洛阳理工学院：《土力学与地基基础实验》课程教学资源（讲义，共五个）

土力学与地基基础实验一、密度试验（环刀法(一）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。(二）试验原理土的湿密度是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。环刀法是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与体积之比即为土的密度。密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎裂、难以切削的土，可用蜡封法；对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。(三）仪器设备1，环刀：内径6~8cm，高2~3cm。2，天平：称量500g，分度值0.01g。3、其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。（四）操作步骤1：量测环刀：取出环刀，称出环刀的质量，并涂一薄层凡士林。2.切取土样：将环刀的刀口向下放在土样上，然后用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱，将环刀垂直下压，边压边削使土样上端伸出环刀为止，然后将环刀两端的余土削平。3，土样称量：擦净环刀外壁，称出环刀和土的质量。（五）试验注意事项1：称取环刀前，把土样削平并擦净环刀外壁2.如果使用电子天平称重则必须预热，称重时精确至小数点后二位。土力学与地基基础实验二、含水率试验（烘干法）(一）试验自的测定土的含水率，以了解土的含水情况，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。(二）试验原理含水率反映土的状态，含水率的变化将使士的一系列物理力学性质指标随之而异。这

土力学与地基基础实验一、密度试验（环刀法） （一）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。 （二）试验原理 土的湿密度是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为 g/cm3。环刀法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 体积之比即为土的密度。密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于 细粒土，宜采用环刀法；对于易碎裂、难以切削的土，可用蜡封法；对于现场粗粒 土，可用灌水法或灌砂法。 （三）仪器设备 1．环刀：内径 6～8cm，高 2～3cm。 2．天平：称量 500g，分度值 0.01g。 3．其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。 （四）操作步骤 1．量测环刀：取出环刀，称出环刀的质量，并涂一薄层凡士林。 2．切取土样：将环刀的刀口向下放在土样上，然后用切土刀将土样削成略大于环刀直 径的土柱，将环刀垂直下压，边压边削使土样上端伸出环刀为止，然后将环刀两端的 余土削平。3．土样称量：擦净环刀外壁，称出环刀和土的质量。 （五）试验注意事项 1．称取环刀前，把土样削平并擦净环刀外壁； 2．如果使用电子天平称重则必须预热，称重时精确至小数点后二位。 土力学与地基基础实验二、含水率试验（烘干法） （一）试验目的 测定土的含水率，以了解土的含水情况，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。 （二）试验原理 含水率反映土的状态，含水率的变化将使土的一系列物理力学性质指标随之而异。这

种影响表现在各个方面，如反映在土的稠度方面，使土成为坚硬的、可塑的或流动的；反映在土内水分的饱和程度方面，使土成为稍湿、很湿或饱和的；反映在土的力学性质方面，能使土的结构强度增加或减小，紧密或疏松，构成压缩性及稳定性的变化。测定含水率的方法有烘干法、酒精燃烧法、炒干法、微波法等等。(三）仪器设备1：烘箱：采用温度能保持在105~110C的电热烘箱。2，天平：称量500g，分度值0.01g。3、其它：干燥器、称量盒等。（四）操作步骤1：湿土称量：选取具有代表性的试样15~20g，放入盒内，立即盖好盒盖，称出盒与湿土的总质量。2，烘干冷却：打开盒盖，放入烘箱内，在温度105~110C°下烘干至恒重后，将试样取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却，称出盒与干土质量。烘干时间随土质不同而定对粘质土不少于8h；砂类土不少于6h。（五）试验注意事项1，刚刚烘干的土样要等冷却后才称重；2.称重时精确至小数点后二位。土力学与地基基础实验三、液限、塑限测定法(一）试验目的测定粘性土的液限wL和塑限wp，并由此计算塑性指数Ip、液性指数IL，进行粘性土的定名及判别粘性土的软硬程度。（二）试验原理液限、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双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。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所对应得含水率即为液限，查得圆锥下沉深度2mm所对应的含水率即为塑限。(三）试验设备1液塑限联合测定仪：（如附图4）有电磁吸锥、测读装置、升降支座等，圆锥质量76g，锥角30°，试样杯等；

种影响表现在各个方面，如反映在土的稠度方面，使土成为坚硬的、可塑的或流动 的；反映在土内水分的饱和程度方面，使土成为稍湿、很湿或饱和的；反映在土的力 学性质方面，能使土的结构强度增加或减小，紧密或疏松，构成压缩性及稳定性的变 化。测定含水率的方法有烘干法、酒精燃烧法、炒干法、微波法等等。 （三）仪器设备 1．烘箱：采用温度能保持在 105～110℃的电热烘箱。 2．天平：称量 500g，分度值 0.01g。 3．其它：干燥器、称量盒等。 （四）操作步骤 1．湿土称量：选取具有代表性的试样 15～20g，放入盒内，立即盖好盒盖，称出盒与 湿土的总质量。 2．烘干冷却：打开盒盖，放入烘箱内，在温度 105～110℃下烘干至恒重后，将试样 取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却，称出盒与干土质量。烘干时间随土质不同而定， 对粘质土不少于 8h；砂类土不少于 6h。 （五）试验注意事项 1．刚刚烘干的土样要等冷却后才称重； 2．称重时精确至小数点后二位。 土力学与地基基础实验三、液限、塑限测定法 （一）试验目的 测定粘性土的液限ωL 和塑限ωp，并由此计算塑性指数 Ip、液性指数 IL，进行粘性土 的定名及判别粘性土的软硬程度。 （二）试验原理 液限、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双对数坐标 上具有线性关系的特性来进行的。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 所对应得含水率即为液限，查得圆锥下沉深度 2mm 所对应的含水率即为塑限。 （三）试验设备 1．液塑限联合测定仪：（如附图 4）有电磁吸锥、测读装置、升降支座等，圆锥质量 76g，锥角 30°，试样杯等；

2，天平：称量200g，分度值0.01g；3其它：调土刀、不锈钢杯、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器等。（四）操作步骤1，土样制备：当采用风干土样时，取通过0.5mm筛的代表性土样约200g.分成三份，分别放入不锈钢杯中，加入不同数量的水，然后按下沉深度约为4~5mm，9~11mm，15~17mm范围制备不同稠度的试样。2，装土入杯：将制备的试样调拌均匀，填入试样杯中，填满后用刮王刀刮平表面，然后将试样杯放在联合测定仪的升降座上。3、接通电源：在圆锥仪锥尖上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。4：测读深度：调整升降座，使锥尖刚好与试样面接触，切断电源使电磁铁失磁，圆锥仪在自重下沉入试样，经5秒钟后测读圆锥下沉深度。5，测含水率：取出试样杯，测定试样的含水率。重复以上步骤，测定另两个试样的圆锥下沉深度和含水率。（五）试验注意事项1土样分层装杯时，注意土中不能留有空隙。2：每种含水率设三个测点，取平均值作为这种含水率所对应土的圆锥入土深度，如三点下沉深度相差太大，则必须重新调试土样。土力学与地基基础实验四、固结试验(快速法)(一）试验目的测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h和荷载P的关系，以便计算土的单位沉降量S1、压缩系数av和压缩模量Es等。(二）试验原理土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。在饱和土中，水具有流动性，在外力作用下沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩，试验时由于金属环刀及刚性护环所限，土样在压力作用下只能在竖向产生压缩，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩。（三）仪器设备1，固结仪：仪器如图8所示，仪器结构示意图如图9所示。试样面积30cm2，高2cm。2.量表：量程10mm，最小分度0.01mm

2．天平：称量 200g，分度值 0.01g； 3．其它：调土刀、不锈钢杯、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器等。 （四）操作步骤 1．土样制备：当采用风干土样时，取通过 0.5mm 筛的代表性土样约 200g，分成三 份，分别放入不锈钢杯中，加入不同数量的水，然后按下沉深度约为 4～5mm，9～ 11mm，15～17mm 范围制备不同稠度的试样。 2．装土入杯：将制备的试样调拌均匀，填入试样杯中，填满后用刮土刀刮平表面，然 后将试样杯放在联合测定仪的升降座上。 3．接通电源：在圆锥仪锥尖上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。 4．测读深度：调整升降座，使锥尖刚好与试样面接触，切断电源使电磁铁失磁，圆锥 仪在自重下沉入试样，经 5 秒钟后测读圆锥下沉深度。 5．测含水率：取出试样杯，测定试样的含水率。重复以上步骤，测定另两个试样的圆 锥下沉深度和含水率。 （五）试验注意事项 1．土样分层装杯时，注意土中不能留有空隙。 2．每种含水率设三个测点，取平均值作为这种含水率所对应土的圆锥入土深度，如三 点下沉深度相差太大，则必须重新调试土样。 土力学与地基基础实验四、固结试验（快速法） （一）试验目的 测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h 和荷载 P 的关系，以便计算土的单 位沉降量 S1、压缩系数 av 和压缩模量 Es 等。 （二）试验原理 土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。在饱和土中，水具有流动性，在外力 作用下沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩，试验时由于金属环刀及 刚性护环所限，土样在压力作用下只能在竖向产生压缩，而不可能产生侧向变形，故 称为侧限压缩。（三）仪器设备 1．固结仪：仪器如图 8 所示，仪器结构示意图如图 9 所示。试样面积 30cm2，高 2cm。 2．量表：量程 10mm，最小分度 0.01mm

3、其它：刮土刀、电子天平、秒表。（四）操作步骤（1）切取试样：用环刀切取原状土样或制备所需状态的扰动土样。(2）测定试样密度：取削下的余土测定含水率，需要时对试样进行饱和。（3）安放试样：将带有环刀的试样安放在压缩容器的护环内，并在容器内顺次放上底板、湿润的滤纸和透水石各一，然后放入加压导环和传压板。（4）检查设备：检查加压设备是否灵敏，调整杠杆使之水平。（5）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（在教学试验中，学生应先练习量表读数）。（6）施加预压：为确保压缩仪各部位接触良好，施加1kPa的预压荷重，然后调整量表读数至零处。(7）加压观测：1）荷重等级一般为50、100、200、400kPa（小环刀可取12.5、25、50、100kPa）。2）如系饱和试样，应在施加第一级荷重后，立即向压缩容器注满水。如系非饱和试样，需用湿棉纱围住加压盖板四周，避免水分蒸发。3）压缩稳定标准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0.005mm认为稳定（教学试验可另行假定稳定时间）。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。4）试验结束后迅速拆除仪器各部件，取出试样，必要时测定试验后的含水率。（五）试验注意事项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，应按顺序加码；试验中不要震动实验台，以免指针产生移动。土力学与地基基础实验五、直剪试验（快剪法）(一）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βp和凝聚力C。直剪试验分为快剪（Q）、固

3．其它：刮土刀、电子天平、秒表。 （四）操作步骤 （1）切取试样：用环刀切取原状土样或制备所需状态的扰动土样。 （2）测定试样密度：取削下的余土测定含水率，需要时对试样进行饱和。 （3）安放试样：将带有环刀的试样安放在压缩容器的护环内，并在容器内顺次放上底 板、湿润的滤纸和透水石各一，然后放入加压导环和传压板。 （4）检查设备：检查加压设备是否灵敏，调整杠杆使之水平。 （5）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（在教学试验中，学生应先练习量表读数）。 （6）施加预压：为确保压缩仪各部位接触良好，施加 1kPa 的预压荷重，然后调整量 表读数至零处。 （7）加压观测： 1）荷重等级一般为 50、100、200、400kPa（小环刀可取 12.5、25、50、100kPa）。 2）如系饱和试样，应在施加第一级荷重后，立即向压缩容器注满水。如系非饱和试 样，需用湿棉纱围住加压盖板四周，避免水分蒸发。 3）压缩稳定标准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 0.005mm 认为稳定（教学试验可另行假定稳定时间）。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。 4）试验结束后迅速拆除仪器各部件，取出试样，必要时测定试验后的含水率。 （五）试验注意事项 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。 土力学与地基基础实验五、直剪试验（快剪法） （一）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（Q）、固

结快剪（CQ）和慢剪（S）三种试验方法。在教学中可采用快剪法。(二）试验原理快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪切力，以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般使试样在3~5min内剪破。快剪法适用于测定粘性土天然强度。（三）仪器设备1·应变控制式直接剪切仪：有剪力盒、垂直加压框架、测力计及推动机构等。2、其它：量表、码等。（四）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2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，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2个试样，分别在2种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上可取2个垂直压力分别为50、100kPa。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。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。（五）试验注意事项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，不要摇晃码；剪切时要拔出销钉

结快剪（CQ）和慢剪（S）三种试验方法。在教学中可采用快剪法。 （二）试验原理 快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪切力，以 0.8~1.2mm/min 的 速率剪切，一般使试样在 3～5min 内剪破。快剪法适用于测定粘性土天然强度。 （三）仪器设备 1．应变控制式直接剪切仪：有剪力盒、垂直加压框架、测力计及推动机构等。 2．其它：量表、砝码等。 （四）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 2 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．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 2 个试样，分别在 2 种不同的垂直 压力下进行剪切。在教学上可取 2 个垂直压力分别为 50、100kPa。 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。 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。 （五）试验注意事项 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