《地基基础工程施工》
实验指导书
江苏城市职业学院 建筑工程系
2011年3月
实验一 土的密度实验
学时：2学时 一、目的要求：
测定土在天然状态下单位体积的质量。
二、试验方法适用范围 一般粘性土，宜采用环刀法
易破碎，难以切削的土，可采用蜡封法
对于砂土与砂砾土，可用现场的灌砂法或灌水法。
三、仪器设备
符合规定要求的环刀，精度为0.01g 的天平，其他：切土刀，凡士林等。
四、操作步骤
（1）测出环刀的容积V ，在天平上称环刀质量m 1。 （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m 2
五、数据记录与计算
1、数据记录
密度试验记录表（环刀法）
2、计算土的密度：按下式计算 ρ=
m m 2_m 1
=
V V
要求：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
试验结果的平均值。
实验二 土的含水率实验
学时：2学时 一、目的要求：
土的含水率是土在105—1100C 下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。土在天然状态下的含水率为土的天然含水率。 试验的目的：测定土的含水率。
二、试验方法适用范围
（1）、烘干法：室内试验的标准方法，一般粘性土都可以采用。 （2）、酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土的含水率。 （3）、比重法：适用于砂类土。
三、仪器设备
烘箱：采用电热烘箱；天平：称量200g, 分度值0.01g ；其他：干燥器，称量盒。
四、试验操作步骤
（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m 0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m 1，精确至0.01g.
（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C 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——700C 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m 2为，精确至0.01g 。
五、计算
1、本试验记录格式
2、计算含水量
w =
m w m 1-m 2
=*100% m s m 2-m 0
要求：（1）干土质量计算至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。
实验三 土的液塑限联合测定仪法试验
学时：2学时 一、目的要求：
细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用作计算土的塑性指标和液性指数，以划分土的工程类别和确定土的状态。
二、试验原理：
（一）、含水量试验原理：
土样含水量是指土样在105℃至110℃温度下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干质量的比值，用百分数表示为：ω=(m -m s )m s ⨯100%。式中，ω——代表土样含水量（%）；m 湿土质量（g ）；m s 烘干土质量（g ）。
土样在在105℃至110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后，即可认为是干土质量m s ，挥发掉的水分质量为水重m s =m-ms 。
（二）、液塑限试验原理：
粘性土随着含水量变化，其物理状态和力学性质发生明显的变化。重塑土处于液态时在自重作用下不能保持其形状，发生类似于液体的流动；土体处于可塑状态，在重力作用下能保持形状，在外力作用下将发生塑性变形而不断裂，外力消失后能保持外力消失前一时刻的形状而不变，有一定的抗剪强度。通过给予试样一个小的外力，在一定时间内变形达到规定值时的含水量。塑限试验利用土体处于可塑时，在外力下产生任意变形而不发生断裂；土体处于半固态时，当变形达到一定值（或受力较大）时发生断裂底特点。试验时给予一定外力，使试样变形达到规定刚好出现裂缝时所对应底含水量作为塑限含水量。
三、试验方法：
液限测定可以采用液塑限联合测定仪法
四、仪器设备：
液塑限联合测定仪、调土刀、0.5mm 孔径分析筛、凡士林、纯水、恒温烘箱、天平、铝盒、干燥器、铅丝篮等。
图1-1 液限、塑限联合测定仪
五、试验步骤：
（一）、液塑限联合测定法试验步骤：
l 本试验宜采用天然含水率试样，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 当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g ；采用风干试样时，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，较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，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，测定含水率。
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率。液塑限联合测定应不少于三点。（注：圆锥入土深度宜为3~4mm，7~9mm，15~17mm。）
7 以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，如图1.2所示。三点应在一直线上如图中A 线。当三点不在一直线上时，通过高含水率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个含水率，当两个含水率的差值小于2％时，应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线如图中B 线，当两个含水率的差值大于、等于2％时，应重做试验。
8 在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查1.
图1.2 圆锥下沉沉深度与含水率关系曲线 得下沉深度为17mm 所对应的含水率为液限，查得下沉深度为10mm 所对应的含水率为10mm 液限，查得下沉深度为2mm 所对应的含水率为塑限，取值以百分数表示，准确至0. 1％。
9 塑性指数应按下式计算：I P =w L -w p 。式中，I P ——塑性指数；w L ——液限(％) ；
w P ——塑限(％) 。液性指数应按下式计算：I L =
w 0-w P
。式中，I P ——液性指数，计算I P
至0. 01。
（四）、含水量试验步骤：
1 取代表性试样15～30g ，放入铝盒内，迅速盖好铝盒盖，称量m 1，减去铝盒质量
m 0，准确至0.01g 。
2 揭开盒盖，将试样和盒一起放入恒温箱烘烤至恒重，温度设定为105～110℃。粘土约需10小时左右。
3 将烘干后的试样和铝盒取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称铝盒加土质量m 2。干土质量m s =m2-m 0，减去铝盒质量m 0，准确至0.01g 。
4 按下式计算该土样的含水量：ω=
m -m s m 1-m 2
=⨯100%。 m s m 2-m 0
5 按前面的步骤进行两次平行试验，当两次测定的含水量差值在含水量低于40%时不大于1％，在含水量高于40%时，不大于2%时，取两次平行试验的平均值作为含水量。
六、数据记录与计算
液塑限联合试验记录表
实验四 土的压缩试验
学时：2学时 一、目的要求：
掌握土的压缩试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握压缩试验成果的整理方法，计算压缩系数、压缩模量，并绘制土的压缩曲线。
二、试验原理：
由土力学知识知道，土体在外力作用下的体积减少是由孔隙体积减少引起的，可以用孔隙比的变化来表示。在侧向不变形的条件下，试样在荷载增量∆p 作用下，孔隙比的变化∆e 可用无侧向变形条件下的压缩量公式表示为：s =
e 1-e 2
H 。式中： s —土样在∆p 作用下
1+e 1
压缩量（cm ）；H —土样在p 1作用下压缩稳定后的厚度（cm ）；e 1, e 2—土样厚为H 时的孔隙比和在∆p 作用压缩稳定后（压缩沉降量为s ）的孔隙比。孔隙比e 2对应的压力为p 2=p 1+∆p ，由公式（3.1）得到e 2的表达式为：e 2=e 1-
s
(1+e 1) 。 H
由上述公式可知，只要知道土样在初始条件下：p 0=0时的高度H 0和孔隙比e 0，就可以计算出每级荷载p i 作用下的孔隙比e i 。由（p i , e i ）可以绘出e -p 曲线。
三、试验方法：
适用于饱和的粘质土（当只进行压缩试验时，允许用于非饱和土）。
试验方法：标准固结试验；快速固结试验：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。
四、仪器设备：
1. 固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽以及加压上盖组成（图3. 1）。1) 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，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯；2) 透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系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。
图3.1 固结仪示意图
1－水槽；2－护环；3－环刀；4－导环；5－透水板； 6－加压上盖；7－位移计导杆；8－位移计架；9－试样
五、试验步骤：
1、根据工程需要，切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。
2、按试验一、二的方法，测定试样的密度及含水量。对于试样需要饱和时，按规范规定的方法将试样进行抽气饱和。
3、在固结容器内放置护环、透水板和薄滤纸，将带有环刀的试样，小心装入护环内，然后在试样上放薄滤纸、透水板和加压盖板，置于加压框架下，对准加压框架的正中，安装量表。
4、施加1kPa 的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整量表，使指针读数为零。
5、确定需要施加的各级压力。加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200kPa 。最后一级压力应大于上覆土层的计算压力100~200kPa。
6、如系饱和试样，则在施加第1级压力后，立即向水槽中注水至满。如系非饱和试样，须用湿棉围住加压盖板四周，避免水分蒸发。
7、测记稳定读数。当不需要测定沉降速率时，稳定标准规定为每级压力下固结24小时。测记稳定读数后，再施加第2级压力。依次逐级加压至试验结束。
8、试验结束后，迅速拆除仪器部件，取出带环刀的试样。（如系饱和试样，则用干滤纸吸去试样两端表面上的水，取出试样，测定试验后的含水量）。
注：采用快速法与标准方法的区别是在各级压力下的压缩时间为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。稳定标准为量表读数每小时变化不大于0.005mm. 。
六、计算与制图
（1）按下式计算试样的初始孔隙比e 0
e 0=
ρw G s (1+0. 01w 0)
-1
ρ0
式中：ρ0—试样初始密度， g/cm3；
w 0—试样的初始含水量， %。
（2）按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比e i e i =e 0-(1+e 0)
∆h i
h 0
式中：Δh i —某级压力下试样高度变化，即总变形量减去仪器变形量，cm ； h 0——试样初始高度，cm 。
（3）各级压力下试样校正后的总变形量按下式计算：
∑∆h i =(h i ) t
(h n ) T
=K (h i ) t (h n ) t
e i -e i +1
p i +1-p i
（4）按下式计算某一级压力范围内的压缩系数a v a v = （6）绘制e ～p 的关系曲线
以孔隙比e 为纵坐标，压力p 为横坐标，将试验成果点在图上，连成一条光滑曲线。 （7）要求：用压缩系数判断土的压缩性。 4、本试验记录格式
快速法固结试验记录表
实验五 土的直接剪切试验
学时：2学时
一、目的要求：
掌握土的直接剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握直接剪切试验成果的整理方法，根据土的剪切曲线计算土的内聚力和摩擦角。
二、试验原理：
直剪试验中采用圆柱状试样，在竖直方向加法向力P ，在预定剪切面上、下加一对剪力T 使试样剪切。试验时, 剪力T 自零开始增加, 剪切位移δ也自零增加。剪破时，剪力T 达到最大值T max ，对应剪破面上剪应力达到抗剪强度，即：σ=P A ，τf =T max A 。式中， 三剪破面上的法向应力；P 、T 代表法向力和剪力；τf 剪破面上抗剪强度；T max 试样受最大剪力；A 剪破面面积。
当采用4个试样, 用不同的法向应力σi 作用于竖直方向, 剪切时得到不同抗剪强度τfi 。将4组(σi , τfi ), 在图4.1的坐标系中, 用最小二乘法作强度线, 强度线在纵坐标上的截距为凝聚力c ，与水平线的夹角为内摩擦角ϕ。
图4.1 直剪试验强度曲线
三、试验方法：
直剪试验按法向力P 和剪力T 施加速度或作用时间长短分成下述三种： 1. 快剪(q)：法向力P 刚加好, 就快速加剪力T 剪破试样。
2. 固结快剪(Cq)：法向力P 作用于试样上后, 让试样固结排水, 产生竖向压缩变形，待固结稳定后，再快速施加水平剪力使试样剪破。要求试样在剪切过程中来不及排水。
3. 慢剪(S)：试样在法向力
P 作用下固结完成后, 慢速施加水平剪力T ，使试样剪切至
破坏。要求试样在剪切过程中不产生孔隙水压力。
图4.2 应变控制式直剪仪构造
四、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、位移量测系统组成。
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。
五、试验步骤： （一） 慢剪试验步骤
1 对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水板和滤纸，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水板，将试样小，心地推入剪切盒内。（注：滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。）
2 移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次放上传压板，加压框架，安装垂直位移和水平位移量测装置，并调至零位或测记初读数。
3 根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试样垂直压力应分级施加，以防土样挤出。施加压力后，向盒内注水，当试样为非饱和试样时，应在加压板周围包以湿棉纱。
图4.3 剪应力与剪切位移关系曲线 图4.4 抗剪强度与垂直压力关系曲线
4 施力睡直压力后，每1h 测读垂直变形一次。直至试样固结变形稳定。变形稳定标准为每小时不大于0. 005mm。
5 拔去固定销，以小于0. 02mm ／min 的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0. 2～0. 4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm 时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm 时停机。
6 剪应力应按下式计算：τ=C ∙R A 0。式中，试样所受的剪应力(kPa)；R 测力计量表读数(0. 01mm)。
7 以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线(图4. 3) ，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm 所对应的剪应力为抗剪强度。
8 以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线(图4. 4) ，直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。
（二）固结快剪试验步骤
1 试样制备、安装和固结，应按慢剪试验步骤进行。
2 固结快剪试验的剪切速度为0. 8mm／min ，使试样在3～5min 内剪损，其剪切步骤应按慢剪步骤进行。
3 固结快剪试验的计算应按慢剪中的规定进行。 4 固结快剪试验的绘图应按慢剪中的规定进行。 （三）快剪试验步骤 1 试样制备、安装应按慢剪的步骤进行；安装时应以硬塑料薄膜代替滤纸，不需安装垂直位移量测装置。
2 施加垂直压力，拔去固定销，立即以0. 8mm／min 的剪切速度按慢剪的步骤进行剪切至试验结束。使试样在3—5min 内剪损。
3 固结快剪试验的计算应按慢剪中的规定进行。 4 固结快剪试验的绘图应按慢剪中的规定进行。 六、试验记录和试验成果：
1、记录
土的直接剪切试验
仪 器 号 _______________________ 应力环系数 ____________________
土 号 _______________________ 手轮转速 ______________________
2、计算
1) 计算各级压力土的抗剪强度
2) 抗剪强度与垂直压力关系曲线，以及抗剪强度指标
《地基基础工程施工》
实验指导书
江苏城市职业学院 建筑工程系
2011年3月
实验一 土的密度实验
学时：2学时 一、目的要求：
测定土在天然状态下单位体积的质量。
二、试验方法适用范围 一般粘性土，宜采用环刀法
易破碎，难以切削的土，可采用蜡封法
对于砂土与砂砾土，可用现场的灌砂法或灌水法。
三、仪器设备
符合规定要求的环刀，精度为0.01g 的天平，其他：切土刀，凡士林等。
四、操作步骤
（1）测出环刀的容积V ，在天平上称环刀质量m 1。 （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m 2
五、数据记录与计算
1、数据记录
密度试验记录表（环刀法）
2、计算土的密度：按下式计算 ρ=
m m 2_m 1
=
V V
要求：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
试验结果的平均值。
实验二 土的含水率实验
学时：2学时 一、目的要求：
土的含水率是土在105—1100C 下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。土在天然状态下的含水率为土的天然含水率。 试验的目的：测定土的含水率。
二、试验方法适用范围
（1）、烘干法：室内试验的标准方法，一般粘性土都可以采用。 （2）、酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土的含水率。 （3）、比重法：适用于砂类土。
三、仪器设备
烘箱：采用电热烘箱；天平：称量200g, 分度值0.01g ；其他：干燥器，称量盒。
四、试验操作步骤
（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m 0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m 1，精确至0.01g.
（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C 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——700C 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m 2为，精确至0.01g 。
五、计算
1、本试验记录格式
2、计算含水量
w =
m w m 1-m 2
=*100% m s m 2-m 0
要求：（1）干土质量计算至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。
实验三 土的液塑限联合测定仪法试验
学时：2学时 一、目的要求：
细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用作计算土的塑性指标和液性指数，以划分土的工程类别和确定土的状态。
二、试验原理：
（一）、含水量试验原理：
土样含水量是指土样在105℃至110℃温度下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干质量的比值，用百分数表示为：ω=(m -m s )m s ⨯100%。式中，ω——代表土样含水量（%）；m 湿土质量（g ）；m s 烘干土质量（g ）。
土样在在105℃至110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后，即可认为是干土质量m s ，挥发掉的水分质量为水重m s =m-ms 。
（二）、液塑限试验原理：
粘性土随着含水量变化，其物理状态和力学性质发生明显的变化。重塑土处于液态时在自重作用下不能保持其形状，发生类似于液体的流动；土体处于可塑状态，在重力作用下能保持形状，在外力作用下将发生塑性变形而不断裂，外力消失后能保持外力消失前一时刻的形状而不变，有一定的抗剪强度。通过给予试样一个小的外力，在一定时间内变形达到规定值时的含水量。塑限试验利用土体处于可塑时，在外力下产生任意变形而不发生断裂；土体处于半固态时，当变形达到一定值（或受力较大）时发生断裂底特点。试验时给予一定外力，使试样变形达到规定刚好出现裂缝时所对应底含水量作为塑限含水量。
三、试验方法：
液限测定可以采用液塑限联合测定仪法
四、仪器设备：
液塑限联合测定仪、调土刀、0.5mm 孔径分析筛、凡士林、纯水、恒温烘箱、天平、铝盒、干燥器、铅丝篮等。
图1-1 液限、塑限联合测定仪
五、试验步骤：
（一）、液塑限联合测定法试验步骤：
l 本试验宜采用天然含水率试样，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 当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g ；采用风干试样时，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，较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，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，测定含水率。
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率。液塑限联合测定应不少于三点。（注：圆锥入土深度宜为3~4mm，7~9mm，15~17mm。）
7 以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，如图1.2所示。三点应在一直线上如图中A 线。当三点不在一直线上时，通过高含水率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个含水率，当两个含水率的差值小于2％时，应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线如图中B 线，当两个含水率的差值大于、等于2％时，应重做试验。
8 在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查1.
图1.2 圆锥下沉沉深度与含水率关系曲线 得下沉深度为17mm 所对应的含水率为液限，查得下沉深度为10mm 所对应的含水率为10mm 液限，查得下沉深度为2mm 所对应的含水率为塑限，取值以百分数表示，准确至0. 1％。
9 塑性指数应按下式计算：I P =w L -w p 。式中，I P ——塑性指数；w L ——液限(％) ；
w P ——塑限(％) 。液性指数应按下式计算：I L =
w 0-w P
。式中，I P ——液性指数，计算I P
至0. 01。
（四）、含水量试验步骤：
1 取代表性试样15～30g ，放入铝盒内，迅速盖好铝盒盖，称量m 1，减去铝盒质量
m 0，准确至0.01g 。
2 揭开盒盖，将试样和盒一起放入恒温箱烘烤至恒重，温度设定为105～110℃。粘土约需10小时左右。
3 将烘干后的试样和铝盒取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称铝盒加土质量m 2。干土质量m s =m2-m 0，减去铝盒质量m 0，准确至0.01g 。
4 按下式计算该土样的含水量：ω=
m -m s m 1-m 2
=⨯100%。 m s m 2-m 0
5 按前面的步骤进行两次平行试验，当两次测定的含水量差值在含水量低于40%时不大于1％，在含水量高于40%时，不大于2%时，取两次平行试验的平均值作为含水量。
六、数据记录与计算
液塑限联合试验记录表
实验四 土的压缩试验
学时：2学时 一、目的要求：
掌握土的压缩试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握压缩试验成果的整理方法，计算压缩系数、压缩模量，并绘制土的压缩曲线。
二、试验原理：
由土力学知识知道，土体在外力作用下的体积减少是由孔隙体积减少引起的，可以用孔隙比的变化来表示。在侧向不变形的条件下，试样在荷载增量∆p 作用下，孔隙比的变化∆e 可用无侧向变形条件下的压缩量公式表示为：s =
e 1-e 2
H 。式中： s —土样在∆p 作用下
1+e 1
压缩量（cm ）；H —土样在p 1作用下压缩稳定后的厚度（cm ）；e 1, e 2—土样厚为H 时的孔隙比和在∆p 作用压缩稳定后（压缩沉降量为s ）的孔隙比。孔隙比e 2对应的压力为p 2=p 1+∆p ，由公式（3.1）得到e 2的表达式为：e 2=e 1-
s
(1+e 1) 。 H
由上述公式可知，只要知道土样在初始条件下：p 0=0时的高度H 0和孔隙比e 0，就可以计算出每级荷载p i 作用下的孔隙比e i 。由（p i , e i ）可以绘出e -p 曲线。
三、试验方法：
适用于饱和的粘质土（当只进行压缩试验时，允许用于非饱和土）。
试验方法：标准固结试验；快速固结试验：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。
四、仪器设备：
1. 固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽以及加压上盖组成（图3. 1）。1) 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，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯；2) 透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系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。
图3.1 固结仪示意图
1－水槽；2－护环；3－环刀；4－导环；5－透水板； 6－加压上盖；7－位移计导杆；8－位移计架；9－试样
五、试验步骤：
1、根据工程需要，切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。
2、按试验一、二的方法，测定试样的密度及含水量。对于试样需要饱和时，按规范规定的方法将试样进行抽气饱和。
3、在固结容器内放置护环、透水板和薄滤纸，将带有环刀的试样，小心装入护环内，然后在试样上放薄滤纸、透水板和加压盖板，置于加压框架下，对准加压框架的正中，安装量表。
4、施加1kPa 的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整量表，使指针读数为零。
5、确定需要施加的各级压力。加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200kPa 。最后一级压力应大于上覆土层的计算压力100~200kPa。
6、如系饱和试样，则在施加第1级压力后，立即向水槽中注水至满。如系非饱和试样，须用湿棉围住加压盖板四周，避免水分蒸发。
7、测记稳定读数。当不需要测定沉降速率时，稳定标准规定为每级压力下固结24小时。测记稳定读数后，再施加第2级压力。依次逐级加压至试验结束。
8、试验结束后，迅速拆除仪器部件，取出带环刀的试样。（如系饱和试样，则用干滤纸吸去试样两端表面上的水，取出试样，测定试验后的含水量）。
注：采用快速法与标准方法的区别是在各级压力下的压缩时间为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。稳定标准为量表读数每小时变化不大于0.005mm. 。
六、计算与制图
（1）按下式计算试样的初始孔隙比e 0
e 0=
ρw G s (1+0. 01w 0)
-1
ρ0
式中：ρ0—试样初始密度， g/cm3；
w 0—试样的初始含水量， %。
（2）按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比e i e i =e 0-(1+e 0)
∆h i
h 0
式中：Δh i —某级压力下试样高度变化，即总变形量减去仪器变形量，cm ； h 0——试样初始高度，cm 。
（3）各级压力下试样校正后的总变形量按下式计算：
∑∆h i =(h i ) t
(h n ) T
=K (h i ) t (h n ) t
e i -e i +1
p i +1-p i
（4）按下式计算某一级压力范围内的压缩系数a v a v = （6）绘制e ～p 的关系曲线
以孔隙比e 为纵坐标，压力p 为横坐标，将试验成果点在图上，连成一条光滑曲线。 （7）要求：用压缩系数判断土的压缩性。 4、本试验记录格式
快速法固结试验记录表
实验五 土的直接剪切试验
学时：2学时
一、目的要求：
掌握土的直接剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握直接剪切试验成果的整理方法，根据土的剪切曲线计算土的内聚力和摩擦角。
二、试验原理：
直剪试验中采用圆柱状试样，在竖直方向加法向力P ，在预定剪切面上、下加一对剪力T 使试样剪切。试验时, 剪力T 自零开始增加, 剪切位移δ也自零增加。剪破时，剪力T 达到最大值T max ，对应剪破面上剪应力达到抗剪强度，即：σ=P A ，τf =T max A 。式中， 三剪破面上的法向应力；P 、T 代表法向力和剪力；τf 剪破面上抗剪强度；T max 试样受最大剪力；A 剪破面面积。
当采用4个试样, 用不同的法向应力σi 作用于竖直方向, 剪切时得到不同抗剪强度τfi 。将4组(σi , τfi ), 在图4.1的坐标系中, 用最小二乘法作强度线, 强度线在纵坐标上的截距为凝聚力c ，与水平线的夹角为内摩擦角ϕ。
图4.1 直剪试验强度曲线
三、试验方法：
直剪试验按法向力P 和剪力T 施加速度或作用时间长短分成下述三种： 1. 快剪(q)：法向力P 刚加好, 就快速加剪力T 剪破试样。
2. 固结快剪(Cq)：法向力P 作用于试样上后, 让试样固结排水, 产生竖向压缩变形，待固结稳定后，再快速施加水平剪力使试样剪破。要求试样在剪切过程中来不及排水。
3. 慢剪(S)：试样在法向力
P 作用下固结完成后, 慢速施加水平剪力T ，使试样剪切至
破坏。要求试样在剪切过程中不产生孔隙水压力。
图4.2 应变控制式直剪仪构造
四、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、位移量测系统组成。
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。
五、试验步骤： （一） 慢剪试验步骤
1 对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水板和滤纸，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水板，将试样小，心地推入剪切盒内。（注：滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。）
2 移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次放上传压板，加压框架，安装垂直位移和水平位移量测装置，并调至零位或测记初读数。
3 根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试样垂直压力应分级施加，以防土样挤出。施加压力后，向盒内注水，当试样为非饱和试样时，应在加压板周围包以湿棉纱。
图4.3 剪应力与剪切位移关系曲线 图4.4 抗剪强度与垂直压力关系曲线
4 施力睡直压力后，每1h 测读垂直变形一次。直至试样固结变形稳定。变形稳定标准为每小时不大于0. 005mm。
5 拔去固定销，以小于0. 02mm ／min 的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0. 2～0. 4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm 时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm 时停机。
6 剪应力应按下式计算：τ=C ∙R A 0。式中，试样所受的剪应力(kPa)；R 测力计量表读数(0. 01mm)。
7 以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线(图4. 3) ，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm 所对应的剪应力为抗剪强度。
8 以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线(图4. 4) ，直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。
（二）固结快剪试验步骤
1 试样制备、安装和固结，应按慢剪试验步骤进行。
2 固结快剪试验的剪切速度为0. 8mm／min ，使试样在3～5min 内剪损，其剪切步骤应按慢剪步骤进行。
3 固结快剪试验的计算应按慢剪中的规定进行。 4 固结快剪试验的绘图应按慢剪中的规定进行。 （三）快剪试验步骤 1 试样制备、安装应按慢剪的步骤进行；安装时应以硬塑料薄膜代替滤纸，不需安装垂直位移量测装置。
2 施加垂直压力，拔去固定销，立即以0. 8mm／min 的剪切速度按慢剪的步骤进行剪切至试验结束。使试样在3—5min 内剪损。
3 固结快剪试验的计算应按慢剪中的规定进行。 4 固结快剪试验的绘图应按慢剪中的规定进行。 六、试验记录和试验成果：
1、记录
土的直接剪切试验
仪 器 号 _______________________ 应力环系数 ____________________
土 号 _______________________ 手轮转速 ______________________
2、计算
1) 计算各级压力土的抗剪强度
2) 抗剪强度与垂直压力关系曲线，以及抗剪强度指标