土力学试验报告

密度试验
一、试验目的
土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比等指标的重要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降估算以及路基面施工填土压实度控制的重要指标之一。

二、试验方法及原理
环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。

环刀法操作简便且准确，在室内和野外均普遍采用，但环刀法只适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。

三、仪器设备
1、环刀：内径61.8mm，高20mm。

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

3、其他：切土刀、钢丝锯、圆玻璃片、凡士林等。

四、试验步骤
1、按工程需要取原状土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放
在圆玻璃片上；
2、在环刀的内壁涂一层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，用切土
刀把环刀完全压入土内，使保持天然状态的土样填满环刀内；
3、用切土刀削去环刀外侧的土、刮平上下面后，再用擦布把环刀外侧擦净；
4、在天平上称量环刀加土的总质量，准确至0.01g。

五、试验数据处理
试验记录及计算表
试验者：
计算者：实验日期：
两次计算的密度差值为0.012 g/cm3
表格中数据计算用到的公式：
湿密度V
m =
ρ 干密度430.1362
.01948
.11=+=+=
ωρρd （g/cm 3）
六、回答问题
1、土的密度有几种测试方法？
答：土的密度测定方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法。

2、环刀法测定哪些土的密度？
答：环刀法适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。

比重试验
一、试验目的
土粒的比重是土的基本物理性质之一，是计算孔隙比、孔隙率、饱和度等 重要依据，也是评价土的主要指标。

土粒的比重主要取决于土的矿物成分，不同土的比重变化幅度不大。

但土的比重对于了解土的性质很重要，通过本实验了解测量土比重的基本方法。

二、试验方法及原理
比重瓶法的原理为由称好质量的干土放入盛满水的比重瓶的前后质量差异， 来计算土粒的体积，从而进一步计算出土粒比重。

适用范围是粒径小于5mm 的各类土。

三、仪器设备
1、比重瓶：容积100mL ；
2、恒温水槽：准确度应为1+-℃；
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0~50℃，最小分度值为0.5℃。

四、试验步骤
1、校准比重瓶
1）将比重瓶洗净、烘干，置于干燥器内，冷却后称量，准确至0.001g ；
2）将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。

3）调节数个恒温水槽内的温度，温度差宜为5℃，测定不同温度下的瓶、水总质量。

每个温度时均应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g ，取两次测值的平均值。

绘制关系曲线。

2、试样制备：将土样从土样筒中取出，并将土样切成碎块、拌和均匀；在
105~110℃温度下烘干。

3、将比重瓶烘干。

称烘干试样15g 装入比重瓶，称量试样和瓶的总质量，
准确至0.001g 。

4、为排除土中的空气，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小于30min ，粘土、粉土不得少于1h 。

5、将沸腾经冷却的纯水注入装有试样悬液的比重瓶。

将比重瓶放入恒温水
槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。

取出比重瓶，擦干瓶外壁，称瓶、水、试样总质量，准确至0.001g ，并测定瓶内的水温，准确至0.5℃. 6、从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查出各试验温度下的瓶、水总质量。

五、试验数据处理 试验记录及计算表 试验者：
计算者： 实验日期：
iT bws
d bw d
S G m m m m G ⨯-+=
式中：d m ------干土重（g ）；
bw m ------比重瓶、水总质量（g ）； bws m ------比重瓶、水、试样总质量（g ）； iT G ------温度为T 时纯水或中性液体的比重。

六、回答问题
1、比重瓶法适用于什么土？
答：比重瓶法适用于粒径小于5mm的各类土（粒径等于、大于5mm的各类土应选用其他方法）。

固结试验
一、试验目的
测定土的压缩性，根据试验结果绘制出孔隙比与压力的关系曲线（压缩曲线），由曲线确定土在指定荷载变化范围内的压缩系数和压缩模量。

研究土的压缩性具有重要的意义。

二、试验方法及原理
标准固结试验是将天然状态下的原状土或人工制备的重塑土制成一定规格的土样，然后在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下得压缩变形，试样在每级压力下的固结稳定时间为24h。

快速法由于没有理论依据，只对透水性大的地基或建筑物对地基变形要求不高，不需要求固结系数时用此方法。

三、仪器设备
1、固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖等组成，环刀内径为61.8mm，高度为20mm，如图所示。

2、加载设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，可采用量程为5~10kN的杠杆式、磅秤式或气压式等加载设备。

3、变形量测设备：可采用最大量程10mm、最小分度值0.01mm的百分表，或采用准确度为全量程0.2%的位移传感器及数字显示仪表或计算机。

4、其他设备：毛玻璃板、圆玻璃板、滤纸、切土刀、钢丝锯和凡士林或硅油等。

四、试验步骤
1、按工程需要选择面积为30cm2的切土环刀，环刀内壁涂上一薄层凡士林，刀口应向下放在原状土或人工制备的扰动土上，切取原状土样时，应与天然土层
受荷方向一致。

2、小心边压边削，注意避免环刀偏心入土，应使整个土样进入环刀并凸出环刀为止，然后用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，擦净环刀外壁。

3、测定土样密度，并在余土中取代表性土样测定其含水率，然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。

4、在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀（刀口向下），在土样两端应贴上洁净而润湿的滤纸，放上透水石，然后放入加压导环和加压板以及定向钢球。

将装有土样的固结容器准确地放在加荷横梁的中心，调节杠杆平衡，为保证试样与容器上下各部件接触良好，应施加1KPa预压荷载。

5、调整百分表至“0”读数，并按工程需要确定加压等级。

6、加载等级采用50、100、200、400KPa，最大压力不应小于400KPa。

7、每级荷载经10分钟记下测微表读数，读数精确到0.01mm。

然后再施加下一级荷载，以此类推直到第四级荷载施加完毕，记录百分表读数。

8、试验结束后，应先排除固结容器内水分，然后拆除各部件，取出带环刀的土样，分别测定实验后的密度和含水率。

五、试验数据处理
试验记录及计算表格
试验者：
计算者：实验日期：
表格中的数据计算所用的公式如下：
1、计算试样的初始孔隙比：
1)1(000-+=ρρωw
s
G e 式中 s G —土粒比重；
w ρ—水的密度，一般可取1g/cm 3； 0ω—试样初始含水率；
0ρ—试样初始密度（g/cm 3）。

()783.01948
.10
.1362.0155.21)1(0
00=-+=
-+=
ρρωw
s G e
2、计算试样颗粒净高：
12.1783
.010
.2100=+=
+=e h h s 式中 0h —试样的起始高度，即环刀高度（mm ）。

3、计算某级压力下固结稳定后土的孔隙比：
s i i h h e e ∑∆-
=0
式中：i e -----某级压力下的孔隙比；
∑∆i
h -----某级压力下试样高度的累积变形量。

4、绘制e-p 曲线
以孔隙比为纵坐标，以压力p 为横坐标，绘制曲线，如图：
e
P(kPa) p e ~曲线
5、计算100~200KPa 压力范围内的压缩系数v a 、压缩模量s E 和体积压缩系数v m ：
5.01000100
200555
.0605.011=⨯--=--=++i i i i v p p e e a （MPa -1）
566.35
.0783
.0111=+=+=v s a e E （MPa ） 280.0566
.31111==+==
e a E m v s v （MPa -1） 式中：v a ------压缩系数（MPa -1）； i P ----某级压力值（KPa ）； S E -----压力模量（MPa ）； v m ------体积压缩系数（MPa -1）。

六、回答问题
1、测定土的压缩系数有什么实际用途？
答：土的压缩系数可用于判断土的压缩性和预测地基在荷载作用下的总沉降量及其沉降稳定所需的时间。

击实试验
一、试验目的
模拟施工现场的压实条件，测定试验土在一定击实次数下的最大干密度和相应的最优含水率，为施工控制填土密度提供设计依据。

二、试验原理
土的压实程度与含水率、压实能和压实方法有关，当压实能和压实方法确定时，土的干密度先是随着含水率的增加而增加；但当干密度达到某一值后，含水率的增加反而使干密度减小。

三、仪器设备
1、击实仪：包括击实筒、击锤及导筒等；
2、天平：称量200g ，分度值0.01g ；
3、台秤：称量10kg ，分度值5g ；
4、标准筛：孔径为20mm 、40mm 、和5mm 标准筛；
5、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶或液压式千斤顶，如无此类设备，也用刮刀和修土刀从击实筒中取出试样；
6、其他：烘箱，喷水设备，碾土设备，盛土器，修土刀和保湿设备等。

四、试验步骤
1、干法制备：取一定量的代表风干土样，轻型击实试验过5mm筛，将筛下的土样拌匀，并测定土样的风干含水率。

根据土的塑限预估最优含水率，制备一组试样，1个含水率大于塑限，1个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限。

2、将一定量土样平铺于不吸水的盛土盘内，按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量，拌匀并装入塑料袋中静置24h备用。

3、将击实仪放在坚实的地面上，在击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油，连接好击实筒与底板，安装好护筒。

4、对于轻型击实试验，分三层击实，每层25击，击实后的每层试样高度应大致相等，两层接触土面应刨毛，击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。

5、用修土刀沿护筒内壁削挖后，扭动并取下护筒，测出超高。

擦净筒外壁，称筒与试样的总质量，准确至1g，并计算试样的湿密度。

6、用推土器从击实筒中推出试样，从试样中心处取2个一定量土料（轻型击实试验为15~30g，重型击实试验为50~100g）测定土的含水率，两份土样的含水率的差值应不大于1%。

7、重复上述步骤，对其余不同含水率的试样依次击实测定。

五、试验数据处理
试验记录及计算表格
试验者：
计算者：实验日期：
1、按下式计算各数据填入表格
（1）含水率1001⨯⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-=d m m ω
式中：ω----含水率，%； m ----湿土质量，g ； d m -----干土质量，g 。

（2）干密度ω
ρ
ρ01.01+=
d
式中：d ρ-----干密度，g/cm 3； ρ------湿密度，g/cm 3； ω-------含水率，%。

（3）饱和含水率1001⨯⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-=s d w sat G ρρω
式中：sat ω----包和含水率，%； s G ----土粒比重；
d ρ----土的干密度，g/cm 3；
w ρ-----水的密度，g/cm 3。

2、制图
（1）以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线如图：
由曲线可得：最优含水率为14.4%，最大干密度为1.84g/cm3
六、回答问题
1、击实试验过程中要注意哪些方面？
答：1)击实仪、天平和其他计量器具应按有关检定规程进行检定。

2)击实筒应放在坚硬的地面上，击实筒内壁和底板均需涂一薄层润滑油。

3)击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒应有足够的间隙使锤能自由下落。

电动操作的击锤在实验前后应对仪器的性能进行检查并作记录。

4)击实一层后，用刮土刀把土样表面刮毛，使层与层之间压密。

应控制击实筒余土高度小于6mm，否则实验无效。

5)检查击实试验曲线是否在饱和曲线左侧，且击实曲线的右边部分是否与饱和曲线接近平行。

6)使用电动击实仪，需注意安全。

打开仪器电源后，手不能接触击锤。

界限含水率试验
一、试验目的
含水率 是表示土含水程度的一个重要物理指标，它对粘性土的工程性质有极大的影响，如对土的状态、土的抗剪强度以及土的固结变化等。

一般情况下，同一类土，当其含水率增大时，其强度就降低。

测定土的含水率，了解土的含水情况，也是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度及其他物理力学指标不可缺少的一个基本指标。

二、试验方法及原理
液、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在对数坐标上具有线性关系的特征来进行的。

利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为17mm所对应的含水率为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限。

三、仪器设备
1、液塑限联合测定仪：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30°；读数显示器宜采用光电式；试样杯内径为40mm，高为30mm。

2、天平：称重200g，最小分度值0.01g。

3、电热烘箱：应能控制温度为105~110℃。

4、其他：试样盒、橡皮板、调土刀、滴管、电吹风机、凡士林等。

四、试验步骤
1、试样应过0.5mm筛。

2、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，放入调土皿湿润过夜。

3、用调土刀将制备的试样充分搅拌均匀，分数次密实地填入试样杯中，注意填样时试样内部及试样杯边缘处均不应留有空隙，填满后刮平表面。

4、将试样杯放在联合测定仪的升降台上，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；调节升降台，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中，经5秒钟后读取圆锥下沉深度。

重复第4、5步二到三次，取其读数的平均值。

6、取下试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取椎体附近的试样10~15g放入试样盒内，测定含水率。

7、将全部试样加水调匀，重复第3至6步分别测定第二、三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。

液塑限联合测定应不少于三点。

五、试验数据处理
试验记录及计算表格
试验者：
计算者： 实验日期：
土样说明
天然含水率
9.83%
圆锥下沉深度（mm ） 盒号 湿土质量（g ） 干土质量（g ） 水质量（g ） 含水率（%） 通过所绘图线确定液限W L （%）
通过所绘图线确定塑限W P
（%）
（1） （2） （3）=
（1）－（2） （4）= （3）÷（2）
2.95 ① 1
3.58 11.87 1.71 1
4.4 30.6
11.2
5.93 ② 20.30 17.25 3.05 17.7 17.80
③
6.14
4.68 1.46
31.2 塑性指标I P 19.4 土的分类 粉质黏土 液性指标I L
-0.071
土的状态
坚硬状态 1、计算各式样的含水率将数据计入表格 %100⨯=
s
w
m m ω 2、以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数坐标上绘制关系曲线，曲线如下图：
由图线可
以查得两个含
水率分别为12.18%和10.21%两个含水率的差值不大于2%，符合试验要求。

3、在图中查得：
下沉深度为17mm 所对应的含水率为液限L ω为30.6% 下沉深度为2mm 所对应的含水率为塑限P ω为11.2% 4、塑性指数计算：
%4.19%2.11%6.30=-=-=P L P I ωω
液性指数计算
071.0%
4.19%
2.11%8
3.9-=-=
-=
P
P
L I I ωω
六、回答问题
1、采用联合法测定土的界限含水率的适用范围及土样制作上的要求是什么？
答：联合测定法适用于粒径小于0.5mm 以及有机质质量不大于试样总质量5%的
土；土样制备上要求取0.5mm 筛下的代表性土样，用纯水将土调成均匀的膏状，放入调土皿湿润过夜。

0 50 100 150 200 250 300 350 400
0.500
0.8000.750
0.7000.650
0.550
0.6002
345681020
1 5 10 20 30 40
抗剪强度试验
一、试验目的
剪切破坏是土体强度破坏的重要特点，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

测定土的抗剪强度，可以提供计算地基强度和地基稳定性用的基本指标。

二、试验方法及原理
直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。

通常用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数。

三、仪器设备 1、应变控制式直剪仪
（1）剪切盒：分上下两盒，上盒一端顶在量力环的一端，下盒与底座连接，底部放在两轨道的滚珠上，可以移动。

（2）垂直加压框架，水平剪切力杠杆：配合一套定量砝码施加垂直荷重。

（3）量力环：通过旋转手轮，推进螺杆移动下盒施加力，从量力环变形间接求出水平剪切力的大小。

（4）其他：环刀（内径61.8mm ，高度20mm ）削土器、天平等。

四、实验步骤
1、用环刀切取土样。

在切取过程中细心观察试样有无空洞和含砂砾及草根等物，并进行描述。

切取四块试样为一组备用。

2、将剪切盒内擦净，上下盒之间涂一层润滑油，并对准上下盒口插入固定销，使上下盒固定，并在下盒放入一不透水板。

3、试样上下面各放滤纸一张，环刀平口向下对准剪切盒，在试样上放一块不透水板，然后缓慢将土样推入剪切盒，并移去环刀。

4、顺次放上加压板、钢珠和加压框架，徐徐转动手轮使剪切盒前端钢珠与量力环刚好接触，调整量表大指针为零。

5、每组四个试样，在四种不同垂直压力下，进行剪切试验，按规定加垂直荷载，各个垂直压力可一次轻轻施加，若土质松软，也可分次施加以防土样挤出。

6、加荷后，拔出固定销，以0.8mm/min的剪切速度施加剪力，一般在3~5min 内完成实验。

7、试样每产生剪切位移0.2~0.4mm记下测力计和位移读数，直至量表读数出现峰值时，记下破坏值，继续剪切至剪切位移为4mm时停止；当读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停止。

8、剪切结束后，倒转手轮，迅速拆去砝码、加压框架等，取出试样并在剪切面上用钢丝锯切开，观察有无砂粒、硬块、草根等。

9、重复上述2~8步，进行其他压力下得剪切试验。

五、试验数据处理
试验记录及计算表格
试验者：
计算者：实验日期：
14 33.5 246.5 62.846 14 68.2 211.8 127.943 15 36.1 263.9 67.724 15 71.8 228.2 134.697 16 37.5 282.5 70.350 16 74.3 245.7 139.387 17 38.0 302.0 71.288 17 77.1 262.9 144.640 18 38.9 321.1 72.976 18 77.2 282.8 144.827 19 40.1 339.9 75.228 19 81.2 298.8 152.331 20 42.1 357.9 78.980 20 85.1 314.9 159.648 21 43.1 376.9 80.856 21 88.0 332.0 165.088 22 44.0 396.0 82.544 22 90.2 349.8 169.215 23 45.0 415.0 84.420 23 93.5 366.5 175.406 24 48.0 432.0 90.048 24 94.4 385.6 177.094 25 48.0 452.0 90.048 25 96.2 403.8 180.471 26 48.1 471.9 90.236 26 101.1 418.9 189.664 27 49.7 490.3 93.237 27 103.1 436.9 193.416 28 50.2 509.8 94.175 28 103.0 457.0 193.228 29 51.0 529.0 95.676 29 103.1 476.9 193.416 30 51.1 548.9 95.864 30 103.0 497.0 193.228 31 52.2 567.8 97.927 31 103.1 516.9 193.416 32 52.0 588.0 97.552
32 103.0 537.0 193.228
1、 计算 R C K ⋅=τ
式中：τ-----剪应力（kPa ）；
R C -----量力环系数（kPa/0.01mm ）； R -----量表读数（0.01mm ）。

2、绘图
（1）以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制曲线如图：
剪应力（kPa ）
(2)以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制关系曲线如图：
内摩擦角 为25.6°，凝聚力c为1.8kPa
六、回答问题
1、快剪试验一般在几分钟内完成？
答：快剪试验一般在3~5min内完成。

颗粒分析试验
一、试验目的
定量地说明土的颗粒级配，即土颗粒的大小以及各种粒组占该土总质量的百分数。

二、试验方法及原理
筛析法就是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总质量的百分数。

筛析法是测定土的颗粒组成组简单的一种试验方法，适用于粒径小于等于60mm、大于0.075mm的土。

三、仪器设备
1、分析筛：细筛，孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.075mm。

2、天平：称重5000g，最小分度值1g；称重1000g，最小分度值0.1g；称重200g，最小分度值0.01g。

3、振筛机：筛析过程中应能上下震动、水平转动。

4、其他：烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。

四、实验步骤
1、称取试样过2mm 的筛，分别称出留在筛上和已经通过筛孔的筛下试样的质量。

当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析；当筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。

2、取2mm 筛下的试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析，进行振筛，振筛时间一般为10~15min 。

3、按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，称留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g 。

4、筛后各级筛上及底盘内的试样总质量和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。

五、实验数据处理 试验记录及计算表格 试验者：
计算者： 实验日期：
筛后土的总质量为968.97g ，与筛析之前土的总质量相差0.217%满足试验要求。

大于2mm 粒径的土占总土质量的9.34%，可以只做细筛分析。

1、小于某粒径的土中试样总质量的百分比按下式计算，计算数据填入表格内： x B
A
d m m X
式中，X -------小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比（%）； A m -------小于某粒径的试样质量（g ）； B m -------试样总质量（g ）；
x d -------粒径大于2mm 或粒径小于0.075mm 的试样质量占试样总质量的
百分比（%）。

不均匀系数84.6079
.054
.01060===
d d C u 曲率系数85.0079
.054.019.02
1060230=⨯==d d d C C
2、制图
以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，以颗粒粒径为对数横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线如下图：
由曲线可以查得mm d mm d mm d 079.0,19.0,54.0103060=== 六、回答问题
1、筛析法适用于什么土？
答：筛析法适用于粒径小于等于60mm 、大于0.075mm 的土。

2、筛析法中振筛时间为几分钟？ 答：筛析法的振筛时间为10~15min 。