土工实验指导书2Word格式.docx
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对含有机质超过5%的土,应将温度控制在65~700C的恒温下烘干。
(3).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,称干土质量,精确至0.01g。
5.成果整理
(1).试样的含水量,应按下式计算,精确至0.1%
式中W0―土的含水量%;
m0―试样湿质量(g);
md――试样干质量(g)。
(2).含水量试验应进行两次平行测定,两次测定的差值,当含水量小于40%时不得大于1%;
大于40%时不得大于2%。
取两次测值的平均值。
(3).记录格式见表1-1
6.注意事项
(1).试验规定烘干湿度为105~1100C,这是因为:
①取决于土的水理性质;
②目前国外一些重要土工试验标准,烘干湿度在100~1150C之间,而多数以105~1150C为标准,故本试验采用105~1100C。
(2).试样烘至恒量所需的时间与土的类别及取土数量有关。
本试验规定土量为15~30g对砂性土宜烘6~8h,粘性土宜烘8~10h。
砂性土、砾质土因持水性差,颗粒大小相差悬殊,水分变化大,所以试验应多取一些,本试验规定取50g。
对有机质含量超过5%的土,因土质不均匀,采用烘干法时,除注明有机质含量外,亦应取50g。
(3).含有机质土在100~1050C湿度下经长时间烘干后,有机质特别是腐植酸会在烘干过程中逐渐分解而不断损失,使测得的含水量比实际的含水量大,土中有机质含量越高误差就越大。
故本试验对有机质含量超过5%的土,规定在65~700C的恒温下进行烘干。
(4).进行含水量试验时,常因试样代表性不足,而使测定结果失支实际意义,因此选取土样时需细心拌和均匀。
此外,含水量试样应根据试验目的和要求选取。
若为了了解全土层综合而概略的天然含水量,可沿土剖面竖向切取土样,如是配合压缩,抗剪强度,渗透试验,应在切取试样环刀的上下两面选取土样。
(5).烘干的试样应先冷却再称质量,一是避免因天平受热不均影响精度,二是防止热土吸收空气中的水分。
为此,试样应放在装有干燥剂(如氯化钙)的缸内冷却,缸口涂以凡士林,与外界空气隔绝,试样在干燥缸内冷却至室温,即可称质量。
7.思考题
(1)为什么粘性土烘的时间要长?
(2)当土中有机质含量高时,为什么测得的含水量比实际的含水量要大?
如何减少误差?
实验二密度试验(环刀法)
土的单位体积质量为土的密度。
在天然含水量情况下的密度称为天然密度。
测定密度的目的为了了解土体内部结构的密实情况。
工程中需要以容重值表示时,将实测密度值乘以换算系数即可。
测定土的密度的方法有很多,主要有环刀法,蜡封法,灌水法,灌砂法等,它们适用于不同的土质情况,下面分别作一介绍。
本试验方法适用于粘性土,是最常用的实验室方法。
①.环刀:
内径为61.8±
0.15mm和79.8±
0.15mm高度为20±
0.016mm。
②.天平:
称量500g;
感量0.1g;
③.其他:
修土刀,钢丝锯,凡士林等。
4.操作步骤
①按工程需要取原状土或制配所需状态的拢动土,整平两端,将环刀内壁涂一薄层凡士林,刀口向下放在上。
②用修土刀(或钢丝锯)将上部削成略大于环刀直径的土柱,然后将环刀垂直下压,边压边削至土样伸出环刀上部为止。
削去两端余土,使与环刀口面齐平,并用剩余土样测定含水量。
③擦净环刀外壁,称环刀与土盒质量m1,准确至0.1g。
④本试验须进行二次平行测定,其0.03g/cm3。
求其算术平均值。
5.成果整理
1.按下列公式计算密度
式中:
-湿密度,g/cm
;
-环刀与土样之质量,g;
-环刀的质量,g;
V-土的体积,cm
。
计算准至0.01g/cm
2.记录格式见表1—2
一.基本原理
土粒密度是指土的固体部分的单位体积的质量。
土的固体部分质量可用精密天秤测得。
相应之土粒的体积一般应用排除与土粒同体积之液体的体积方法测得。
通常用比重瓶法测定土粒的体积,此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。
粒径大于5mm的土则用虹吸筒法,该方法的原理是将颗粒放入盛有一定水位的虹吸筒中,排开的水量即为试样的体积。
对于砂土可用大型的李氏比重瓶法,其原理与虹吸筒法相似。
在用比重法测定土粒体积时,必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积。
土中含有气体,试验时必须把它排尽,否则影响测试精度,可用煮沸法或抽气法排除土内气体。
所用的液体一般为蒸馏水。
若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时,则可用中性液体,如煤油、汽油、甲苯和二甲苯,此时必须用抽气法排气。
二.仪器设备
1.比重瓶容量100cm
或者50cm
有毛细式与长颈式两种;
2.分析天秤感量0.001g,称量200g;
3.砂浴(或可调电加热器);
4.真空抽气设备;
5.恒温水槽;
6.温度计测定范围0-50℃,精确至0.5℃;
7.其它烘箱、蒸馏水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为2mm筛等。
三.操作步骤
1.土样的制备
取有代表性的风干土样约100g,充分研散并全部过2mm的筛。
将过筛风干土及洗净的比重瓶在100-105℃下烘干,取出后置于干燥器内冷却至室温称量后备用。
2.测定干土的质量
称烘干土15g通过漏斗倾入已知质量的烘干比重瓶中,然后在分析天平上称得瓶加土的质量,减去瓶的质量即得土粒质量
3.煮沸(或抽气)排气
(1)煮沸排气注蒸馏水于盛有土样的比重瓶中至半满,轻摇比重瓶使土粒分散,将瓶置于沙浴上煮沸,由开始沸腾时算起,若为砂土及亚砂土煮沸时间应不少于30分钟,粘土及亚粘土应不少于1小时,以排除气体。
(2)抽气排气将盛有土样及半满蒸馏水之比重瓶放在真空抽气缸内,接上真空泵,真空度应接近一个大气压,直至摇动时无气泡逸出为止,抽气时间一般为1-2小时。
4.测定瓶加水加土之质量
(1)若用煮沸排气法时,煮沸完毕后,取出比重瓶冷却至室温,注蒸馏水于比重瓶中(毛细式注至近满加盖,长颈式则注至近刻度处)。
然后将比重瓶置于恒温水槽内待温度稳定,瓶内上部悬液澄清后,取出比重瓶。
(2)若为毛细式比重瓶应注蒸馏水至瓶口,塞上瓶塞,使多余的水自毛细管中溢出。
瓶塞塞好后,瓶内不应留有空气,如有应再加水重新塞好。
将瓶外水分擦干后称量,得瓶、水、土之质量
称完后立即测定瓶内悬液之温度。
若为长径式比重瓶,应加蒸馏水于刻度处,擦干瓶外水分称量。
5.测定瓶加水之质量
倒掉瓶中悬液,洗净比重瓶,灌满蒸馏水加盖,恒温约15分钟,使瓶内蒸馏水温度与悬液的温度一致。
检查瓶内有无气泡,若有,需排除之。
然后擦干瓶外水分称量,得瓶加水的质量
6.按下式计算土粒的密度,准确至0.01g/cm3。
式中:
-土粒的质量,g;
-瓶加水加土的质量,g;
-瓶加水的质量,g;
-t℃时蒸馏水的密度,可由表Ⅰ-Ⅰ查得。
7.本实验须进行两次平行测定,取其算术平均值,其平行差值不得大于0.02g/cm
表Ⅰ-Ⅰ不同温度时水的密度
水温℃
30.5~33.0
4.0~12.5
12.5~19.0
19.0~23.5
23.5~27.5
27.5~30.5
水的密度g/cm3
0.995
1.000
0.999
0.998
0.997
0.996
四.注意事项
1.煮沸(或抽气)排气时,必须防止悬液溅出瓶外,火力要小,并防止煮干。
必须将土
中气体排尽,否则影响实验成果。
2.必须使瓶中悬液与蒸馏水的温度一致。
3.称量必须准确,测定m1及m2时,必须将比重瓶外水分擦干。
4.若用长颈式比重瓶,液体灌满比重瓶时,液面位置前后必次应一致,以弯液面下缘为准。
五.思考题
1.土中空气如不排除,所得土粒密度偏大不是偏小?
为什么?
2.在测定粘粒含量多的土粒密度时用蒸馏水测得的结果是偏大还是偏小?
在界限含水率中,意义最大的是从粘流状态过渡到粘塑状态的液限(
)和从塑态过渡到半固态的塑限(
),土的塑性指数是液限与塑限之差(
),它是表示土的塑性强弱的指标。
理论上,液限时土出现一定的流动阻力,即有最小可量度的抗剪强度。
国内外测定液限的方法使用两种不同仪器:
瓦氏锥式仪和卡氏碟式仪。
前者是前苏联A﹒M﹒瓦西里耶夫经多次试验认为锥面30°
重0.76N的圆锥体,沉入土体的深度10mm时的含水率就是液限。
后者是美国卡萨格兰德所研制的用专门的半圆形铜碟,将土平铺碟中,用划刀分成两半,以每秒2次的速率将碟由10mm高度落下。
当下落击数为25次时,原来被划刀分成两半的土在碟底的合拢长度恰好达到13mm时,其含水率就是液限。
通过计算,锥式仪液限土的抗剪强度为8.4
,碟式仪液限的抗剪强度为2.7
国内外学者多数认为碟式仪液限的抗剪强度值符合基本物理意义。
但手续较繁琐,强度带有扰动的性质,方法有改善的必要。
锥式仪液限的抗剪强度过大,用此所得含水率偏小,但强度属静力性质,测试简易,适当改进可以推广运用。
研究表明,用瓦氏圆锥仪,土体下沉17mm时的含水率大致相当于卡氏碟式仪液限,可以等效碟式仪液限。
因此,在使用液限时,应标明何种仪器测得,即目前我国所测得的液限有三种:
1锥式仪液限(下沉10mm);
2锥式仪液限(下沉17mm),等效碟式仪液限;
3碟式仪液限。
我国广泛使用10mm锥式液限仪,积累了大量资料,没有特别注明的液限均属于此种液限。
土的塑态与固态间的界限含水率称土的塑限。
塑限的测定方法主要根据土处于塑态时可塑成任意形状也不产生裂纹,处于固态时很难搓成任意形状,若勉强搓成时,土面要发生裂纹或断折等现象,这两种物理状态特征作为塑态和固态的界限。
即当土搓成一定粗细的土条表面开始出现裂纹时的含水率,即为塑限。
此外,我国还采用圆锥式液塑限联合测定仪,它是用瓦氏圆锥仪在专门的仪器上测定土在不同含水率时的圆锥入土深度,在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。
在直线上分别查得圆锥入土深度17mm、10mm和2mm时的相应含水率,认为就是碟式仪液限(等效)、锥式仪液限和塑限。
二.液限试验(圆锥法)
(一).仪器设备
1.铝盒、调土杯及调土刀;
2.锥式液限仪(图I-1);
3.天平感量0.01g;
4.筛孔径0.5mm;
5.磁钵和橡皮头研棒;
6.烘箱;
7.干燥器。
图1-1锥式液限仪
1.手柄;
2.锥体;
3.平衡锥;
4试杯;
5.底座;
6.试样
(二).操作步骤
1.制备土样
取天然含水率的土样50g捏碎过筛,若天然土样已风干,则取样80g研碎过0.5mm筛。
加蒸馏水调成糊状,盖上湿布或置保湿器内12小时以上,使水分均匀分布。
2.装土样于试杯中
将备好的土样再仔细拌匀一次,然后分层装入试杯中,用手掌轻拍试杯,使杯中空气逸出,土样填满后,用调土刀抹平土面,使之与杯缘齐平。
3.放锥
(1).在平衡锥尖部分涂上一薄层凡士林,以姆指和食指执锥柄,使锥尖与试样面接触并保持锥体垂直,松开手指,使锥体在其自重作用下沉入土中,注意放锥时要平稳,避免产生冲击力。
(2).放锥15秒钟后,观察锥体沉入土中的深度,以土样表面与锥接触处为准,若恰为10mm(锥上有标志),则认为这时的含水率就为液限。
若锥体入土深度大于或小于10mm时,表示试样含水率大于或小于液限。
此时应挖去沾有凡士林的土,取出全部试样放在调土杯中,使水分蒸发或加蒸馏水重新调匀,直至锥体下沉深度恰为10mm为止。
有些圆锥也刻有17mm的标志,若锥体下沉深度恰为17mm,此液限为17mm液限,等效碟式液限。
4.测液限含水率
将所测得的合格试样,挖去沾有凡士林的部分,取锥体附近试样少许(约15-20g)放入铝盒中测定其含水率,此含水率即为液限。
5.本实验须做两次平行测定,计算准确至0.1%,取算术平均值,两次平行差值不得大于2%。
(四).注意事项
1.若调制土样含水率过大,只许在空气中晾干或用吹风机吹干,也可用调土刀搅拌或用手搓捏,切不能加干上或放在电炉上烘烤。
2.放锥时要平稳,避免产生冲击力。
3.从试杯中取出土样时,必须将沾有凡士林的土弃掉,方能重新调制或者取样测含水率。
(五).思考题
1.平衡锥放入土中时,为何不能随意放下?
2.放锥后土面发生什么样的变化?
三.塑限试验(滚搓法)
1.铝盒、调土刀、调土杯、滴瓶;
2.磁钵及橡皮头研棒;
3.天平感量0.01g;
4.烘箱、干燥器、电热吹风器;
5.筛孔径0.5mm;
6.毛玻璃板约300×
200mm。
(三).操作步骤
1.制备土样
按液限试验制备试样,但加的水分要少,使土团不沾手。
2.搓条
取一小块试样在手中揉捏至不沾手,用手指捏成椭球形,置于毛玻璃板,上用手掌轻轻搓滚,手掌用力要均匀,土条长度不能超过手掌宽度,土条不能出现空心现象,当土条搓至直径为3mm时,产生裂纹并开始断裂,此时的含水率恰为塑限。
若土条搓至3mm仍未产生裂纹,表示该试样含水率高于塑限,应将土条重新揉捏,再搓滚之。
若土条直径大于3mm就断裂,表示其含水率低于塑限,应弃去,重新取土揉捏搓滚,直至达到标准为止。
每搓好一合格的土条后,应立即将它放在铝盒里,盖上盒盖,避免水分蒸发,直到土条达3-5g为止。
3.测塑限含水率
将放在铝盒中的土条称量,烘干后再称干土的质量,计算含水率。
4.本试验须做两次平行测定,取其算术平均值,计算准确至0.1%,两次平行差值,粘土、
亚粘土不得大于2%,亚砂土不大于1%。
5.用测得之液限与塑限值计算塑性指数,并按塑性指数分类定出土名。
6.应用测得之液限、塑限、天然含水率计算液性指数,并评价土所处的稠度状态。
1.搓滚土条时必须用力均匀,以手掌轻压,不得作无压滚动,应防止土条产生中空现象,所以搓滚前土团必须经过充分的揉捏。
2.土条在数处同时产生裂纹始达塑限,如仅有一条断裂可能由于用力不均而产生。
产
生的裂纹必须呈螺纹状。
四.液限、塑限联合测定试验
除使用专门的联合测定仪外,其他设备与测液限同,主要操作步骤如下:
1.制备土样按液限试验制备土样的要求,取代表性土样约300g,分放在三个调土皿中,加蒸馏水调制成三种不同含水率的土膏,并盖上湿布静置12小时以上。
三种不同含水率分别控制圆锥入土深度大致在17mm、10mm、3mm附近。
2.装土进杯将某一含水率的调土皿中的土膏用调土刀充分搅拌均匀,密实,填入试样杯中,填满后刮平表面,将杯放在联合测定仪的升降杯座上。
3.放锥入土在圆锥上抹一厚层凡士林,接通电源,使电磁铁吸住圆锥。
调整升降座,使圆锥尖接触试样面。
调节读数零点,关断电源,使圆锥失磁而自重下沉土中,约5秒后测读圆锥入深度。
4.测含水率取出试杯,取部分试样测定含水率。
重复以上步骤,再测定另两试样的圆锥入土深度及含水率。
5.绘制曲线以含水率为横坐标,圆锥入土深度为纵坐标,在双对数坐标纸上绘制关系曲线,三点应在一直线上。
当三点不在一直线上时,通过高含水率的点与其余两点连成直线,在入土深度为2mm处查得相应两个含水率,当两个含水率差值小于2%时,应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连成一直线,作为关系直线,否则应补作低含水率的点。
6.定液塑限在关系直线上查得入土深度17mm所对应的含水率为17mm液限(等效碟式仪液限),深度10mm所对应的含水率为10mm液限(即习惯的锥式仪液限),深度2mm所对应的含水率为塑限,取值至整数。
图1-2锥入土深度与含水率(h-w)关系图
思考题
1土的液限、塑限的物理意义是什么?
2搓条法测定土的液、塑限有那些不足?
3液、塑限联合测定土的液、塑限时有哪些优点?
实验五土的固结试验
一、基本原理
土的压缩性是指土在压应力作用下发生压缩变形,体积被压缩变小的性能。
饱水土在压应力作用下,由于孔隙水的不断排出而引起的压缩过程称为渗透固结,因此,饱水土的压缩试验亦称固结试验。
固结试验是将土样放在金属器内,在有侧限的条件下施加压力,观察土在不同压力下的压缩变形量,以测定土的压缩系数、压缩模量、压缩指数、固结系数、前期固结压力等有关压缩性指标,作为工程设计计算的依据。
一般压缩仪有杠杆式和磅秤式两种,杠杆式压缩仪是用砝码通过杠杆加压,压力仅为0.4-0.6MPa,基本上能满足一般工程要求,且数台仪器可装在一个试验台架上,占地面积小,便于管理,目前被广泛采用。
磅秤式压缩仪是通过带有加压框架的磅秤施加压力,仪器压力可达5MPa,适用于较大工程,可以用来测定压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标,本实验采用杠杆式压缩仪。
固结试验中每级压力的施加,是在前一级荷重下压缩至稳定后施加的,按稳定标准的不同,通常将固结试验分为两类:
1.稳定压缩每级压力下24小时为压缩稳定标准,测记试样高度变化后,即可施下级压力,是各类规范的常规标准;
对某些渗透系数大于10
cm/s的粘性土,允许以一小时内试样变形量不大于0.005mm作为相对稳定标准,结果能够满足工程要求。
2.快速压缩在各级压力下,压缩时间规定为一小时,仅在最后一级压力下,除测记一小时变形量外,还测读到稳定标准(24小时)时的变形量,然后在整理资料时,根据最后一级变形量,较正前几级压力下的变形量,当试验要求精度不高时,可采用快速压缩法。
图1-3杠杆式压缩仪装置示意图图1-4压缩容器示意图
1.测微表;
2.上部横梁;
3.压缩容器;
4.水平台;
5.上部1.测微表;
2.加压盖;
3.固定环;
4环刀;
固定螺丝;
6.下部固定螺丝;
7.平衡锤;
8.杠杆;
9.砝码盘5.透水石;
6透水底板;
7容器外壳
二、仪器设备
1.杠杆式固结仪,包括加压及测压装置,压缩容器和测微表;
2.测含水率和密度所需的设备;
3.其它:
滤纸、钟表等。
三、操作步骤
1.试样制备按工程要求取原状土或制备所需状态的扰动土样,按测定土的密度的方法用环刀切取土样,测定土的密度,并同时取土测定土的含水率和土粒密度。
2.安装环刀将装有土样的环刀外壁涂上凡士林油后,刃口向下套上护环,按图
I-4安装容器,首先将底板放在容器内,底板上顺次放洁净湿润的透水石和滤纸各一。
再借提环螺丝将护环(内有环刀及试样)放到容器内,然后再在试样顶上顺次放入洁净润湿的滤纸和透水石,最后放上加压导环和传压活塞。
3.检查设备检查加压设备是否灵敏,调整平衡锤使杠杆水平,然后用下部支撑螺丝顶住。
4.安置容器将装好试样的压缩容器放到水平台固定位置,再将上部加压框架放上,安置测微表。
5.施加预压为保证试样与仪器上下各部件之间接触良好,应施加1KPa的预压荷重。
调整测微表读数至零点。
6.加压观测
(1).加第一级荷重,其大小视土的软硬程度分别采用0.0125,0.025和0.05Mpa,同时记录加荷时间,在试验过程中,应始终保持加荷杠杆水平,加压时将砝码轻放在砝码盘上。
(2).如系饱和试样,则在施加第一级荷重后,立即向容器中注水至满,如系非饱和试样,须以湿纱布围住上下透水石四周,避免水分蒸发。
(3).加荷后每隔一小时读测微表一次,以压缩满24小时为标准,或以每小时变形量不大于0.005mm,即认为变形稳定。
测记读数后,施加下一级荷重。
依此逐级加荷至试验终止。
(4).荷重级增量不宜过大,视土的软硬程度及工程情况而定,一般顺序为0.025,0.05,0.1,0.2,0.3Mpa或按设计要求,模拟实际加荷情况,适当调整。
最后一级荷重应大于土层计算压力的0.1-0.2Mpa。
(5).快速法则每小时观察测微表读数后即加下一级荷重,但最后一级应观察到压缩稳定为止(24小时)。
(6).如需作卸荷膨胀试验,可于最后一级荷重下变形稳定后卸荷,每次卸去两级荷重,直至卸完为止。
每次卸荷后的膨胀变形稳定标准与加荷同,并测记每级荷重及最后无荷时的膨胀稳定变形量。
7.拆除仪器退去荷重后,拆去测微表,排除仪器中水分,按与安装相反的顺序拆除各部件,取出带环刀的试样。
必要时测定试样的试验后的含水率。
将仪器擦净,涂油放好。
8.仪器变形校正考虑压缩仪器本身及滤纸变形所产生的变形,应做压缩量的校正。
校正方法按下述步骤进行:
以与试样相同大小的金属块代替土样放入容器中,然后与试验土样步骤一样,分别在金属块上加同等压力,每隔十秒钟加荷一次,测记各级荷重下测微表读数,加至最大荷重,记下测微表读数后,按与加荷相反的次序,每十分钟退荷一次,测记测微表读数,至荷重完全卸除为止。
按压缩试验步骤拆除仪器,重新安装,重复以上步骤再进行校正,取平均值作为各级荷重下仪器的变形量,其平行差值不得超过0.01mm。
在生产中,每个仪器都事先作好变形校正曲线,初学者为练习仪器的使用,此步骤可以在正式试验前作好。
四、成果整理
1.计算各级荷重下的试样变形量
(1)稳定压缩法:
某一荷重下压缩稳定后的总变形量
Δ
为该荷重直测微表读数减去仪器变形量。
(2)快速压缩法:
按下式计算某荷重下试样校正后的变形量
:
=
-某荷重下校正后的变形量,mm;
-某荷重下压缩一小时的总变形量减去该荷重下的仪器变形量,mm;
-最后一级荷重下压缩一小时的总变形时减去该荷重下的仪器变形量,mm
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