土質學與土力學
實驗指導書
左明漢編
湖南工業大學土木工程學院
目錄前言1
實驗注意事項2
實驗一 、土的含水量實驗4
實驗二 、土的密度實驗6
實驗三 、液塑限聯合測定法測定土的液塑限實驗8
實驗四 、土的固結實驗10
實驗五 、直接剪下儀測定土的抗剪強度實驗13
實驗六 、土的擊實實驗16
實驗七 、三軸剪下實驗20
前言本指導書是配合建築工程專業、道路與橋梁專業「土質學與土力學」的教材而編寫的，編寫時注意了以下幾點：
1、實驗與講課的關係。實驗內容主要配合講課，加強理論與實踐的聯絡，使講課中的重要內容和原理能通過實驗進一步鞏固、提高、深化。
2、加強基本操作和技能的訓練。常用儀器、主要操作技能都作了文字說明，某些最基本的操作技能則盡可能在不同實驗中多次運用，以利於反覆訓練。
3、培養獨立思考和獨立工作的能力。在配合講課的同時，實驗內容的安排盡可能根據循序漸進的原則，由淺入深 ，由簡到繁。逐步培養學生獨立觀察、分析實驗現象並歸納出結論的能力。
有些實驗還要求學生獨立設計實驗步驟，自己組合、安裝儀器裝置，進一步培養學生解決具體問題的能力。
在編寫過程中，參考了有關院校的資料。由於水平有限，缺點和錯誤在所難免，希望批評指正。
實驗注意事項
為了確保實驗順利進行，達到預定目的，應做到下列幾點：
一、作好實驗前的準備工作：
1、預習實驗指導書，明確本次實驗目的、方法、步驟和注意事項。
2、預習與本次實驗有關的基本原理。
3、對實驗中所用到的儀器、裝置、實驗前應有一定的熟悉和了解。
4、必須清楚地知道本次實驗所需記錄的專案及資料處理的方法，事先做好記錄**。
5、除了解指導書所提方案外，應多設想一些其它方案。
二、遵守實驗室的規章制度：
1、嚴肅認真，保持安靜。
2、愛護裝置及儀器，嚴格遵守操作規程。
3、非本實驗所用裝置及儀器切勿任意動用。
4、實驗完畢後，應將裝置和儀器擦試乾淨，並恢復到原來正常狀態。
三、認真做好實驗：
1、認真聽取教師講解。
2、清點有關實驗用裝置和器材。
3、應有嚴格的科學作風、認真細緻地按照要求的實驗方法和步驟進行。
4、對於帶電或貴重的裝置及儀器，在接線或布置後，應經教師檢查通過後，才能開始實驗。
5、實驗過程中，應密切觀察實驗現象，隨時進行分析，若發現異常現象，應及時總結。
6、記錄下全部所需測量資料，以及儀器型號、精度、量程，試件尺寸。如實驗結果與溫度有關還應記錄溫度、濕度。原始資料不得任意修改。
7、教學實驗是培養學生動手能力的乙個重要環節，在實驗小組中雖有一定分工，但每個學生都必須自己動手，完成實驗環節。
8、如學生希望觀察一些與本實驗有關的其他現象，或用另外方案進行測量，在完成本實驗規定專案後，經教師同意可以進行。
四、寫好實驗報告：
實驗報告是實驗的總結，通過實驗報告的書寫，可以提高分析問題的能力，因此必需獨立完成。報告要求整潔清楚，要有分析和自己的觀點，並進行討論。
一般實驗報告應具有下列內容：
1、實驗名稱，實驗日期，實驗者及同組成員。
2、實驗目的。
3、實驗的基本原理、方法及步驟。
4、裝置及儀器型號、精度、量程等。
5、實驗資料及其處理——應包括全部原始資料，並註明測量單位。最好以**形式，列出資料的運算過程。
6、討論：應根據實驗結果及實驗中觀察到的現象，結合基本原理進行分析討論，如實驗物件有理論解，則應與理論計算結果進行比較。
實驗一土的含水量實驗
一、實驗內容及要求
1、實驗內容
由實驗室提供擾動土樣，要求用室內烘乾法或酒精燃燒法測定其含水量，了解擾動土含水量情況。
2．實驗要求
要求了解實驗原理，掌握實驗方法，並對實驗資料進行分析、整理。
二、實驗目的、意義
土的含水量是土在100～105℃下烘至恆溫時所失去的水分質量和達到恒重後幹質量的比值，以百分數表示。其目的是測定土的含水量，了解土中含水量情況。
三、儀器裝置
1．烘箱：可採用電熱烘箱或溫度能保持100～105℃的其它能源烘箱，也可用遠紅外線烘箱。
2．酒精：純度95%。
3．天平：稱量200g，最小分度值0.01g；稱量1000g，最小分度值0.5g。
4．其它：乾燥器、土盒、滴管、小勺、土樣盤、調土刀等。
四、試樣製備及準備工作
1．取代表性擾動土樣3～4kg，充分拌勻備用。
2．土盒稱重列表備查。
五、操作步驟
1．烘乾法
（1）選取代表性擾動土樣約5～10g，放入質量為g。土盒內（注意盒蓋與盒底編號對應），立即蓋好盒蓋，稱溼土加盒重g1，精確至0.01g。
（2）揭開盒蓋並套在盒底下，一起放入烘箱，在溫度100～105℃下烘至恒重（烘至恒重的時間因土的性質及土重不同而異，一般土重15～30g時，砂土需1～2h，粉土需6～8h，粘土約需10h）。
（3）將烘乾後的試樣連盒取出，蓋好盒蓋，放入乾燥器內冷卻至室溫，稱出乾土加盒重g2，精確至0.01g。
2．酒精燃燒法（演示）
（1）取代表性試樣若干g（粘性土5～10g，砂性土20～30g），用小刀將試樣分散，按烘乾法稱濕土重。
（2）揭開盒蓋，用滴管將酒精注入試樣，直至土盒中呈現自由液面為止。為使酒精充分浸透試樣，可將盒底在桌上輕輕敲擊。
（3）將盛有酒精的試樣放在非易燃物上（如水泥檯面），點燃土盒中的酒精，燒至火焰熄滅。
（4）等試樣稍為冷卻，重新滴入酒精，再次燃燒。一共需燃燒2～3次。
（5）最後一次火焰熄滅後，立即蓋好盒蓋，待稍冷卻後，稱乾土重。
六、注意事項及說明
1．含水量實驗應採用能控制溫度的烘乾法作為標準方法，但此法常受裝置和時間的限制，因此，在工地常用一些快速測定的方法，其中酒精燃燒法是比較準確、簡易的一種方法。
2．土樣的有機質（泥炭、腐植質等）含量不應超過乾土重5%（由於在高溫下長時間焙烘，可使有機質分解或氧化，其質量因而變化，故有機質含量過多，所測得的含水量就不準確。）如果土的有機質含量在5%～10%之間的土，烘箱溫度宜控制在65～70℃的恆溫下烘乾。
3．含水量實驗應進行兩次平行測定，取其算術平均值，兩次測定允許平行差值見表1-1。
七、結果整理與分析
試樣含水量，應按下式計算：
1-1）
式中 ——含水量（%）；計算準確至0.1%；
——土盒+濕土重（g）；準確至0.01g；
——土盒+乾土重（g）；準確至0.01g；
——土盒重（g）（由實驗室提供）。
實驗二土的密度實驗
一、實驗內容及要求
1．實驗內容
用實驗室製備好，將擾動土經擊實後的試件用環刀法測定其密度，用取土器法進行密度測定演示。
2．實驗要求
了解實驗原理，掌握測定方法和結果計算整理。
二、實驗目的、意義
土的單位體積的質量稱為密度。在天然含水量情況下的密度稱為天然密度。測定密度的目的為了解土體內部結構的密實情況，計算土的自重壓力。
三、儀器裝置
1．環刀法
（1）環刀：內徑為61.8mm，高度為20mm。
（2）天平：稱量500g，最小分度值0.1g；稱量200g，最小分度值0.01g。
（3）其它：修土刀、凡士林等。
2．取土器法（演示）
（1）取土器（圖2-1）：包括環刀、環蓋、
定向筒和擊錘系統（導桿、落錘、手柄）。
（2）其它：修土刀測定含水量裝置等。
四、試樣製備及準備工作
1．取擾動土樣風乾（烘乾），過2mm篩，
按需要加水拌勻悶料一晝夜。
2．將擾動土按要求擊實成試件備用，並測
其含水量。
3．在野外，選擇一合適地面，整平其地面，
進行以土器法演示的準備。
五、操作步驟
1．環刀法
在環刀內壁塗一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，將環刀垂直下壓，並用修土刀沿環刀外側切削土樣，邊壓邊削，直至土樣高出環刀，然後用鋼絲鋸整平刀環刀兩端土樣，擦淨環刀外壁，稱環刀和土的總質量，並取餘土測定含水量。
2．取土器法（粘性土）
（1）在實驗地點，將面積30cm×30cm的一塊地面剷平。如係檢查填土壓實密度時，應將表面未壓實土層清除乾淨，並將壓實土層鏟去一部分（其深度視需要而定），使環刀打下後能達到規定的取土深度。
（2）利用齒釘將定向筒固定於鏟好的地面上，順次將環刀、環蓋放入定向筒內。
（3）按土質乾濕和緊密情況，可採用下列方法之一將環刀壓入或打入土中。
a、直接壓入法：將導杆座對準環刀蓋上面凹槽，兩手按住手柄，以均勻壓力將環刀垂直壓入土中，至環蓋頂面與定向筒上口齊平為止。
b、落錘打入法：若土質堅硬不能直接壓入時，可用落錘將環刀打入土中，至環蓋頂面與定向筒上口齊平為止。
c、手錘打入法：若用落錘打入有困難時，應另換地方用手錘再行鎚擊。
（4）去掉擊錘（或手錘）和定向筒，用鎬將環刀及土樣挖出。
（5）輕輕取下環蓋，用修土刀削去環刀兩端餘土，並將其修平。
（6）擦淨環刀外壁，稱環刀和土的總質量，精確至1g 。
（7）自環刀中取出具有代表性的試樣測定其含水量。
（8）如為濕潤的砂土，實驗時可不需用擊錘和定向筒，在剷平的地面上，細心挖出乙個直徑較環刀外徑略大的砂土柱，環刀刃口向下，置於砂土上，用手平穩地將環刀垂直壓下，直至砂土樁突出環刀上端約2cm時為止。
削平環刀上口餘砂土，用直尺刮平。在環刀上口蓋一平滑的木板，一手按住木板，另一手用小鏟將試樣從環刀底部切斷。然後將裝滿試樣的環刀反轉過來，削去環刀刃口上的餘砂土。
並用直尺刮平，擦淨環刀外壁，稱環刀和土的總質量並測其含水量。
六、注意事項及說明
1．原狀土樣用環刀取樣時，土樣應按自然沉積方向放置。原狀土樣和需要保持天然濕度的擾動土樣在實驗前應妥善保管，並應採以防止水分蒸發的措施。
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《土質學與土力學》複習
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