作仪器变形校正曲线，具体操作见有关标准。

5、 试样制备同原状土试样制备的方法，并测定试样的含水量和密度，取切下的余土 测定土粒比重。

试样需要饱和时，应按有关标准进行抽气饱和。

6、 其他：天平、秒表、烘箱、钢丝锯、刮土刀、土盒等 三、 实验步骤 1、 在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放 上导环，试样上依次放上薄型滤纸、 透水板和加压上盖， 并将固结容器置于加压框架正中， 使加压上盖与加压框架中心对准，安装百分表或位移传感器。

（注意：滤纸和透水板的湿 度应接近试样的湿度） 2、 施加1kPa 的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到 零位或测读初读数。

3、 分级施加压力。

第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用 12.5、25kPa 或 50kPa 。

只需测定压缩系数时， 最大压力不小于 400kPa 。

压力等级宜为12.5、25、50、100、 200、 400、 800、 1600、 3200kPa 。

4、 需要确定原状土的先期固结压力时， 初始段的荷重率应小于 1 ,可采用0.5或0.25。

'■ 8 - <.t- t 盟 & 5- 4 ・■&
图4.1压缩仪构造图
1.水槽；
2.护环；3环刀；4加压上盖;
5.透水石；
6.量表；7量表架；8.试样
(4.4)
16
E s
1 e 1
施加的压力应使测得的 e —logp 曲线下段出现直线段。

对超固结土，应进行卸压、再加压 来评价其再压缩特性。

5、 对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。

非饱和试样进 行压缩试验时，
须用湿棉纱围住加压板周围。

6、 测记试样高度变化。

需测定沉降速率时，则施加每一级压力后宜按下列时间顺序
测记试样高度变化， 即 6、15、1、215、4、6 15、9、12 15、16、20 15、25、30 15、
36、49、64、100、400、23h 和24h ,至稳定为止。

教学试验受时间限制可选择
15、
1、215、4、6 15、9、1215、16、20 15、25。

当不需测定沉降速率时，则施加每级 压力后24h 测记试
样高度变化作为稳定标准。

7、如需做回弹试验，可在某级压力下固结稳定后卸荷，直至退到第一级压力，每次 卸荷至24h 后测
记试样的回弹量。

&试验结束后吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出整块试样，测定含水量。

四、计算与记录
1、试样的初始孔隙比，按式 4.1计算：
(1
)d s ，w
(4.1)
式中：e°——试样的初始孔隙比。

2、各级压力下试样固结稳定后的孔隙比，按式 4.2计算:
1 +e° .,
e =e° —
—M
（ 4.2）
h 。

式中：e ――各级压力下试样固结稳定后的孔 隙比。

3、 以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标绘制 孔隙比与压力的关系曲线，见图 4.2。

4、 某一压力范围内的压缩系数，按式
4.3
计算：
e _e
i+ / . c 、
a
（ 4.3）
P i 1 一 P i
式中：a ――压缩系数，MPa ；
P i ――某级压力值，MPa 。

5、某一压力范围内的压缩模量，按式 4.4计算:
图4.2压缩曲线
6、土的压缩指数和回弹指数按下式计算:
式中：E s 某压力范围内的压缩模量，MPa。

C c e
—e
i
出
P i 4 - P i
C e
e —ei
(4.5)
(4.6)
P i
式中：C c――压缩指数；
C e――回弹指数，为回弹曲线的平均斜率。

7、确定先期固结压力
先期固结压力由卡萨格兰德作图法确定，具体做法
为，作e~logp曲线，在曲线上找出最小曲率半径R min
对应的点0。

过0点作水平线0A，切线0B及角.A0B的
平分线0D，0D与曲线下段直线部分的延长线交于点E,
则对应于E点
的压力值即为该原状土的先期固结压力P c，如图
4.3所示。

&求算固结系数C v
⑴时间平方根法：对于某一压力，以量表读数d为
纵坐标，时间t的平方根为横坐标，绘制曲线如图4.4,
延长曲线开始段的直线，交纵坐标轴于理论零点d o。

过
d o绘制另一直线，令其横坐标为前一直线横坐标的1.15
倍，则后一直线与曲
线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达的
固结系数C v：
90%所需的时间t90。

按下式计算该压力下图4.4 时间平方根法图4.5时间对数法
17
18
式中h ――最大排水距离，等于某一压力下试样初始与终了高度的平均值之半，
cm ;
t 90——固结度达到90%所需的时间，s 。

⑵时间对数法：对于某一级压力，以量表读数
d 为纵坐标，时间的对数为横坐标，绘
制d~logt 曲线，如图4.5所示。

在曲线的开始线段， 选任一时间t i ,相对应的变形值为 d i , 再取时间t 2=
t i /4苛，相对应的变形值为
d 2，则2 d 2-d i 之值为d 0i 。

如此再选取另一时间依
同法求得d 02l 、d 03l 、d 04等，取其平均值即为理论零点
d 0,延长曲线的中部的直线段和过曲
线尾部数点作一切线的交点即为理论终点
d i00；则d 50=（d 0+ d l00）/2。

对应于d 50的时间即
为试样达到固结度为 50%所需的时间t 5。

按下式计算该压力下的固系数系数
C v ：
2
0.197h
t 50
9、固结试验的记录格式如下：
组别 ____________ 试验者 ___________ 试验日期 ____________ 试样编号 __________
试样面积 _______ cm 2试样初始高度 h 0 ___________ mm 初始孔隙比e 0 ______________ 百分表初读数 _________
C v
0.848h 2 t 90
(4.7)
C v
(4.8)
19
§ 5直接剪切试验
一、 概述
土的内摩擦角：和粘聚力c 是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的 指标。

直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。

该方法设备简单、便于操作。

因此，应用广泛。

按剪切速率的不同，直剪试验可分为快剪，固结快剪和慢剪三种试验方 法。

快剪是在试样上施加垂直应力后，立即施加水平力，试样在
3~5分钟内剪坏；固结快
剪是在试样上施加垂直应力后，待排水固结稳定，再立即施加水平力，试样也在
3~5分钟
内剪坏。

慢剪无论在试样上施加垂直应力还是施加水平力过程中均允许试样排水固结。

剪 切过程中缓慢地施加水平力，使试样剪坏。

同一种土，由于试验方法不同，得到土的抗剪 强度指标也不相同。

这里只介绍快剪法试验。

二、 试验原理
根据库伦定律，土的抗剪强度与法向应力成正比，用公式表示为：
f
=二 tan c
（ 5.1）
式中：f ――抗剪强度，即破坏剪应力（kPa ）
二——正应力， kPa ； ――内摩擦角，度；
c ----- 粘聚力，kPa 。

直剪试验就是根据这一原理，测定土 在不同压力下，剪切破坏时破坏面上的剪 应力，以剪应力为纵坐标，垂直压力为横 坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线， 如图5.1所示，直线的倾角为内摩擦角， 直线在纵坐标上的截距为粘聚力。

三、仪器设备
1、应变控制式直剪仪：由剪切盒、垂 直加压
设备、剪切传动装置、测力计、 2、 环刀：内径61.8mm ，高 度 20mm 。

3、 位移量测设备：量程为 10mm ，分度值为 0.01mm 的百 分
表；或准确度为全量程 0.2% 的传感器。

四、实验步骤
1、试样制备按原状土试样 制备的
步骤进行，每组试样不得
位移量测系统组成。

图5.1 土的强度曲线
图5.2应变控制式直剪仪
1.螺杆；
2.下盒；
3.透水石；
4.量表;
5.传压板；
6.上盒；
7.量力环。