土工試驗指導書及
實驗報告書
編者：陳海玉
適用課程：土力學
土力學與地基基礎
2012.6
土工試驗指導書
第一章含水率試驗
第一節概述
土體含水率（）是土的物理性質指標之一。土體含水率高低與粘性土的強度和壓縮具有密切的關係。土體在各種狀態下的含水率是計算其它物理性質指標、測量其它物理狀態指標的最基本試驗。
第二節試驗原理
土樣含水率是指土樣在105℃至110℃的溫度下烘乾至恆重時所失去的水分質量與烘乾土質量的比值，用百分數表示。即：
1-1）
式中：——土樣含水率（%）；
——濕土質量，單位：克（g）；
——烘乾土質量，單位：克（g）。
含水率試驗的室內試驗方法以烘乾法為標準方法。在野外，如條件不滿足可依土的性質和工作條件選用如下試驗方法：
1． 酒精燃燒法；
2． 比重法（適用於砂性土）；
3． 實容積法（適用於粘性土）；
4． 炒乾法（適用於礫質土）。
含水率試驗的上述方法在水中還會發生水解適用於無機土（有機質含量低於5%），對於有機質土和有機土，在溫度較高時會發生分解，使測得的含水率偏高，從而造成試驗誤差。
有機質含量超過5%的有機質土和有機土，含石膏和硫酸鹽礦物的土，因這些礦物晶體中含結晶水，因此需採用65℃~70℃溫度將土烘乾至恒重，測量其含水率。
上述各種試驗方法都是利用水在加溫後逐漸變成水蒸氣的性質。加熱一定時間後，在溫度不高於110℃時，土中自由水全部變成氣體揮發，之後土重不再發生變化，即處於恒重狀態。這時揮發掉的水重。
土恒重即認為是乾土質量。對粘性土，實際上是土粒質量與強結合水質量之和，因強結合水需要溫度高於120℃才能析出，故將其作為固體顆粒的一部分。
第三節烘乾法測定含水率
一、儀器裝置
烘乾法儀器裝置主要包括：
1．恆溫烘箱：一般要求在50℃~200℃範圍內能在任一點保持一定恆溫範圍。最常用的恆溫範圍在105℃~110℃，控制溫度的精度高於±2℃；
2．天平：200g，感量0.01g。常用天平分機械天平和電子天平兩類；
3．附屬裝置：鋁盒（稱量盒）、乾燥器、鉛絲籃、溫度計等。
二、操作步驟
烘乾法含水率試驗操作主要步驟包括：
1．取代表性試樣15~30g，對於礫類土，取100g以上試樣。放入鋁盒內，迅速蓋好盒蓋，稱量，準確至0.01g，稱量結果減去鋁盒質量，得到濕土質量；
2．揭開鋁盒蓋，將試樣和鋁盒一起放入恆溫烘箱，在溫度105℃~110℃下烘至衡重。在設定溫度下烘至恒重所需時間由土類和烘箱構造決定。一般砂土約需1~2小時，粉土和粉質粘土約6~8小時，粘土約10小時，有機質土用65℃~70℃烘乾需48小時以上；
3．將烘乾後的試樣和鋁盒取出，蓋好鋁盒蓋後，放入乾燥器內冷卻至室溫後，稱鋁盒加土質量，準確至0.01g。計算乾土質量；
4．按下式計算該試樣的含水率：
1-2）
5．按前面的步驟進行兩次平行試驗，當兩次測定含水率的差值在允許的範圍內時，取其算術平均值作為該土樣的含水率。兩次測定的差值允許範圍為：含水率低於40%時，不得大於1%；含水率高於40%時，不得大於2%。
本允許範圍是對均質土而言，對原狀土由於非均質，樣筒上下水在重力作用下重新分布使含水率差值增大，可適當放寬平行試驗差值允許範圍。
三、試驗記錄
試驗記錄包括土樣描述、試驗過程說明和記錄**三個主要組成部分。試樣描述內容有：1.
土樣顏色；2.土樣初步定名；3.土質均勻性及是否含有機質等。
試驗過程說明通常有：1.取樣位置；2.
試驗方法；3.試驗條件（如烘乾法試驗的溫度、時間、試驗裝置等）。含水率試驗記錄**見表1-1所示。
在填寫原始記錄**過程中，要求使用黑色原子筆或鋼筆填寫，特別注意嚴禁隨意塗改試驗記錄，對於書寫錯誤，用細線槓去錯誤數字（要能清楚看出錯誤數字），把正確數字寫在旁邊，試驗人員要簽章。
第二章密度試驗
第一節概述
土體的密度是土體直接測量所得的物理性質指標之一。土體密度大小與土的鬆緊程度、壓縮性、抗剪強度等均有密切聯絡。土體密度是計算地基自重應力的重要引數。
密度測試還是土體相對密實度等物理指標的測試方法。
單位體積土體質量叫土的密度，定義式為：
2-1）
式中：——土樣密度，單位g/cm3；
——土樣質量，單位g；
——土樣體積，單位cm3。
實驗室內直接測量的密度為溼密度（對原狀土稱作天然密度），用表示。工程中常用的土體在不同狀態下的密度有幹密度（）、飽和密度（）、浮密度等。與密度相對應的常用指標——容重的定義為單位體積土體的重量。
定義式為：
2-2）
式中：——土樣容重，單位，工民建規範稱作重度；
g——重力加速度，一般取9.81m/s2；
其餘符號同前。
與不同狀態下土的密度對應的不同狀態土的容重分別記作：幹容重、飽和容重、浮容重。
本章介紹溼密度的實驗室測定方法。
第二節試驗原理
根據公式（2-1），密度試驗方法即包括測定試樣體積和質量。試驗時，將土充滿給定容積的容器，然後稱取該體積土的質量。或者反過來，測定一定質量的土所佔的體積。
前者最常用的有環刀法、灌砂法、灌水法等。
第三節環刀法
一、儀器裝置
環刀法測試土的密度需要如下裝置：
1．環刀：內徑6.18cm，高2cm。體積定期校正為恆值，常用環刀體積為60cm3；
2．天平：稱量200g，感量0.01g。也可用稱量1000g，感量0.1g的天平。
3．附加裝置：切土刀，鋼絲鋸，凡士林等。
二、操作步驟
1．取原狀土或制務的擾動土樣，整平兩端，將環刀內壁塗一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，將環刀垂直向下壓至約刃口深處，用切土刀（或鋼絲鋸）將土樣切成略大於環刀直徑的土柱後，邊壓邊削，直至土樣伸出環刀頂部，將兩端餘土削平；4
2．用切下的代表性土樣測定含水率；
3．擦淨環刀外壁，稱環刀加土的質量，準確至0.1g；
4．按下式計算試樣密度和幹密度：
2-3）
2-4）
式中：——試樣密度，單位g/cm3；
——試樣幹密度，單位g/cm3；
——環刀加試樣質量，單位g；
——環刀質量，單位g；
——環刀容積，單位cm3；
——試樣含水率，單位%。
5．按1至4的步驟進行兩次平行測定，其平行差不得大於0.03g/cm3，取其算術平均值作為試驗結果。
三、試驗記錄
環刀法測定土的密度記錄格式及成果可參考附表2-1。
第三章顆粒分析試驗（不做）
第一節概述
顆粒分析試驗是測定乾土中各粒組含量佔該土總質量的百分數。土的顆料大小、級配和粒組含量是土的工程分類的重要依據。土粒大小與土的礦物組成、力學性質、形成環境等均有直接聯絡。
因此，土的顆料大小是土的重要特徵。顆粒分析試驗是土工基本試驗之一，其成果的準確性常影響土工建築物設計方案甚至穩定性。
第二節試驗原理
土粒的粒徑變化範圍非常大（粒徑由大於60mm到小於0.002mm），故對不同的粒組採用不同的試驗方法：粗粒組一般用篩析法，細粒組採用密度計法或移液管法。
不同的試驗方法其試驗原理也不同。
一、 粗粒組篩析法試驗原理
對於粒徑大於0.075mm的粗粒土，一般採用篩析法分析土的顆粒大小。篩析法是採用不同孔徑的分析篩，由上至下孔徑自大到小疊在一起。
試驗時，取質量為的乾土放入最上的篩裡，通過篩析後，得到不同孔徑篩上土質量，進而計算出粒組含量和累積含量。
二、 粗粒組密度計法試驗原理
司篤克斯（stocks）研究微小球體在水中下沉時，發現球體的運動近似滿足如下規律；
1．小球體在水中沉降的速率是恆定的；
2．小球體沉降速率大小與球體直徑的平方成正比。
上述規律可用下式表示：
4-1）
式中：——顆粒直徑，mm；
——顆粒沉降速率，cm/s；
——4℃時水的密度，；
——水溫時水的比重；
——水溫時水的動力粘滯係數，；
——土粒比重；
——重力加速度，。
由式（4-1）知，顆粒比重一定時，顆粒愈大，在水中沉降的速率愈快。現將一定質量的土與水攪拌成總體積為的均勻懸液，然後觀察懸液中顆粒下沉情況和懸液濃度的變化。為研究方便，取距懸液表面為的薄層來分析，如圖4—1所示。
試驗開始時（時刻），懸液均勻，懸液中自上至下各粒組均勻分布，然後土粒開始下沉，大顆粒下沉比較快，細顆粒下沉比較慢。設在時刻，的顆粒剛好從懸液表面下沉到層，那麼該時刻在層中，沒有的顆粒，而≤的顆粒濃度與起始時刻(相同)。因此，如果我們已知，則顆粒下沉速度為：
4-2）
將（4-2）代入（4-1）得：
4-3）
式中：——粒徑計算係數與懸液溫度和土粒比重有關，可由圖4-6查出。
式（4-3）將測量粒徑的問題轉化為測定任一時刻及相應落距的問題。在密度計法顆粒分析試驗中，不固定，而是測量時刻密度計讀數，將定義為密度計在液面讀數至密度計浮泡形心距離，與的關係可通過密度計率定獲得。
現在若再算出≤的顆粒佔總土質量百分含量，問題就解決了。由於時刻，距懸液表面為的層中，只有≤的顆粒存在，的顆粒濃度為零，≤的顆粒濃度與起始時刻（）相同。如果測出時刻層中≤的顆粒濃度，可以算出量筒中≤的顆粒質量為：
4-4）
密度計法量測層（密度計形心處）的密度，密度與濃度成正比，見式（4-6）和（4-7）所示。在移液管法試驗中，時刻，在層中吸取的懸液，烘乾後得到土粒質量為，則可計算出土粒濃度為：。然後由式（4-4）計算≤的顆粒質量。
移液管法計算土粒粒徑的方法與密度計法相同。
我們知道，量筒中土粒總質量為，因此，≤的顆粒百分含量為：
4-5）
式中：——≤的顆粒百分含量（％）；
土工試驗指導書及報告書
第一章含水率試驗 第一節概述 土體含水率 是土的物理性質指標之一。土體含水率高低與粘性土的強度和壓縮具有密切的關係。土體在各種狀態下的含水率是計算其它物理性質指標 測量其它物理狀態指標的最基本試驗。第二節試驗原理 土樣含水率是指土樣在105 至110 的溫度下烘乾至恆重時所失去的水分質量與烘乾土質量...
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場地土效能檢測指導書 建築工程系 二 一 年四月 目錄1 含水量試驗2 2 密度試驗 環刀法4 3 土粒度分析試驗 篩分法5 4 液 塑限聯合測定試驗7 5 三軸壓縮試驗9 6 無測限抗壓強度試驗16 7 直接剪下試驗19 8 擊實試驗22 9 壓縮性試驗25 實驗一含水量試驗 一 基本原理 土的含...
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實驗一土的含水率試驗 一 試驗目的 土的含水率指土在105 1100c下烘於恒量時所失去的水的質量和乾土質量的百分比值。土在天然狀態下的含水率稱為土的天然含水率。所以，試驗的目的 測定土的含水率。二 試驗方法適用範圍 1 烘乾法 室內試驗的標準方法，一般粘性土都可以採用。2 酒精燃燒法 適用於快速簡...