关于公路工程土工试验的教案

土工试验Soilexperiments1土的密度试验2土的含水量试验3土的液塑限试验4土的固结试验5土的直剪试验6土的三轴剪切试验1土的密度试验densitytest目的objectives测定土在天然状态下单位体积的质量仪器设备apparatus①符合规定要求的环刀；②精度为0.01g的天平；③其他：切土刀，凡士林等。（1）测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量m1。（2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。（3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。（4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m2操作步骤procedure计算土的密度VmmVm12_①密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次试验结果的算术平均值；②密度计算准确至0.01g/cm3要求2土的含水量试验用烘干法测定土的含水率目的①烘箱：采用电热烘箱；②天平：称量200g,分度值0.01g；③其他：干燥器，称量盒。仪器设备（1）取代表性试样，粘性土为15—30g，砂性土、有机质土为50g，放入质量为m0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g。（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，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。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65——70℃的恒温下烘至恒量。（3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m2为，精确至0.01g。操作步骤计算土的含水量（1）计算准确至0.1%；（2）本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。要求%1000221mmmmmmwsw含水率（%）小于1010—40大于40允许平行差值（%）0.51.02.03土的液限、塑限试验测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，共设计、施工使用。目的①液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；②试样杯：直径40—50mm，高30—40mm；③天平：称量200g，分度值0.01g；④其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。仪器设备液限锥式仪液塑限联合测定仪（1）当采用天然含水量的土样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸中，静置24小时。（2）将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。（3）取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。（4）调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读圆锥下沉深度。（5）取下试样杯，然后从杯中取10g以上的试样2个，测定含水率。（6）按（2）-（5）的步骤，测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。操作步骤计算与制图（1）计算含水量%100*1smmw（2）绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线1.计算含水量：%100*1smmw①三点连一条直线。②当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。③当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。（3）确定液限、塑限在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限wL；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP，以百分数表示，取整数。PLPwwIPPLIwwI塑性指数：液性指数：（4）计算塑性指数和液性指数4土的固结试验目的测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。快速固结法：规定试样在各级压力下的固结时间为1小时，仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数。方法①三联固结仪；②刮土刀、天平、秒表等仪器设备三联固结仪基本原理Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变eHeH11100土粒高度在受压前后不变)1(000eHsee整理1)1(000wswGe＝其中p根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线操作步骤（1）按要求取原状样或制备扰动土样。（2）取环刀样，测试验前的密度与含水量。（3）在固结仪底的透水石上放一滤纸，将环刀和土样放入压缩仪，套上导环，在土样顶面放上滤纸，再加上透水石，继而放上传压板与钢球，最后将固结仪放在容器板上。（4）安装测微表并调零（5）加荷。按50、100、200、400（kpa)四级荷重加荷，每级荷载历时10分钟，即每级荷重加上10分钟时，记测微表读数一次，然后加下一级荷载，依些类推，直到第四级荷载施加完毕为止。1．首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固定在量表架上。2．加荷时，应按顺序加砝码；试验中不要震动实验台，以免指针产生移动。注意事项成果整理（1）按下式计算土的初始孔隙比1)1(000wswGe2.计算试样的颗粒（骨架）净高hs00se1hh＝式中：h0—试样初始高度（mm）si0ihhee－＝i1i1ii21ppeea－＝21isae1＝E3.计算某级压力下变形稳定后的孔隙比ei（MPa-1）式中Pi—某一级荷重值，MPa。—某级压力下试样高度的累计变形量，mm；式中：iH4.计算某级压力下的压缩系数a1-2和压缩模量Es（MPa）5.作孔隙比e和压力p的关系曲线以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，绘制孔隙比与压力的关系曲线。5土的直剪试验目的直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力τ。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角φ和粘聚力c。快剪：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。固结快剪：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。慢剪：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。方法固结快剪试验仪器设备（1）应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等；（2）位移计（百分表）：量程5~10mm,分度值0.01mm；（3）天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。1.切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，并测定试样的密度及含水率。2.安装试样：对准上下盒，插入固定销钉。在下盒内放入一透水石，上覆隔水蜡纸一张。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。3.施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上，可取四个垂直压力分别为100、200、400kPa。操作步骤4．进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟4～6转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟6转）。使试样在3～5分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加，则剪切变形应达6mm为止。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。（注：手轮每转一圈推进下盒0.2毫米）。5．拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取出试样。1．先安装试样，再装量表。安装试样时要用透水石把土样从环刀推进剪切盒里，试验前量表中的大指针调至零。2．加荷时，不要摇晃砝码；剪切时要拔出销钉。注意事项成果整理1．按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：CRf式中：τf—土的抗剪强度，kPa；C—测力计率定系数，kPa/0.01mm；R—测力计量表最大读数，或位移4毫米时的读数(0.01毫米)，0.01mm。2．绘制τf～σ曲线6土的三轴剪切试验三轴剪切试验是在三向应力状态下，测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方法。通常用3～4个圆柱体试样，分别在不同的恒定围压下，施加轴向压力，进行剪切，直至破坏；然后根据极限应力圆包络线，求得抗剪强度参数。目的根据排水条件不同，三轴剪切试验分为不固结不排水试验（UU）、固结不排水剪切(CU)和固结排水试验（CD）。本试验只作部固结不排水剪切试验。方法1.应变控制式三轴剪切仪，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。2.附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。3.天平：秤量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g。4.橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气孔。仪器设备3.剪切试样操作步骤1.试样制备2.试样的安装（1）本试验需要3～4个试样，分别在不同周围压力下进行试验。（2）试样尺寸：最小直径为φ35mm，最大直径为φ101mm，试样高度宜为试样直径的2～2.5倍。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于60mm。（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜3～5层，粘质土宜为5～8层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。（5）对制备好的试样，应量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式计算：（式中D1，D2，D3分别为试样上、中、下部位的直径）取余土，测定含水率。423210DDDD1.试样制备（1）在压力室底座上依次放上不透水板、试样及试样帽，将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。（2）装上压力室罩，向压力室内注满纯水，关排气阀，压力室内不应有残留气泡。并将活塞对准千分表和试样顶部。（3）关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力值应与工程实际荷重相适应，最大一级周围压力与最大实际荷重大致相等。（4）转动手轮使试样帽与活塞及千分表接触，装上变形指示计，将千分表和变形指示计读数调至零位。2.试样的安装（1）开动电机，接上离合器，剪切应变速率宜为每分钟应变0.5～1.0％进行。（2）剪切开始阶段，试样每产生0.3～0.4％的轴向应变，测记一次千分表读数和轴向应变值。当轴向应变大于3％以后，每隔0.7～0.8％的应变值测记一次读数。（3）当千分表读数出现峰值时，剪切应继续进行，超过5％的轴向应变为止。若当千分表读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为15～20％。（4）试验结束，关电动机，关周围压力阀，开排气阀，排除压力室内的水，拆除压力室外罩，取出试样，描述破坏特征，称试样质量，并测定含水率。（5）对其余几个试样，在不同围压下重复上述步骤进行剪切试验。3.剪切试样