枣庄学院：《土力学及混凝土基本构件实验》课程实验指导书

《土力学及混凝土基本构件实验》指导书实验一土的密度及含水量测定一、含水量试验（烘干法）1.试验目的测定土的含水量，以了解土的含水情况；含水量是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。2.仪器设备电热鼓风恒温于燥箱：电子天平（称量200g，最小分度值0.01g）：铝盒等。3.试验步骤（1）称量铝盒质量称量铝盒质量B，并记录下盒的编号。（2）称铝盒加湿土的质量取代表性土样15～30g，放入铝盒内，立即盖好盒盖，放天平上称量湿土与盒重m，准确至0.01g。（3）烘干土样揭开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度105～110℃下烘至质量恒定。烘时间对粘性土不得少于8小时，对砂性土不得少于6小时，对含有机质超过于土质量5%的土，应将温度控制在6570℃的恒温下烘至恒重。然后将铝盒取出放在干燥器内冷却至室温。（4）称铝盒加干土的质量从干燥器内取出土样，盖好盒盖后称盒加干土重m2，准确至0.01g。4.试验数据及成果整理（1）含水量计算按下式计算含水量="-m2x100m,-mo式中：の一含水量，计算至0.1%m一盒质量，g;1

1 《土力学及混凝土基本构件实验》指导书 实验一 土的密度及含水量测定 一、含水量试验（烘干法） 1.试验目的 测定土的含水量，以了解土的含水情况；含水量是计算土的孔隙比、液性指 数、饱和度和其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。 2.仪器设备 电热鼓风恒温干燥箱；电子天平（称量 200g，最小分度值 0.01g）；铝盒等。 3.试验步骤 （1）称量铝盒质量 称量铝盒质量 m0，并记录下盒的编号。 （2）称铝盒加湿土的质量 取代表性土样 15～30g，放入铝盒内，立即盖好盒盖，放天平上称量湿土与 盒重 m1，准确至 0.01g。 （3）烘干土样 揭开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度 105～110℃下烘至质量恒定。烘 干时间对粘性土不得少于 8 小时，对砂性土不得少于 6 小时，对含有机质超过干 土质量 5％的土，应将温度控制在 65～70℃的恒温下烘至恒重。然后将铝盒取出 放在干燥器内冷却至室温。 （4）称铝盒加干土的质量 从干燥器内取出土样，盖好盒盖后称盒加干土重 m2，准确至 0.01g。 4.试验数据及成果整理 （1）含水量计算 按下式计算含水量 1 2 2 0 100 m m m m      式中：ω—含水量，计算至 0.1% mo—盒质量，g；

m一盒加湿土质量，g；m一盒加干土质量，g。（2）平行测定误差要求本试验需进行2次平行测定，其平行差值不得大于2%，取其算术平均值。（3）试验记录表盒质量盒加湿盒加干水质量千土含水量量平均含土样盒号质量水量土质量土质量编号(g)(g)(g)(%)(%)(g)(g)112二、密度试验（环刀法）1.试验目的测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。2.仪器设备环刀：电子天平（称量500g，最小分度值0.1g）：游标卡尺：切土刀，钢丝锯，凡士林等。3.试验步骤（1）测定环刀的质量及体积用游标卡尺测量环刀内径及高度，计算环刀的体积。然后用电子天平称量出环刀的质量。（2）制备土样按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样。土样的直径和高度应大于环刀，整平其两端放在玻璃板光面上。（3）切取土样将环刀内壁擦净，并涂抹一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，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，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样。（4）测定环刀加试样质量擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量Ⅲ。4.试验数据及成果整理2

2 m1—盒加湿土质量，g； m2—盒加干土质量，g。 （2）平行测定误差要求 本试验需进行 2 次平行测定，其平行差值不得大于 2%，取其算术平均值。 （3）试验记录表 土样 编号 盒号 盒质量 （g） 盒加湿 土质量 （g） 盒加干 土质量 （g） 水质量 （g） 干土 质量 （g） 含水量 （％） 平均含 水量 （％） 1 1 2 二、密度试验（环刀法） 1.试验目的 测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指 标和工程设计以及控制施工质量之用。 2.仪器设备 环刀；电子天平（称量 500g，最小分度值 0.1g）；游标卡尺；切土刀，钢丝 锯，凡士林等。 3.试验步骤 （1）测定环刀的质量及体积 用游标卡尺测量环刀内径及高度，计算环刀的体积。然后用电子天平称量出 环刀的质量 m2。 （2）制备土样 按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样。土样的直径和高度应大于 环刀，整平其两端放在玻璃板光面上。 （3）切取土样 将环刀内壁擦净，并涂抹一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直 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，根据试样的 软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样。 （4）测定环刀加试样质量 擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量 m1。 4.试验数据及成果整理

（1）计算公式按下式计算土的密度：m_m-m2P=VL式中：p一密度，计算至0.01g/cm：m湿土质量，g;瓜一环刀加湿土质量，g：m一环刀质量，g；V一环刀体积，cm。（2）平行测定误差要求本试验需进行2次平行试验，取2次结果的平均值。平行试验结果之差不得大于0.03g/cm。（3）试验记录表平均环刀加环刀土质量环刀体积密度环刀号土质量质量密度(cm)(g/cm)(g)(g/cm)(g)(g)123

3 （1）计算公式 按下式计算土的密度： m m m 1 2 V V     式中：ρ—密度，计算至 0.01g/cm3 ； m—湿土质量，g； m1—环刀加湿土质量，g； m2—环刀质量，g； V—环刀体积，cm。 （2）平行测定误差要求 本试验需进行 2 次平行试验，取 2 次结果的平均值。平行试验结果之差不得 大于 0.03g/cm3。 （3）试验记录表 环刀号 环刀加 土质量 （g） 环刀 质量 （g） 土质量 （g） 环刀体积 （cm3） 密度 （g/cm3） 平均 密度 （g/cm3） 1 2

实验二界限含水率试验（液、塑限联合测定法）1. 试验目的测定粘性土的液限和塑限，并由此计算塑性指数、液性指数，进行粘性土的定名及判别粘性土的软硬程度。2.仪器设备光电式液、塑限联合测定仪；天平（称量200g，最小分度值0.01g）；孔径0.5mm的标准筛，调土刀、调土皿、凡士林等。3.试验步骤（1）制备土样取代表性天然含水量的土样250g：采用风干试样时，取0.5mm筛下的代表性土样200g。将试样分别放在3个调土皿中，用纯水将土样调成3种不同含水率的均匀膏状，盖上湿布或置于保湿器中，浸润过夜。（2）装土入杯取一份调好的土样，用调土刀将制备好的土样充分搅拌均匀，分层密实地填入试样杯中，勿使土样内留有空隙；然后用调王刀齐杯口刮去多余的土膏，置于仪器杯上。刮去余土时，不得用刀在土面反复涂抹。（3）放锥入士将装好试样的试样杯放在联合测定仪的升降座上。取圆锥仪，在锥体上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。调节屏幕准线，使初始读数于零位刻线处：调节升降座螺母，当锥尖刚与土面接触，计时指示灯亮。圆锥仪即自由落下，延时5s，读数指示灯亮，立即读数。（4）测含水量取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥尖附近土样不少于10g，测定其含水量。（5）其它两份试样重复试验将其它两份试样重复步骤（2）一（4）。（6）测量要求4

4 实验二 界限含水率试验（液、塑限联合测定法） 1.试验目的 测定粘性土的液限和塑限，并由此计算塑性指数、液性指数，进行粘性土的 定名及判别粘性土的软硬程度。 2.仪器设备 光电式液、塑限联合测定仪；天平（称量 200g，最小分度值 0.01g）；孔径 0.5mm 的标准筛，调土刀、调土皿、凡士林等。 3.试验步骤 （1）制备土样 取代表性天然含水量的土样 250g；采用风干试样时，取 0.5mm 筛下的代表 性土样 200g。将试样分别放在 3 个调土皿中，用纯水将土样调成 3 种不同含水 率的均匀膏状，盖上湿布或置于保湿器中，浸润过夜。 （2）装土入杯 取一份调好的土样，用调土刀将制备好的土样充分搅拌均匀，分层密实地填 入试样杯中，勿使土样内留有空隙；然后用调土刀齐杯口刮去多余的土膏，置于 仪器杯上。刮去余土时，不得用刀在土面反复涂抹。 （3）放锥入土 将装好试样的试样杯放在联合测定仪的升降座上。取圆锥仪，在锥体上抹一 薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。 调节屏幕准线，使初始读数于零位刻线处；调节升降座螺母，当锥尖刚与土 面接触，计时指示灯亮。圆锥仪即自由落下，延时 5s，读数指示灯亮，立即读 数。 （4）测含水量 取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥尖附近土样不少于 10g，测定 其含水量。 （5）其它两份试样重复试验 将其它两份试样重复步骤（2）-（4）。 （6）测量要求

液塑限联合测定应不少于三点。注意：圆锥入土深度宜为3～4mm、7~9mm、15~17mm。4.成果整理（1）绘制圆锥下沉深度与含水量关系曲线将三个含水量与相应的圆锥下沉深度绘于双对数坐标纸上，三点连一直线如图1中A线。如果三点不在一直线上，通过高含水量的一点与其余二点连两根直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水量。如果差值不超过2%，用平均值的点与高含水量点作一直线，如图中的B线作为试验曲线。若两个含水量差值超过2%，应重做试验。20) 的TVma731712HNB1020304060100含水率（%）图1圆锥下沉深度与含水量关系曲线（2）读取液、塑限值从试验曲线中查得圆锥下沉深度17mm处的含水量为液限W，查得圆锥下沉深度2mm处的含水量为塑限邸。(3）计算液性指数和塑性指数根据上述结果，可以计算得出塑性指数和液性指数。根据塑性指数可对细粒土进行分类，定出土的名称；根据液性指数可对天然含水量的原状土定出土所在5

5 液塑限联合测定应不少于三点。注意：圆锥入土深度宜为 3～4mm、7～9mm、 15～17mm。 4.成果整理 （1）绘制圆锥下沉深度与含水量关系曲线 将三个含水量与相应的圆锥下沉深度绘于双对数坐标纸上，三点连一直线， 如图 1 中 A 线。如果三点不在一直线上，通过高含水量的一点与其余二点连两根 直线，在圆锥下沉深度为 2mm 处查得相应的两个含水量。如果差值不超过 2％， 用平均值的点与高含水量点作一直线，如图中的 B 线作为试验曲线。若两个含水 量差值超过 2％，应重做试验。 图 1 圆锥下沉深度与含水量关系曲线 （2）读取液、塑限值 从试验曲线中查得圆锥下沉深度 17mm 处的含水量为液限 wL，查得圆锥下沉 深度 2mm 处的含水量为塑限 wP。 (3)计算液性指数和塑性指数 根据上述结果，可以计算得出塑性指数和液性指数。根据塑性指数可对细粒 土进行分类，定出土的名称；根据液性指数可对天然含水量的原状土定出土所在

的状态。试验记录表(4)圆锥下试样沉深度盒加湿盒加干液限塑限盒号盒质量含水量编号土质量h土质量aLO(g)(%)(g)(mm)(g)(%)(%)112233塑性指数I，土的分类土的状态液性指数I6

6 的状态。 （4）试验记录表 试样 编号 圆锥下 沉深度 h （mm） 盒号 盒质量 （g） 盒加湿 土质量 （g） 盒加干 土质量 （g） 含水量 （％） 液限 ωL （％） 塑限 ωp （％） 1 1 2 2 3 3 塑性指数 Ip 土的分类 液性指数 IL 土的状态

实验三压缩试验（快速固结法）1.试验目的本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下，变形和压力或孔隙比和压力的关系，绘制压缩曲线，以便计算土的压缩系数a、压缩模量E等压缩性指标。2.仪器设备固结仪；电子天平（称量200g，最小分度值0.01g）；表、电热鼓风恒温干燥箱、修土刀等。3.试验步骤（1）切取土样根据前述实验一方法，用环刀切取原状土样或制备所需状态的扰动土样，测定出土样的初始含水量、初始密度及比重。（2）试样安装在固结仪底板上放洁净而润湿的透水石一块（大于环刀内径），并将带环刀的土样和护环放在容器内。然后在王样上置洁净而润湿的透水石一块（略小于环刀内径）。加小导环，使小压土板对准小透水石，将小压土板放于透水石上。（环刀和土，即样圈放入容器前应上下各贴一块润湿的薄型滤纸）。（3）检查设备检查加压设备是否灵敏，调整杠杆使之水平。（4）安装量表将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，将传压钢珠与加压横梁的凹穴相连接。然后装上量表，调节量表杆头使其可伸长的长度不小于8mm，并检查量表是否灵活和垂直。（5）施加预压施加1kPa的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整测微表的读数，使其大小指针均对准零点或以某正数作为起初读数，并记录。（6）加压观测卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度或工程情况，一般采用12.5、25或50kPa。压缩稳定标准一般规定为每级荷重下压缩24小时，7

7 实验三 压缩试验（快速固结法） 1.试验目的 本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下，变形和压力或孔隙比和 压力的关系，绘制压缩曲线，以便计算土的压缩系数 a、压缩模量 Es等压缩性指 标。 2.仪器设备 固结仪；电子天平（称量 200g，最小分度值 0.01g）；表、电热鼓风恒温干 燥箱、修土刀等。 3.试验步骤 （1）切取土样 根据前述实验一方法，用环刀切取原状土样或制备所需状态的扰动土样，测 定出土样的初始含水量、初始密度及比重。 （2）试样安装 在固结仪底板上放洁净而润湿的透水石一块(大于环刀内径)，并将带环刀的 土样和护环放在容器内。然后在土样上置洁净而润湿的透水石一块(略小于环刀 内径)。加小导环，使小压土板对准小透水石，将小压土板放于透水石上。(环刀 和土，即样圈放入容器前应上下各贴一块润湿的薄型滤纸)。 （3）检查设备 检查加压设备是否灵敏，调整杠杆使之水平。 （4）安装量表 将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，将传压钢珠与加压横梁的凹穴相 连接。然后装上量表，调节量表杆头使其可伸长的长度不小于 8mm，并检查量表 是否灵活和垂直。 （5）施加预压 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 测微表的读数，使其大小指针均对准零点或以某正数作为起初读数，并记录。 （6）加压观测 卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度或工程情况，一 般采用 12.5、25 或 50kPa。压缩稳定标准一般规定为每级荷重下压缩 24 小时

或量表读数每小时变化不大于0.01mm认为稳定。教学试验采用快速固结法，各级压力施加后1h的变形量作为稳定变形量。测记压缩稳定读数后，施加第二级荷重。依次逐级加荷至试验结束。由于试验教学时间的关系，本试验加荷顺序为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。（7）拆除仪器试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除码，取下容器，拿出护环，小心地取出带环刀的试样。4.成果整理（1）计算试样的初始孔隙比e = (I+α,)G,Pa-1Po式中，是试样初始孔隙比；G,是土颗粒的比重；是试样初始含水量；Po是试样的初始密度。（2）计算各级压力下固结稳定后的孔隙比eAhe,=eo-(1+e)h式中，h.是某压力下试样的变形值，等于初读数减去该压力下沉降稳定时的测微计读数，再减去仪器本身在该压力下的变形量；ho是试样初始高度。（3）绘制压缩曲线，即孔隙比对压力的曲线，横坐标为压力，纵坐标为孔隙比。（4）计算压缩系数和压缩模量由试验所得压缩曲线，按下式计算压力为100kpa～200kpa段的压缩系数ai-2及压缩模量Eg1-2°ai-2 =-e,Pz-Pi_1+eEs1-2 =ai-2式中，P代表100kPa；P代表200kPa；ei、e分别为对应p、p的孔隙比。（5）试验记录表8

8 或量表读数每小时变化不大于 0.01mm 认为稳定。教学试验采用快速固结法，各 级压力施加后 1h 的变形量作为稳定变形量。测记压缩稳定读数后，施加第二级 荷重。依次逐级加荷至试验结束。由于试验教学时间的关系，本试验加荷顺序为 50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。 （7）拆除仪器 试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取下容器，拿出护环，小心 地取出带环刀的试样。 4.成果整理 （1）计算试样的初始孔隙比 0 0 0 (1 ) 1 Gs e       式中，e0是试样初始孔隙比；Gs 是土颗粒的比重；w0是试样初始含水量；0 是试样的初始密度。 （2）计算各级压力下固结稳定后的孔隙比 ei 0 0 0 (1 ) i i h e e e h     式中， i h 是某压力下试样的变形值，等于初读数减去该压力下沉降稳定时 的测微计读数，再减去仪器本身在该压力下的变形量；h0是试样初始高度。 （3）绘制压缩曲线，即孔隙比对压力的曲线，横坐标为压力，纵坐标为孔隙比。 （4）计算压缩系数和压缩模量 由试验所得压缩曲线，按下式计算压力为 100kpa～200kpa 段的压缩系数 a1-2及 压缩模量 Es1-2。 1 2 1 2 2 1 e e a p p     1 1 2 1 2 1 s e E a     式中，p1代表 100kPa；p2代表 200kPa；e1 、e2分别为对应 p1、p2的孔隙比。 （5）试验记录表

仪器土样压力测微表总变形量观测时间压缩后(kPa)读数(mm)变形量变形量孔隙比(min)(0. 01mm)(mm)(mm)501002004009

9 压力 (kPa) 观测时间 （min） 测微表 读数 (0.01mm) 总变形量 (mm) 仪器 变形量 (mm) 土样 变形量 (mm) 压缩后 孔隙比 50 100 200 400

实验四直接剪切试验（快剪）1.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。通常采用四个试样为一组，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力T，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角Φ和凝聚力C。直剪试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。在教学中可采用快剪法。2.仪器设备应变控制式直接剪切仪；环刀：百分表、秒表、电子天平、修土刀等。3.试验步骤（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。如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。（2）试样安装对准上下盒，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、300、400kPa。（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。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，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。如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值，则破坏以变形控制进行到剪切变形达4mm时为止。（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。10

10 实验四 直接剪切试验（快剪） 1.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。通常采用四个试样为一 组，分别在不同的垂直压力σ下，施加水平剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应 力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和凝聚力 C。直剪试 验分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。在教学中可采用快剪法。 2.仪器设备 应变控制式直接剪切仪；环刀；百分表、秒表、电子天平、修土刀等。 3.试验步骤 （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。 如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。 （2）试样安装 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、300、400kPa。 （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。手轮 每转一圈，同时测记测力计量表读数，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。如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值， 则破坏以变形控制进行到剪切变形达 4mm 时为止。 （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