§1 土的基本性质试验
§1.1 密度试验
一、概述
密度试验的目的是测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用，这里所指的密度是天然密度。密度试验方法有环刀法，蜡封法，灌水法，灌砂法等。这里仅介绍环刀法，该实验方法仅适用于细粒土。
二、仪器设备
1、环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。
2、天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g。 3、切土刀，毛玻璃板或圆玻璃片等。 三、试验步骤
1、称取环刀质量。
2、根据试验要求用环刀切取试样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上，切取试样时应在环刀内壁涂一层凡士林。
3、将环刀的刀口向下放在土样上，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。
4、根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。
四、计算与记录
1、试样的密度，按下式计算：
??m （1.1） V32、本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm，取两次测定的平均值。
3、记录
环刀法试验的记录格式如下：
土样编号 试验方法 试验者 计算者 试验日期 校核者 试样编号 环刀号 环刀质量 (g) 环刀+湿土质量 湿土质量 (g) (g) 试样体积 (cm3) 密度 (g/cm3) 平均密度 (g/cm3)
1
§1.2 含水量试验
一、概述
含水量试验的目的测定土的含水量，以了解土的含水情况，含水量是计算土的干密度、孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理性质不可缺少的一个基本指标。含水量测定方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。烘干法试验:适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。
二、仪器设备
1、电热烘箱：应能控制温度为105~1100C。
2、天平：称量200g,最小分度值0.01g，称量1000g，最小分度值0.1g。 3、干燥器（通常用装有氯化钙干燥剂）。 4、称量盒，削土刀，玻璃板或盛土容器等。 三、试验步骤
1、称取称量盒质量。
2、取具有代表性试样15～30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。
3、打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~1100C的恒温下烘至恒量。烘干时间对粘土、粉土不得少于8h，对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5﹪的土，应将温度控制在65~700C的恒温下烘至恒量。
4、将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，准确至0.01g。
四、计算与记录 1、计算
试样的含水量，按下式计算，准确至0.1﹪。
??mw?100% （1.2） ms式中：mw——水的质量，g； ms——干土质量，g。
本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水量小于40％时为1％；当含水量等于、大于40％时为2％，取两个测值的平均值，以百分数表示。
2、记录
含水量试验的记录格式如下：
土样编号 试验方法 试验者 计算者 试验日期 校核者 盒号 2
盒质量 (g) 盒+湿土质量(g) 盒+干土质量(g) 水的质量 (g) 干土质量 (g) 含水量 (%) 平均含水量 (%) §1.3 比重试验
一、概述
℃
土粒比重是指土在温度100~105℃下恒重时的质量与同体积蒸馏水在4时质量的比值。土粒比重是计算土的孔隙比、饱和度以及其他物理力学指标不可缺少的一个基本指标。试验方法有比重瓶法、浮称法和虹吸管法，这里仅介绍比重瓶法。比重瓶法适用于粒径小5mm土。
二、仪器设备
1、比重瓶：容积100mL或50mL,分长颈和短颈两种。 2、恒温水槽：准确度应为?1℃ 。 3、砂浴：应能调节温度。
4、天平：称量200g，最小分度值0.001g。
5、温度计：刻度为0～50℃ ,最小分度值为0.5℃ 。 三、试验步骤
1、称比重瓶的质量。
2、将比重瓶烘干。称烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称烘干试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。
3、向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应少于30min，粘土、粉土不得少于1h。沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。对砂土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体（煤油）代替纯水，采用真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地一个大气负压值，抽气时间不得少于1h。
4、将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）和注入装有试样悬液的比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处；当用短颈比重瓶时应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g；并应测定瓶内的水温，准确至0.5℃。
5、倒去悬液、洗净比重瓶，并注入室温的蒸馏水至近满，把瓶塞塞紧，待多余的水分从瓶塞的毛细管中溢出。擦小孔上和比重瓶外的水、秤瓶水质量，准确至0.001g。
四、计算与记录 1、计算
土粒的比重，应按下式计算：
ds?ms?dwt （1.3）
mbw?md?mbws式中：mbw——比重瓶、水总质量，g；
mbws——比重瓶、水、试样总质量，g； dwt——水在t℃时的比重。
3
2、记录
比重瓶法试验的记录格式如下：
土样编号 试验方法 试验者 计算者 试验日期 校核者 比重 瓶号 温度 (0C) 液体 比重瓶质量 干土质量 瓶+液体质量 比重 (g) (g) (g) 瓶+液体+干土 总质量 (g) 比重 平均值 水的密度表
温度 （℃） 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 水的密度 （g/cm3） 1.0000 1.0000 0.9999 0.9999 0.9999 0.9998 0.9997 0.9996 0.9995 0.9994 0.9992 温度 （℃） 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 水的密度 （g/cm3） 0.9991 0.9989 0.9988 0.9986 0.9984 0.9982 0.9980 0.9978 0.9975 0.9973 0.9970 温度 （℃） 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 水的密度 （g/cm3） 0.9968 0.9965 0.9962 0.9959 0.9957 0.9953 0.9950 0.9947 0.9944 0.9940 0.9937
4
§2 界限含水量试验
一、概述
界限含水量试验包括液限试验和塑限试验。液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量，塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。目的是测定土的液限和塑限，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类、判定稠度状态以及估算地基土承载力等的一个依据。试验方法有联合测定法、碟式仪法、滚搓法等，这里仅介绍联合测定法。联合测定法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不超过土颗粒干质量5%的细粒土，如果有机质含量在5％~10％之间，仍允许按本试验方法进行，但必须在记录中注明。
二、试验原理
界限含水量中的液、塑限试验，各国通常是采用碟式仪测定液限，而塑限是采用手工操作的搓滚法，即试样搓滚至3 mm时试样发生裂缝和断裂时相应的含水量。这两种方法受仪器和人为因素的影响很大。为此，我国从20世纪50年代就采用质量为76 g，倾角为300的圆锥，贯人深度为10mm作为液限的标准，并且探讨过代替搓滚法的其他方法。经过20多年的经验积累和对比试验，与碟式仪和搓滚法进行了相关分析，根据重塑粘性土含水量与强度之间的唯一关系，确定了等效于碟式仪和搓滚法的圆锥仪的贯人深度，从而建立了液、塑限联合试验的测定方法。
试验研究表明圆锥人土深度(h)与粘性土的含水量(w)成良好的双对数关系：
lgh?mlgw?c （2.1） 21 11 10 9 X S 该关系就是液、塑限联合测定方法的理论基础。
三、仪器设备
1、联合测定仪：包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。圆锥质量为76g，锥角为300 ；读数显示宜采用光电式、游标式和百分表式；试样杯内径为40mm，高度为30mm。
2、天平：称量200g，最小分度值0.01g。 四、试验步骤
1、本试验宜采用天然含水量试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm筛。
2、当采用天然含水量土样时，取代表性土样250g；采用风干试样时，取0.5mm筛下的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。
3、将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样应充分搓揉，密
2 3 4 6 12 8 7 13 14 图2.1 光电式液、塑限联合试验仪
1–屏幕，2–零线调节螺丝；3–聚光镜；4–光源； 5–微分仪，6–圆锥仪；7–升降座；8–盛土杯； 9–放大镜；10–电磁铁；11–反射镜； 12–指示灯及开关；13–线路板；14–水准器
5
实地填入试样杯中，填满后刮平表面。
4、将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。
5、调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座，使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上），取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水量。
6、将全部试样再加水或吹干并调匀，重复本条3至5款的步骤分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水量。液塑限联合测定应不少于三点（圆锥入土深度宜为4~5mm，9~10mm，16~18mm）。
五、计算与记录
1、试样的含水量按下式计算：
?o＝（
mo?1)?100 （2.2） md式中：md——干土质量，g；
m0――湿土质量，g。
2、以含水量为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一直线上。当三点不在一直线上时，通过高含水量的点和其余两点连成二条直线，在下沉为2mm处查得相应的2个含水量，当两个含水量的差值小于2％时，应以两点含水量的平均值与高含水量的点连一直线，当两个含水量的差值大于、等于2％时，应重做试验。 20
15
10
7
5
4
3
2
1
含水量? (%)
图2.2 s~? 关系曲线
圆锥入土深度s(mm) 20 10 12 14 16 30 25 6
35 40 3、在含水量与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水量为10mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1％。
4、塑性指数应按下式计算：
Ip??L??p （2.3）
式中：Ip――塑性指数；
?L——液限，％； ?p——塑限，％。
5、液性指数应按下式计算：
IL=
?O??PIP （2.4）
6、液 、塑限联合测定法试验的记录格式见下表：
土样编号 试验方法 试验者 计算者 试验日期 校核者 圆锥下沉深度 （mm） 盒质量 （g） 盒+湿土 盒+干土 质量 （g） 质量 （g） 干土质量 水的质量 含水量 平均含水量 （g） （g） （%） （%） 盒号
7
§3 渗透试验
一、概述
渗透试验的目的是测定土的渗透系数，验证达西定律。渗透试验的方法有常水头渗透试验和变水头渗透试。常水头渗透试验适用于砂性土，变水头渗透试验适用于粘性土。试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法进行脱气。试验时的水温，宜高于室温3~40C。
二、试验原理 1、常水头试验
常水头的意义就是在整个试验过程中保持水头为常数。根据达西定律可知流过试样的水量跟试样的横截面积、试样的上下水位差和渗流时间成正比，跟渗流路径(即试样高度) 成反比，该比例常数就是渗透系数，即：
Q?k整理得：
Aht lk?Ql （3.1） Aht式中：k——渗透系数，cm/s；
A——试样横截面积，cm2；
l——渗流路径 (即试样高度)，cm； h——常水头，cm； t——渗流时间，s；
Q——t时间内的渗透水量，cm3。 2、变水头试验
细粒土由于渗透系数很小，单位时间内渗透水量很小，测定渗透水量所需时间很长，受蒸发和温度变化影响的实验误差大，故采用变水头试验。所谓变水头试验就是在整个试验过程中，水头差随时间变化的试验方法。试验过程中，某一时间t作用于试样上的水头为h，经过dt时间间隔以后，变水头管的水位降落dh，则从时间t至t+dt时间间隔内流经试样的水量dQ为：
dQ??adh （3.2a）
式中：a——变水头管的横截面积，cm2。负号表示水量Q随水头h的降低而增加。
根据达西定律，在dt时间间隔内流经试样的水量dQ为：
dQ?kiAdt?k由式3.2a和式3.2b得：
hAdt （3.2b） ldt??aldh （3.2c） kAh两边积分，并注意到试验中，t=t1的水头高度为h1，t=t2的水头高度为h2，则有：
8
?t2t1dt???h2h1aldh （3.2d） kAht2?t1?alh1ln （3.2e） kAh2k?或者
halln1 （3.2）
A(t2?t1)h2hallog1 （3.3）
A(t2?t1)h2k?2.3式中：h1——起始时刻t1时的水头，cm；
h2——结束时刻t2时的水头，cm； 其他符号意义同前。
三、常水头渗透试验 (一)、仪器设备
常水头渗透仪装置由金属封底圆筒，金属孔板、滤网、测压管、供水瓶和量杯等组成。金属封底圆筒内径为10cm，高为40cm．当使用其他尺寸的试样筒时，试样筒内径应大于试样最大粒径的10倍。
另有木锤、秒表等。 (二)、实验步骤
1、装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将调节器与供水管相连，从渗水孔向试样筒充水至高出滤网顶面。
2、取具有代表性的风干土样3~4kg，测定其风干含水量。将风干土样分层装入试样筒内，用木槌轻轻击实并根据预定的孔隙比控制试样厚度。当试样中含粘粒时，应在滤网上铺2cm厚的粗砂作为过滤层，防止细粒流失。每层试样装完后，从渗水孔向试样筒充水至试样顶面，使试样逐渐饱和，最后一层试样应高出测压管3~4cm，并在试样顶面铺2cm砾石作为缓冲层。当水面高出试样顶面时，应继续充水至溢水孔有水溢出。
3、称剩余土样的质量，并计算试样质量和试样高度。
7 8 4 6 L 1 13 5 9 3 11 h2 h1 L 12 10 2 图3.1 常水头渗透仪装置
1.金属圆筒；2.金属孔板；3.测压管； 4.溢水管；5.调节管；6.滑动支架； 7.供水瓶；8.止水夹；9.温度计；10.量杯； 11.砾石层；12.钢丝筛布滤网；13.试样
9
4、检查测压管水位，当测压管水位与溢水孔水位不平时，用吸球调整测压管水位，直至两者水位齐平。
5、提高调节管至溢水孔以上，将供水管放人试样筒内，开止水夹，使水由顶部注入试样筒，降低调节管至试样上部 1／3高度处，形成水位差使水渗入试样，经过调节管流出。调节供水管止水夹，使进入试样筒的水量多于渗出的水量，溢水孔始终有水溢出，保持试样筒内水位不变，试样处于常水头下渗透。
6、当测压管水位稳定后，测记水位。并计算各测压管之间的水位差。按规定时间记录渗出水量，接取渗出水量时，调节管口不得浸入水中，测量进水和出水处的水温，取平均值。
7、降低调节管至试样的不同高度处重复测定，当不同水力坡降下测定的数据接近时，结束试验。
8、根据工程要求，改变试样的孔隙比，继续试验。
(三)、计算与记录 1、计算
⑴渗透系数应按下式计算：
kt?Ql Aht式中：kt——水温为T℃时试样的渗透系数，cm/s；
Q——时间t秒内的渗出水量，cm3； l——两测压管中心间的距离，cm； A——试样的断面积，cm2；
h——平均水位差，cm；h?h1?h2 2t——时间，s。
⑵标准温度下的渗透系数应按下式计算：
k20?kt?t （3.4） ?20式中 k20——标准温度(20C)时试样的渗透系数，cm/s； ?t——T℃时水的动力粘滞系数，kPa·s； ?20——20℃时水的动力粘滞系数，kPa·s。
⑶根据计算的渗透系数，应取3~4个在允许差值范围内的数据的平均值，用以作为试样在该孔隙比下的渗透系数(允许差值不大于2?10-n)。
⑷当进行不同孔隙比下的渗透试验时，应以孔隙比为纵坐标，渗透系数的对数为横坐标，绘制关系曲线。
2、记录
10
常水头渗透试验的记录格式如下：
组别 试验日期 试样编号
孔隙比 试样高度 试样面积 测压孔间距 cm 经序号 过时间(s) Ⅰ管 Ⅱ管 Ⅲ管 h1 h2 H 测压管水位(cm) 水位差(cm) 渗水量(cm3) t℃渗透系数(cm/s) 水温(℃) 校正系数 10℃渗透系数(cm/s) 平均渗透系数(cm/s) 四、变水头渗透试验 (一)、仪器设备
变水头渗透装置：由渗透容器、变水头管、供水瓶、
3 进水管等组成渗透容器由环刀、透水石、套环上盖和下盖组成。透水石的渗透系数，应大于试样的渗透系数。变水头管的内径，根据试样的渗透系数选择不同尺寸，长度宜为lm以上。 (二)、试验步骤
1、将装有试样的环刀装入渗透容器，用螺母旋1 紧，要求密封至不漏水不漏气。并进行抽气饱和。 2、将渗透容器的进水口与变水头管连接。利用供水瓶中的水向进水管充满水，并渗入渗透容器，开
2 排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无
5 气泡，关排气阀，放平渗透容器。 7 6 4 3、向变水头管注水，使水升至预定高度，待水
位稳定后开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水图3.2 变水头渗透装置 溢出时开始测记，记录起始水头和起始时间，按预定1.变水头管；2.渗透容器；3.供水瓶； 时间间隔测记水头和时间变化，并测记出水口的水4.水源管；5.管夹；6.排气管；7.出水管 温。
4、将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化。重复试验5~6次。
(三)、计算与记录 1、计算
⑴渗透系数按下式计算：
h1 kt?2.3
haLlog1
A(t2?t1)h211
h2 式中：a——变水头管的断面积(cm2)。
⑵标准温度下的渗透系数，按下式计算：
k20?kt2、记录
变水头试验记录格式如下：
?t ?20组别 试验日期 试样编号
孔隙比 试样高度 试样面积 变水头管面积
开始 序号 时间t1 (s) 初水位h1 (cm) 终了 时间t2 (s) 终水位h2 (cm) 经过 时间 (s) t℃渗透20℃渗透平均渗透校正系数 系数水温(℃) 系数系数?t/?20 (cm/s) (cm/s) (cm/s) 水的动力粘滞系数?、粘滞系数比?t/?20
温度 ℃ 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 ?t(10-6) kPa·S 1.144 1.130 1.115 1.101 1.088 1.074 1.061 ?t/?20 1.133 1.119 1.104 1.090 1.077 1.066 1.050 温度 ℃ 20.5 21.0 21.5 18.5 19.0 19.5 20.0 ?t(10-6) kPa·S 0.998 0.986 0.974 1.048 1.035 1.022 1.010 ?t/?20 0.988 0.976 0.964 1.038 1.025 1.012 1.000 温度 ℃ 22.0 22.5 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 ?t(10-6) kPa·S 0.963 0.952 0.941 0.919 0.899 0.879 0.859 ?t/?20 0.953 0.943 0.932 0.910 0.890 0.870 0.850
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§4 固结试验
一、概述
固结试验是将天然状态下原状土样或人工制备的扰动土，制备成一定规格的试件，然后置于压缩仪内，在不同荷载和有侧限条件下测定其压缩变形。目的是测定土的压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数、固结系数及先期固结压力等，用来判断土的压缩性和进行变形计算。该实验方法适用于饱和的粘土，当只进行压缩时，容许用非饱和土。
二、仪器设备
1、固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成。
7 6 ⑴环刀：内径为61.8mm和79.8mm,高度为20mm。环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一层硅脂或聚四氟乙烯。 4 5 3 ⑵透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，
1 其渗透系数应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，
2 顶部透水板直径应小于环刀内径0.2-0.5mm；用浮环8 式容器时上下端透水板直径相等，均应小于环刀内径。
2、加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标
图4.1 压缩仪构造图
准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》GB/T15406
1.水槽；2.护环；3.环刀；4.加压上盖；
的规定。
5.透水石；6.量表；7.量表架；8.试样
3、变形量测设备：量程10mm,最小分度值为
0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2％的位移传感器。
4、固结仪及加压设备应定期校准，并应作仪器变形校正曲线，具体操作见有关标准。 5、试样制备同原状土试样制备的方法，并测定试样的含水量和密度，取切下的余土测定土粒比重。试样需要饱和时，应按有关标准进行抽气饱和。
6、其他：天平、秒表、烘箱、钢丝锯、刮土刀、土盒等 三、实验步骤
1、在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环，试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准，安装百分表或位移传感器。（注意：滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度）
2、施加1kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。
3、分级施加压力。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5、25kPa或50kPa。只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa。压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。
4、需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0.5或0.25。
13
施加的压力应使测得的e—logp曲线下段出现直线段。对超固结土，应进行卸压、再加压来评价其再压缩特性。
5、对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。非饱和试样进行压缩试验时，须用湿棉纱围住加压板周围。
6、测记试样高度变化。需测定沉降速率时，则施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样高度变化，即6?、15?、1?、2?15?、4?、6?15?、9?、12?15?、16?、20?15?、25?、30?15?、36?、49?、64?、100?、400?、23h和24h，至稳定为止。教学试验受时间限制可选择15?、1?、2?15?、4?、6?15?、9?、12?15?、16?、20?15?、25?。当不需测定沉降速率时，则施加每级压力后24h测记试样高度变化作为稳定标准。
7、如需做回弹试验，可在某级压力下固结稳定后卸荷，直至退到第一级压力，每次卸荷至24h后测记试样的回弹量。
8、试验结束后吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出整块试样，测定含水量。 四、计算与记录
1、试样的初始孔隙比，按式4.1计算：
e0?(1??0)ds?w?0?1 （4.1）
式中：e0——试样的初始孔隙比。
2、各级压力下试样固结稳定后的孔隙比，按式4.2计算：
ei?e0?1?e0?hi （4.2） h0e 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0 式中：ei——各级压力下试样固结稳定后的孔隙比。
3、以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标绘制孔隙比与压力的关系曲线，见图4.2。
4、某一压力范围内的压缩系数，按式4.3计算：
a?ei?ei?1 （4.3）
pi?1?pi?1100 200 300 400 500 p(MPa) 图4.2 压缩曲线
式中：a——压缩系数，MPa；
pi——某级压力值，MPa。
5、某一压力范围内的压缩模量，按式4.4计算：
ES?14
1?e1 （4.4） a式中：Es——某压力范围内的压缩模量，MPa。
6、土的压缩指数和回弹指数按下式计算：
Cc?ei?ei?1 （4.5）
pi?1?piei?ei?1 （4.6）
pi?1?piCe?式中：Cc——压缩指数；
Ce——回弹指数，为回弹曲线的平均斜率。 7、确定先期固结压力
先期固结压力由卡萨格兰德作图法确定，具e 体做法为，作e~logp曲线，在曲线上找出最小曲
e0 率半径Rmin对应的点O。过O点作水平线OA，O E A 切线OB及角 ?AOB的平分线OD，OD与曲线D Rmin B 下段直线部分的延长线交于点E，则对应于E点
的压力值即为该原状土的先期固结压力pc，如图4.3所示。
8、求算固结系数Cv
⑴时间平方根法：对于某一压力，以量表读数d为纵坐标，时间t的平方根为横坐标，绘制曲线如图4.4，延长曲线开始段的直线，交纵坐标轴于理论零点d0。过d0绘制另一直线，令其横坐pc p(kPa) 标为前一直线横坐标的1.15倍，则后一直线与曲 图4.3 e?logp曲线 d0
d0
d50
d100 t50 t(min) t90 t(min)
图4.4 时间平方根法 图4.5 时间对数法
线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达90％所需的时间t90。按下式计算该压力下的固结系数Cv：
d(mm)
d(mm) 15
0.848h2 （4.7） Cv?t90式中 h——最大排水距离，等于某一压力下试样初始与终了高度的平均值之半，cm； t90——固结度达到90%所需的时间，s。
⑵时间对数法：对于某一级压力，以量表读数d为纵坐标，时间的对数为横坐标，绘制 d~logt曲线，如图4.5所示。在曲线的开始线段，选任一时间t1，相对应的变形值为dl，再取时间t2= t1/4苛，相对应的变形值为d2，则2 d2-dl之值为d0l。如此再选取另一时间依同法求得d02l、d03l、d04等，取其平均值即为理论零点d0，延长曲线的中部的直线段和过曲线尾部数点作一切线的交点即为理论终点d100；则d50=（d0+ d100）/2。对应于d50的时间即为试样达到固结度为50％所需的时间t50。按下式计算该压力下的固系数系数Cv：
0.197h2 （4.8） Cv?t509、固结试验的记录格式如下：
组别 试验者 试验日期 试样编号
试样面积 cm2 试样初始高度h0 mm 初始孔隙比e0 百分表初读数 加压历时（h） 压力(MPa) 百分表读数 试样变形量(mm) 孔隙比
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§5 直接剪切试验
一、概述
土的内摩擦角?和粘聚力c是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的 指标。直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。该方法设备简单、便于操作。因此，应用广泛。按剪切速率的不同，直剪试验可分为快剪，固结快剪和慢剪三种试验方法。快剪是在试样上施加垂直应力后，立即施加水平力，试样在3~5分钟内剪坏；固结快剪是在试样上施加垂直应力后，待排水固结稳定，再立即施加水平力，试样也在3~5分钟内剪坏。慢剪无论在试样上施加垂直应力还是施加水平力过程中均允许试样排水固结。剪切过程中缓慢地施加水平力，使试样剪坏。同一种土，由于试验方法不同，得到土的抗剪强度指标也不相同。这里只介绍快剪法试验。
二、试验原理
根据库伦定律，土的抗剪强度与法向应力成正比，用公式表示为：
?f??tan??c （5.1）
式中：?f——抗剪强度，即破坏剪应力（kPa）
?——正应力，kPa； ? (kPa) ?——内摩擦角，度； 300 c——粘聚力，kPa。
直剪试验就是根据这一原理，测定土
200 在不同压力下，剪切破坏时破坏面上的剪应力，以剪应力为纵坐标，垂直压力为横? 坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，100 如图5.1所示，直线的倾角为内摩擦角，
c 直线在纵坐标上的截距为粘聚力。
三、仪器设备 100 0 200 300 1、应变控制式直剪仪：由剪切盒、垂
图5.1 土的强度曲线
直加压设备、剪切传动装置、测力计、位移量测系统组成。 4 2、环刀：内径61.8mm，高5 3 6 4 度20mm。
1 2 3、位移量测设备：量程为
土样 10mm，分度值为0.01mm的百
分表；或准确度为全量程0.2％的传感器。
图5.2 应变控制式直剪仪 四、实验步骤
1.螺杆；2.下盒；3.透水石；4.量表； 1、试样制备按原状土试样
5.传压板；6.上盒；7.量力环 制备的步骤进行，每组试样不得
400 ? (kPa) 7 17
少于4个。
2、对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水石和硬塑料薄膜，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放硬塑料薄膜和透水石，将试样小心地推入剪切盒内。
3、移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，依次放上传压板、加压框架，安装水平位移量测装置，并调至零位或测记初读数。
4、根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试样垂直压力应分级施加，以防土样挤出。施加压力后，向盒内注水，当试样为非饱和试样时，应在加压板周围包湿棉纱。
5、施加垂直压力，拔去固定销，开动秒表，立即以0.8mm/min（4~12转/min）的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0.2～0.4mm测记量力环和位移读数，直至量力环读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中量力环读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。
6、当需要估算试样的剪切破坏时间，可按下式计算：
tf?50t50 （5.2）
式中：tf——达到破坏所经历的时间（min）； t50——固结度达50％所需的时间（min）。
7、剪切结束，吸去盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动加压框架，取出试样，测定试样含水量。
五、计算与记录
1、剪应力按下式计算：
??kR （5.3）
式中：?——试样所受的剪应力，kpa；
k——量力环系数，kPa/0.01mm； R——百分表读数，0.01mm。
? (kPa)
200 ?
?
100 ?f
?f c
o 100 0 200 300 400 ? (kPa) ? 图5.3 ?~? 关系 图5.4 土的强度曲线
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2、以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线，如图5.3所示，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。
3、以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线如图5.4所示，直线的倾角为内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。
4、快剪试验的记录格式见下表：
组别 试验者 试验日期
试验方法 量力环系数k （kPa/0.01mm） 百分表初读数 试样编号 垂直压力（kPa） 百分表读数（0.01mm） 剪应力（kPa）
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§6 击实试验
一、概述
击实试验是用锤击使土密度增加的一种方法。土在一定的击实效应下，如含水量不同，则所得的密度也不相同，能使土击到最密状态所要求的含水量，称为最优含水量，其相应的干密度称最大干密度。试验目的是用标准击实方法，测定土的含水量与密度的关系，从而确定土的最大干密度和最优含水量。试验方法分轻型击实和重型击实。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土，重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。这里仅介绍轻型击实试验。 二、仪器设备
1、击实仪的击实筒和击锤尺寸应符合下表规定： 击 实 筒 锤底直径 （mm） 51 锤质量 （kg） 2.5 落高 （mm） 305 内径（mm） 102 筒高（mm） 容积（cm3） 116 947.4 护筒高度 （mm） 50 2、击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒间应有足够的间隙使锤能自由下落；电动操作的击锤必须有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度（轻
1 0
型53.5）均匀分布的装置。
3、天平：称量200g，最小分度值0.01g。 2 4、台秤：称量10kg,最小分度值5g。
5、标准筛：孔径为20mm、40mm和5mm。 3 6、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶或液压式千斤顶，如无此类装置，亦可用刮刀和修土刀从击实筒中取出试样。
三、实验步骤
1、将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座联接好，
4 安装好护筒，在击实仪内壁均匀涂一薄层润滑油。称取一定量
试样，倒入击实筒内，分层击实，轻型击实试样为2~5kg，分
土样 3层，每层27击；每层试样高度宜相等，两层交界处的土面应
刨毛。击实完成时，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。
2、卸下护筒，用直刮刀修平击实筒顶部的试样，拆除底图6.1 标准击实仪 板，试样底部若超出筒外，也应修平，擦净筒外壁，称筒与试1.击锤 2.导筒 3.护筒 4.击实筒 样的总质量，准确至1g并计算试样的湿密度。
3、用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水量，2个含水量的差值应不大于1％。
4、对不同含水量的试样依次击实。 四、计算与记录
1、试样的干密度应按下式计算：
20
?d??0 （6.1） 1??i式中：?i——某点试样的含水量，％。
?d——试样的干密度，g/cm3； ?0——试样的密度，g/cm3。
2、干密度和含水量的关系曲线，应在直角坐标纸上绘制，如图6.2所示。并应取曲线峰值点相应的纵坐标为击实试样的最大干密度，相应的横坐标为击实试样的最优含水量。当关系曲线不能绘出峰值点时，应进行补点，土样不宜重复使用。
1.80 密度?d （g/cm3）
1.70
饱和度100% 1.60
1.50
13
15
17
19
21
23
25
27
含水量w（%） 图6.2 ?d~w关系曲线
3、气体体积等于零（即饱和度100%）的等值线应按下式计算，并应将计算值绘于上图的关系曲线上。
?sat?(?w1?)?100 （6.2） ?dds式中：?sat——试样的饱和含水量，％；
?w——温度40C时水的密度，g/cm3； ds——土颗粒比重。 4、轻型击实试验中，当试样中粒径大于5mm的土质量小于或等于试样总质量的30％时，应对最大干密度和最优含水量进行校正。
最大干密度应按下式校正：
?max??d11?P5?dmaxP5??w?d53 （6.3）
?max——校正后试样的最大干密度，g/cm； 式中：?d P5——粒径大于5mm土的质量百分数，％；
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d5——粒径大于5mm土粒的饱和面干比重。
（注：饱和面干比重指当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量与相当于土粒总体积的纯水40C时质量的比值。）
最优含水量应按下式进行校正，计算至0.1％。
???opt(1?P5)?P5??ab （6.4） ?opt?——校正后试样的最优含水量，％； 式中：?opt
?opt——击实试样的最优含水量，％；
?ab——粒径大于5mm土粒的吸着含水量，％。
5、击实试验的记录格式如下：
组别 试验者 试验日期 试验序号 击实筒质量 筒+试样质量 (g) (g) 试样质量 （g） 试样体积 (cm3) 湿密度 (g/cm3) 干密度 (g/cm3)
试验 序号 盒号 盒质量 盒+湿土质量 (g) (g) 盒+干土质量 水的质量 干土质量 (g) (g) (g) 含水量 平均含水量 (%) (%)
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