土工實驗指導書

長春工程學院

岩土工程測試實驗室

2006.4

目錄實驗一含水率試驗（烘乾法）

實驗二密度試驗（環刀法）

實驗三土粒密度（比重）試驗

實驗四土的液限、塑限試驗

實驗五土的固結試驗（快速法）

實驗六土的直接剪下試驗（快剪）

實驗七土的擊實試驗

實驗一含水率試驗（烘乾法）

１. 基本原理

土的含水量是試樣在105 ~ 110 0c下烘至恒量時失去的水質量和乾土質量的比值，用百分比表示。含水量是土的基本物理性指標之一，它是計算土的幹密度，孔隙比，飽和度等的必要指標，亦是檢測土工構築物施工質量的重要指標。

目前國內外測定含水量的方法有多種。主要有烘乾法，酒精燃燒法，砂土炒乾法等。但能確定質量，操作簡便又能符合含水量定義的試驗方法仍以烘乾法為主。

２. 適用範圍

本試驗方法適用於粘性土、砂性土和有機質土類。

３. 儀器裝置

(1). 烘箱：可採用電熱烘箱或溫度能保持100 ~105 0c的其它能源烘箱，也可用紅外線烘箱。

(2). 天平：稱量200g；感量0.01g。

(3). 其它：，乾燥器，稱量盒等。

４. 操作步驟

（１）.取具有代表性試樣，粘性土為１５~ 20 g ，砂性土，有機質土為 50 g ，放入稱量盒內，蓋上盒蓋，稱濕土質量，精確至0.01g 。

（２）.開啟盒蓋，將稱量盒置於烘箱內，在100 ~ 105 0c恆溫下烘乾。烘乾時間對粘性土不得少於８h，對砂性土不得少於６h。

對含有機質超過５％的土，應將溫度控制在65~70 0ｃ的恆溫下烘乾。

（３）.將稱量盒從烘箱中取出，蓋上盒蓋，放入乾燥容器內冷卻至室溫，稱乾土質量，精確至0.01g 。

５. 成果整理

(1).試樣的含水量，應按下式計算，精確至0.1%

式中w0―土的含水量％；

m0―試樣溼質量（ g ）；

md――試樣幹質量（ g ）。

(2).含水量試驗應進行兩次平行測定，兩次測定的差值，當含水量小於40％時不得大於大於40％時不得大於２％。取兩次測值的平均值。

(3).記錄格式見表 1－1

６. 注意事項

(1).試驗規定烘乾濕度為105 ~110 0c，這是因為：①取決於土的水理性質；②目前國外一些重要土工試驗標準，烘乾濕度在100 ~ 115 0c之間，而多數以105 ~ 115 0c 為標準，故本試驗採用105 ~ 110 0c 。

(2).試樣烘至恒量所需的時間與土的類別及取土數量有關。本試驗規定土量為15 ~ 30 g對砂性土宜烘6 ~8 h ，粘性土宜烘8~10 h。

砂性土、礫質土因持水性差，顆粒大小相差懸殊，水分變化大，所以試驗應多取一些，本試驗規定取50g 。對有機質含量超過５％的土，因土質不均勻，採用烘乾法時，除註明有機質含量外，亦應取50g 。

(3).含有機質土在100 ~ 105 0c濕度下經長時間烘乾後，有機質特別是腐植酸會在烘乾過程中逐漸分解而不斷損失，使測得的含水量比實際的含水量大，土中有機質含量越高誤差就越大。故本試驗對有機質含量超過５％的土，規定在６５~７０0ｃ的恆溫下進行烘乾。

(4).進行含水量試驗時，常因試樣代表性不足，而使測定結果失支實際意義，因此選取土樣時需細心拌和均勻。此外，含水量試樣應根據試驗目的和要求選取。

若為了了解全土層綜合而概略的天然含水量，可沿土剖面豎向切取土樣，如是配合壓縮，抗剪強度，滲透試驗，應在切取試樣環刀的上下兩面選取土樣。

(5).烘乾的試樣應先冷卻再稱質量，一是避免因天平受熱不均影響精度，二是防止熱土吸收空氣中的水分。為此，試樣應放在裝有乾燥劑（如氯化鈣）的缸內冷卻，缸口塗以凡士林，與外界空氣隔絕，試樣在乾燥缸內冷卻至室溫，即可稱質量。

７. 思考題

（1）為什麼粘性土烘的時間要長？

（2）當土中有機質含量高時，為什麼測得的含水量比實際的含水量要大？如何減少誤差？

實驗二密度試驗（環刀法）

１. 基本原理

土的單位體積質量為土的密度。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了解土體內部結構的密實情況。工程中需要以容重值表示時，將實測密度值乘以換算係數即可。

測定土的密度的方法有很多，主要有環刀法，蠟封法，灌水法，灌砂法等，它們適用於不同的土質情況，下面分別作一介紹。

２. 適用範圍

本試驗方法適用於粘性土，是最常用的實驗室方法。

３. 儀器裝置

①.環刀：內徑為61.8±0.15mm和 79.8±0.15mm高度為20±0.016mm。

②.天平：稱量500g；感量0.1g；

③.其他：修土刀，鋼絲鋸，凡士林等。

4. 操作步驟

①按工程需要取原狀土或製配所需狀態的攏動土，整平兩端，將環刀內壁塗一薄層凡士林，刀口向下放在上。

②用修土刀（或鋼絲鋸）將上部削成略大於環刀直徑的土柱，然後將環刀垂直下壓，邊壓邊削至土樣伸出環刀上部為止。削去兩端餘土，使與環刀口面齊平，並用剩餘土樣測定含水量。

③擦淨環刀外壁，稱環刀與土盒質量m1 ,準確至0.1g 。

④ 本試驗須進行二次平行測定，其0.03g/cm3 。求其算術平均值。

５.成果整理

１.按下列公式計算密度

式中：－溼密度，g/cm；

環刀與土樣之質量，g ；

環刀的質量，g ；

v－土的體積，cm。

計算準至0.01g/ cm。

２. 記錄格式見表1—2

實驗三土粒密度（比重）試驗

一. 基本原理

土粒密度是指土的固體部分的單位體積的質量。

土的固體部分質量可用精密天秤測得。相應之土粒的體積一般應用排除與土粒同體積之液體的體積方法測得。通常用比重瓶法測定土粒的體積，此法適用於粒徑小於5mm或者含有少量5mm顆粒的土。

粒徑大於5mm的土則用虹吸筒法，該方法的原理是將顆粒放入盛有一定水位的虹吸筒中，排開的水量即為試樣的體積。對於砂土可用大型的李氏比重瓶法，其原理與虹吸筒法相似。

在用比重法測定土粒體積時，必須注意所排除的液體體積確能代表固體顆粒的真實體積。土中含有氣體，試驗時必須把它排盡，否則影響測試精度，可用煮沸法或抽氣法排除土內氣體。所用的液體一般為蒸餾水。

若土中含有大量的可溶鹽類、有機質、膠粒時，則可用中性液體，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此時必須用抽氣法排氣。

二. 儀器裝置

1. 比重瓶容量100cm或者50cm；有毛細式與長頸式兩種；

2. 分析天秤感量0.001g，稱量200g；

3. 砂浴（或可調電加熱器）；

4. 真空抽氣裝置；

5. 恆溫水槽；

6. 溫度計測定範圍0－50℃，精確至0.5℃；

7. 其它烘箱、蒸餾水、中性液體、小漏斗、幹毛巾、小洗瓶、磁缽及研棒、孔徑為2mm篩等。

三. 操作步驟

１．土樣的製備

取有代表性的風乾土樣約100g，充分研散並全部過2mm的篩。將過篩風乾土及洗淨的比重瓶在100－105℃下烘乾，取出後置於乾燥器內冷卻至室溫稱量後備用。

２．測定乾土的質量

稱烘乾土15g通過漏斗傾入已知質量的烘乾比重瓶中，然後在分析天平上稱得瓶加土的質量，減去瓶的質量即得土粒質量。

３．煮沸（或抽氣）排氣

（１）煮沸排氣注蒸餾水於盛有土樣的比重瓶中至半滿，輕搖比重瓶使土粒分散，將瓶置於沙浴上煮沸，由開始沸騰時算起，若為砂土及亞砂土煮沸時間應不少於30分鐘，粘土及亞粘土應不少於1小時，以排除氣體。

(2 )抽氣排氣將盛有土樣及半滿蒸餾水之比重瓶放在真空抽氣缸內，接上真空幫浦，真空度應接近乙個大氣壓，直至搖動時無氣泡逸出為止，抽氣時間一般為1－2小時。

4. 測定瓶加水加土之質量

（1）若用煮沸排氣法時，煮沸完畢後，取出比重瓶冷卻至室溫，注蒸餾水於比重瓶中（毛細式注至近滿加蓋，長頸式則注至近刻度處）。然後將比重瓶置於恆溫水槽內待溫度穩定，瓶內上部懸液澄清後，取出比重瓶。

（2）若為毛細式比重瓶應注蒸餾水至瓶口，塞上瓶塞，使多餘的水自毛細管中溢位。瓶塞塞好後，瓶內不應留有空氣，如有應再加水重新塞好。將瓶外水分擦乾後稱量，得瓶、水、土之質量稱完後立即測定瓶內懸液之溫度。

若為長徑式比重瓶，應加蒸餾水於刻度處，擦乾瓶外水分稱量。

5. 測定瓶加水之質量

倒掉瓶中懸液，洗淨比重瓶，灌滿蒸餾水加蓋，恆溫約15分鐘，使瓶內蒸餾水溫度與懸液的溫度一致。檢查瓶內有無氣泡，若有，需排除之。然後擦乾瓶外水分稱量，得瓶加水的質量。

6. 按下式計算土粒的密度，準確至0.01g/cm3。

式中：－土粒的質量，g；

－瓶加水加土的質量，g；

－瓶加水的質量，g；

－t℃時蒸餾水的密度，可由表ⅰ－ⅰ查得。

7. 本實驗須進行兩次平行測定，取其算術平均值，其平行差值不得大於0.02g/cm。

表ⅰ－ⅰ 不同溫度時水的密度

四. 注意事項

1.煮沸（或抽氣）排氣時，必須防止懸液濺出瓶外，火力要小，並防止煮幹。必須將土

中氣體排盡，否則影響實驗成果。

2.必須使瓶中懸液與蒸餾水的溫度一致。

3. 稱量必須準確，測定m1及m2時，必須將比重瓶外水分擦乾。

4.若用長頸式比重瓶，液體灌滿比重瓶時，液面位置前後必次應一致，以彎液面下緣為準。

五. 思考題

1. 土中空氣如不排除，所得土粒密度偏大不是偏小？為什麼？

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