土力学实验指导书适用于长沙理工大学土力学实验指导书土力学实验的目的 （1）一、 颗粒分析试验 （1）［附1-1］筛析法 （1）［附1-2］密度计法（比重计法） （2）二、 密度试验（环刀法） （4）三、 含水率试验（烘干法） （5）四、 比重试验（比重瓶法） （6）五、 界限含水率试验 （8）液限、塑限联合测定 （8）六、 击实试验 （10）七、 渗透试验 （12）［附7-1］常水头试验（70型渗透仪） （12）［附7-2］变水头试验（南55型渗透仪） （14）八、 固结试验（快速法） （16）九、 直接剪切试验 （18）十、相对密度试验 （20）十一、无侧限抗压强度试验 （22）十二、无粘性土休止角试验 （24）(25)十三、三轴压缩试验土力学实验指导书《土力学实验》的目的土力学试验是在学习了土力学理论的基础上进行的，是配合土力学课程的学习而开设的 一门实践性较强的技能训练课根据教学计划的需要，安排试验内容，以突出实践教学，突 出技能训练试验课的目的：一、是加强理论联系实际，巩固和提高所学的土力学的理论知识；二、 是增强实践操作的技能；三、是结合工程实际，让学生掌握土工试验的全过程和运用实验成 果于实际工程的能力。
《土力学实验》的内容及要求土力学实验指导书是依据中华人民共和国水利部发布《土工试验规程》（SL237-1999） 规范编写的根据教学大纲要求，安排下列实验项目一、颗粒分析试验［附1-1］筛析法（筛分法）（一） 试验目的测定干土各粒组占该土总质量的百分数，以便了解土粒的组成情况供砂类土的分类、 判断土的工程性质及建材选料之用二） 试验原理土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据颗粒组成对土进行分类，粗 粒土主要是依据颗粒组成进行分类的，细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素， 则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类颗粒分析试验可分 为筛析法和密度计法，对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于 0.075mm的土粒则用密度计法来测定筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛 子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总量的百分数三） 仪器设备1. 标准筛：孔径 10、5、2、1.0、0.5、0.25、0.075mm；2. 天平：称量1000g，分度值0.1g;3. 台称：称量5kg，分度值1g；4. 其它：毛刷、木碾等。
四） 操作步骤1. 备土：从大于粒径0.075mm的风干松散的无粘性土中，用四分对角法取出代表性 的试样2. 取土：取干砂500g称量准确至0.2g3. 摇筛：将称好的试样倒入依次叠好的筛，然后按照顺时针或逆时针进行筛析振摇 时间一般为10~15分钟4. 称量：逐级称取留在各筛上的质量五） 试验注意事项1. 将土样倒入依次叠好的筛子中进行筛析2. 筛析法采用振筛机，在筛析过程中应能上下振动，水平转动3. 称重后干砂总重精确至土 2g六） 计算及制图・1・1. 按下列计算小于某颗粒直径的土质量百分数：式中：X一小于某颗粒直径的土质量百分数，％；mA一小于某颗粒直径的土质量，g；mB一所取试样的总质量（500g）2. 用小于某粒径的土质量百分数为纵坐标，颗粒直径（mm）的对数值为横坐标，绘 制颗粒大小分配曲线七）试验记录（见附表1 — 1）颗粒分析试验记录表（筛析法）附表1 — 1土样编号14—2 干祥质量 500g 试验者陈炳崇十.样说明粗砂 试验日期2003年5月20日 校核者黄国怡孔径留筛土质量累积留筛 土质量小于该孔径的土质量小于该孔径的土质量百分数(mm)(g)(g)(g)(% )200.00.0500.0100.01017.017.0483.096.6545.062.0438.087.6265.5127.5372.574.5185.0212.5287.557.50.5100.5313.0187.037.40.25122.0435.065.013.00.07560.0495.05.01.0底盘总计5.0500.0［附1—2］密度计法（比重计法）（一） 试验目的测定小于某粒径的颗粒占土总质量的百分数，以便了解土粒的大 小分配情况，并作为粘性土分类的依据及土工建筑选材之用。
二） 试验原理密度计法，是将一定量的土样（粒径＜0.075mm）放在量筒中，然 后加蒸馏水，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，当土粒在 液体中靠自重下沉时，较大的颗粒下沉较快，而较小的颗粒下沉则较 慢让土粒沉降过程中，用密度计测出在悬液中对应于不同时间的不 同悬液密度，根据密度计读数和土粒的下沉时间，就可计算出粒径小于某一粒径d（ mm）的颗粒占土样的百分数三）仪器设备1 .密度计：目前通常采用的密度计有甲、乙两种，现介绍甲种 密度计甲种密度计刻度自0〜60，最小分度单位为1・0；如附图1-1所示2 .量筒：容积1000ml3 .天平：称量200g分度值0・01g；4 .搅拌器：轮径50mm,孔径3mm；•2・5 .煮沸设备：电热器、三角烧瓶等；附图1-1甲种比重计6・分散剂：4%六偏磷酸钠或其它分散 剂；7 .其它：温度计、蒸馏水、烧杯、研钵 和秒表等四）操作步骤1. 称取试样：取有代表性的风干或烘干土样100〜200g,放入研钵中，用带橡皮头的研棒研散， 将研散后的土过0.075mm筛，均匀拌和后称 取试样30g2. 浸泡试样：将称好的试样小心倒入烧 瓶中，注入200ml蒸馏水对试样进行浸泡，浸泡时间不少于18小时。
3. 煮沸分散：将浸泡好后的试样稍加摇 荡后，放在电 热器上煮沸煮沸时间从沸腾时开始，粘土 约需要1小时，其它土不少于半小时，对教学试验，浸泡试样及煮沸分散均由实验室 准备4. 制备悬液：土样经煮沸分散冷却后，倒入量筒内然后加4% 浓度的六偏磷酸钠约10ml于溶液中，再注入蒸馏水，使筒内的悬液达到1000ml5 .搅拌悬液：用搅拌器在悬液深度上下搅拌1分钟，往复各30 次，使悬液内土粒均匀分布6.定时测读：取出搅拌器，立即开动秒表，测定经过1、5、30、120、1440分钟时的密度计数读每次测读完后，立即将密度计取出，放入盛水量筒中， 同时测记悬液温度，准确至0.5°C五）试验注意事项1.5分钟时的读数是包括1分钟读数的时间，其余30、120、1440 分钟的读数时间也是如此累加2 .读数后甲种密度计必须立即从量筒里取出，否则会阻碍土粒 下沉速度六）计算及制图1 .由于刻度、温度与加入分散剂等原因，密度计每一次读数须 先经弯液面校正后，由实验室提供的R-L关系图，查得土粒有效沉降距离，计算颗粒的直 径d,按简化公式计算：d = K i —V t式中：d— 粒直径，mm；X-粒径计算系数（由实验室提供的资料查得）乙一某时间t内的土粒沉降距离（由实验室提供的资料查得） L沉降时间，s。
2 .将每一读数经过刻度与弯液面校正、温度校正、土粒比重校 正和分散剂校正后，按下列计算小于某粒径的土质量百分数：X (% )=重C(R + m + n 一 C )s•3・式中：X一小于某粒径的土质量百分数，％；C—土粒比重校正系数，可查甲种密度计的土粒比重校正值 表（由实验室提供的资料查得）；R一甲种密度计读数；m一温度校正值，可查甲种密度计的温度校正值表（由实验 室提供的资料查得）；〃一刻度及弯液面校正值（由实验室提供的图表中查得）「一分散剂校正值（由实验室提供资料）3.用小于某粒径的土质量百分数X（%）为纵坐标，粒径（mm） 的对数为横坐标，绘制颗粒大小级配曲线七）试验记录（见附表1-2）颗粒分析试验记录表（密度计法）附表1-2土样编号18 密度计号甲2 试验者黄丽娟干土质量m广30 g土粒比重GS=2・75量筒号 3 校比重计校正值CS=0・979试验日期2003・5・8下沉 时间悬液温度密度计 读数温度 校正值刻度弯液面校正值分散剂校正值R m =R +m t+n-C dR H =Rm X Cs土粒落距粒径小于某孔径的土质量百分数t ( min)T ( r)RmtnCdL ( cm)d ( mm)(% )118.029.0-0.51.01.028.527.90213.8210.0593.01518.024.5-0.51.01.024.023.49615.0690.02478.323018.019.5-0.51.01.019.018.60116.4550.01062.0112018.514.0-0.41.01.013.613.31417.9790.005244.38144019.08.5-0.31.01.08.28.02819.5040.001526.76二、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P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・4・2. 天平：称量500g，分度值0.01g3. 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六） 计算公式按下列计算土的湿密度：m m - mV V式中：p一密度，计算至0.01g/cm3 ；m一湿土质量，g；mi一环刀加湿土质量，g；m2一环刀质量，g；V一环刀体积，cm3 o密度试验需进行二次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm3，取其算术平均值。
七） 试验记录（见附表2—1）密度试验记录表（环刀法）附表2 — 1试验者 张芳枝 校核者 黄国怡 试验日期2003年3月18日土样编号环刀号环刀加湿土质量环刀质量湿土质量环刀体积密度（g/cm 3）m 1 ( g)m2 ( g)m ( g)V (cm3)单值平均值11136.00142.9534.65108.3064.401.681.67138.00141.7034.68107.0264.401.66三、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• 5 •（三） 仪器设备1. 烘箱：采用温度能保持在105〜110°C的电热烘箱。
2. 天平：称量500g，分度值0.01g o3. 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6ho（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六） 计算公式按下式计算土的含水率：w =综 x 1 0 0% = m 1 — m 2 X 1 0 0% m ^ m - m式中：①一含水率，计算至0.1%mo一盒质量，g；m1一盒加湿土质量，g；m2一盒加干土质量，g;m1 ~m2一土中水质量，g;m1 ~mo-干土质量，g含水率试验需进行二次平行试验，其平行差值不得大于2%，取其算术平均值七） 试验记录（见附表3 — 1）含水率试验记录表（烘干法）附表3 — 1试验者 吴煌峰 校核者 黄国怡 试验日期2003年3月20日土样编号盒号盒质量盒加湿土质 量盒加干土质量水质量干土质量含水率（% ）mom1m2m -m1 2m -m2 o单值平均值(g)(g)(g)(g)(g)12323.5843.3238.634.6915.0531.21212423.5643.1338.454.6814.8931.431.3四、比重试验（比重瓶法）（一） 试验目的测定土的比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及土的其它物理力学试验（如颗粒分析的 密度计法试验、固结试验等）提供必需的数据。
6,（二） 试验原理根据土粒粒径不同，土的比重试验可分别采用比重瓶法、浮称法或虹吸筒法，对于粒径 小于5mm的土，采用比重瓶法进行比重瓶法就是由称好质量的干土放入盛满水的比重瓶 的前后质量差异，来计算土粒的体积，从而进一步计算出土粒比重三） 仪器设备1. 比重瓶：容重100ml或50ml；2. 天平：称量200g，分度值0.001g ；3. 其它：烘箱、蒸馏水、温度计、筛、漏斗、滴管等四） 操作步骤1. 取样称量：取通过5mm筛的烘干土样约15g （如用50ml的比重瓶，可取干土约12g）用玻璃漏斗装入洗净烘干的比重瓶内，称瓶与土的质量2. 煮沸排气：将蒸馏水注入比重瓶内，约至瓶的一半高处，摇动比重瓶，并将比重瓶 放在砂浴上煮沸，使土粒分散排气煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及砂质粉土不少于30 分钟；粘土及粉质粘土应不少于1小时煮沸时不要使土液从瓶内溢出3. 注水称量：将蒸馏水注入比重瓶内至近满，待瓶内悬液温度稳定后及瓶内土悬液澄 清时，盖紧瓶塞，使多余的水分从瓶塞的毛细管中溢出，擦干瓶外的水分，称出瓶、水、土 总质量称量后立即测定瓶内水的温度4. 查取瓶、水质量：根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水质量关系曲线（由实 验室提供）查取瓶、水质量。
五） 试验注意事项1. 称重前比重瓶的水位要加满至瓶塞的毛细管；2. 称重时精确至小数点后三位六） 计算公式按下列计算土粒的比重：G = m x Gs m. + m - m ^式中：Gs—土粒比重，计算精确至0.001 ；m,一干土质量，g；m1 -瓶、水质量，可查瓶、水质量关系曲线（由实验室提供）；m2—瓶、水、土质量，g；Gw-t°e时蒸馏水的比重，准确至0.001，查下表（不同温度时水的比重）比重试验需进行二次平行测定，其平行差不得大于0.02，取其算术平均值不同温度时水的比重（近似值）® / £.甲©4.0«< 12.512.5 « 19.019.0 * 23.523.5 «< 27.527.5 «< 30.530.5 * 33.0® A ±01.0000.9990.9980.9970.9960.995・7・（七）试验记录（见附表4—1）比重试验记录表（比重瓶法）附表4—1工程名称 试验者黄丽娟土样说明 计算者陈炳崇试验日期2003年4月10日 校核者黄国怡土样编号比重瓶号温度(°C )液体的比重G 3 t瓶质量（g）瓶、土 质量（g）土质量mg）瓶、液 体质量m1（g）瓶、液体、土质量m2（g）与干土同体积的液 体质量（g）比重Gs平均比重⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽查上表⑷-⑶⑸+⑹-⑺■(^4 //、x (2 ) (8 )1311226.00.99736.34451.27214.928138.124147.6265.4262.7432.7411326.00.99734.24349.16914.926134.124143.6225.4282.742五、界限含水率试验液限、塑限联合测定法（一） 试验目的测定粘性土的液限3L和塑限3，，并由此计算塑性指数4、液性指数匕，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，查得圆锥下沉深度为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5 — 1，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・8・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六） 计算公式1. 计算各试样的含水率：w = % x 100 % = m 1 — m 2 x 100 % m m - m式中符号意义与含水率试验相同2. 以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线， 三点连一直线（如附图5—2中的A线）当三点不在一直线上，可通过高含水率的一点与 另两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水率当两个含水率的差值 32%时，应重做试验当两个含水率的差值＜2%时，用这两个含水率的平均值与高含水率 的点连成一条直线（如附图5 — 2中的B线）3. 在圆锥下沉深度与含水率的关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限；查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限附图5 — 1光电式液塑限仪结构示意图1—水平调节螺丝；2一控制开关；3—指示灯;10 20 30 40 50 60 70 9080 100含水率（% ）200 98 7 6 5 4 3 2 1)m^vh度深沉下锥圆4一零线调节螺钉；5一反光镜调节螺钉；6一屏幕7 —机壳；8 —物镜调节螺钉；9 —电池装置；10— 光源调节螺钉；11 —光源装置；12一圆锥仪；13 — 升降台；14—水平泡；15—盛土杯附图5-2圆锥入土深度与含水率关系图,9,（七）试验记录（见附表5 — 1）液限、塑限联合试验记录表附表5 — 1工程名称 珠江堤岸 试验者 黄国怡试样编号 16 计算者吴煌峰试验日期2003.5.22 校核者 陈炳崇试 样 编 号圆锥下沉深度（mm）盒号盒质量mo ( g) 盒加湿土质量mi （ g） 盒加干土质量m2 （ g） 水质量m3 ( g) 干土质量ms ( g) 含水率3（% ）液限3 L (% )塑限3 p (% )14.52223.5543.1739.054.1215.5026.6,41.519.529.82523.5746.5240.775.7517.2033.4316.52823.5950.3442.397.9518.8042.3六、击实试验（一） 试验目的在击实方法下测定土的最大干密度和最优含水率，是控制路堤、土坝和填土地基等密实 度的重要指标。
二） 试验原理土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有密切的关系当压实功能和压实方法不 变时，土的干密度随含水率增加而增加，当干密度达到某一最大值后，含水率继续增加反 而使干密度减小，能使土达到最大密度的含水率，称为最优含水如卬，与其相应的干密度 称为最大干密度Q dmax三） 仪器设备1. 击实仪：如附图6 — 1所示锤质量2.5kg，筒高116mm，体积947.4cm32. 天平：称量200g，分度0.01g3. 台称：称量10kg，分度值5g4. 筛：孔径5mm5. 其它：喷水设备、碾土器、盛土器、推土器、修土刀等四） 操作步骤1. 制备土样：取代表性风干土样，放在橡皮板上用木碾碾散，过5mm筛，土样量不 少于20kg2. 加水拌和：预定5个不同含水量，依次相差2%，其中有两个大于和两个小于最优 含水量所需加水量按下式计算：式中：mw一所需加水质量，g;mwo—风干含水率时土样的质量，g； 妒一土样的风干含水率，%;3—预定达到的含水率，％・10・按预定含水率制备试样，每个试样取 2.5kg，平铺于不吸水的平板上，用喷水设 备向土样均匀喷洒预定的加水量，并均匀拌 和3. 分层击实：取制备好的试样600〜800g，倒入筒内，整平表面，击实25次， 每层击实后土样约为击实筒容积1/3。
击实 时，击锤应自由落下，锤迹须均匀分布于土 面重复上述步骤，进行第二、三层的击实 击实后试样略高出击实筒（不得大于附图6 — 1击头仪示意图6mm）4. 称土质量：取下套环，齐筒顶细心 削平试样，擦净筒外壁，称土质量，准确至 0.1g5. 测含水率：用推土器推出筒内试样，从试样中心处取2个各约15〜30g 土测定含水 率，平行差值不得超过1%按2〜4步骤进行其它不同含水率试样的击实试验五）试验注意事项1. 试验前，击实筒内壁要涂一层凡士林2. 击实一层后，用刮土刀把土样表面刨毛，使层与层之间压密，同理，其它两层也是 如此3. 如果使用电动击实仪，则必须注意安全打开仪器电源后，手不能接触击实锤六）计算及绘图1.45 17 19 21 23 2527 29 31 33含水率3 (%)50656055 a«和H-附图6—2 P a ~①关系曲线1. 按下式计算干密度：PP广:―a 1 + co式中：p a一干密度，g/cm3；p 一湿密度，g/cm3 ；3 —含水率，％以干密度0 a为纵坐标，含水率3为横 坐标，绘制干密度与含水率关系曲线（附图 6 —2）曲线上峰值点所对应的纵横坐标分 别为土的最大干密度和最优含水率。
如曲线 不能绘出准确峰值点，应进行补点七）试验记录（见附表6—1）击实试验附表6—1土样编号—土样类别—风干含水率_10 — 2CI4.0 %十.粒比重 2.72每层击数 25试验仪器轻型击实仪试验者_校核者_试验日手黄丽女娟黄国怡月 2003.9.10干密度含水率试筒加筒湿土质密干盒盒加盒加盒水的干土含水率平均验土质质量度密号湿土干土质质量质量含水序量量度质量质量量(%)率号(g)(g)(g)(g/cm3)(g/cm3)(g)(g)(g)(g)(g)(%)⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼(10)(11)(12)⑴-⑵(4 )(6)-(7)(7)-(8)-L9)V1 + 0.010/ \X100 (10 )1251078017301.831.5373174231.2630.7228.4628.0314142.802.6914.4614.0319.419.219.32257078017901.891.5673473926.5930.3224.3827.4614142.212.8610.3713.4621.321.321.33262078018401.941.5775178826.8028.9224.3226.0714142.482.8510.3212.0724.023.623.84263078018501.951.5576772428.2929.6525.3526.4414142.943.2111.3512.4425.925.825.95261078018301.931.5281281429.3334.2626.0229.8814143.314.3812.0215.8827.527.627.6七、渗透试验［附7 — 1］常水头试验（一） 试验目的测定无粘性土的渗透系数k，以便了解土的渗透性能大小，用于土的渗透计算和供建造 土坝时选土料之用。
二） 试验原理渗透是液体在多孔介质中运动的现象渗透系数是表达这一现象的定量指标土的渗透 性是由于骨架颗粒之间存在孔隙构成水的通道所致常水头渗透试验适用于粗粒土三） 仪器设备1. 70型渗透仪：如附图7 — 1所示2. 其它：木击锤、秒表、天平、温度计、量杯等四） 操作步骤1. 调节：将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于金属孔板，关止水夹2. 取土：取风干试样3〜4kg，称量准确至1.0g，并测定其风干含水率•12-3. 装土：将试样分层装入仪器，每层厚2〜3cm，用木锤轻轻击实到一定厚度，以控（六）计算公式按下列计算渗透系数:附图7 — 1 70型渗透仪1—试样筒；2—金属孔板；3—测压孔；4—玻璃 测压管；5—溢水孔；6—渗水孔；7—调节管；8 一滑动支架；9 —容量为5000ml的供水管；10一供 水管；11 —止水夹；12—容量为500ml的量筒；13 一温度计；14 一试样；15 —砾石层制其孔隙比4. 饱和：每层砂样装好后，连接调节管与供水管，微开止水夹，使砂样从下至上逐渐饱和，待饱和后，关上止水夹5. 进水：提高调节管使其高于溢水孔，然后将调节管与供水管分开，并将供水管置于 试样筒内，开止水夹，使水由上部注入筒内。
6. 降低调节管：降低调节管口使位于试样上部三分之一处，造成水位差在渗透过程 中，溢水孔始终有余水溢出，以保持常水位7. 测记：开动秒表，用量筒自调节管接取一定时间内的渗透水量，并重复一次测记 进水与出水处的水温，取其平均值8. 重复试验：降低调节管口至试样中部及下部三分之一处，以改变水力坡降，按以上 步骤重复进行测定五）试验注意事项1. 装砂前要检查仪器的测压管及调节管是否堵塞2. 干砂饱和时，必须将调节管接通水源让砂饱和3. 试验时水源要直接流到试样筒里，水位与溢水孔齐平QLAHtK = * t K20 * T20式中：Q一时间t秒内的渗出水量，cm3；H 一平均水位差（H1+H2）/2，cm；L 一两测压孔中心间的试样高度，cm；t 一时间，s ；Kt一水温为T°C时试样的渗透系数，cm/s ；K20 —水温为20C时试样的渗透系 数，cm/s；P T、" 2一水温分别为TC与20C 时水的动力粘滞系数，P夕20的比值可 查附表7 — 2得出七）试验记录（见附表7 — 1）常水头渗透试验记录表（70型渗透仪）附表7 — 1工程名称河口 土样编号22 十.样说明粗砂试样高度力= 30cm 试样面积A=70cm2 测孔压间距L=10cm干土重 R=3260g孔隙比e=0.713十粒比重G『=2.66s试验者黄丽娟校核者黄国怡试验日期2003.6.15试 验 次 数经过 时间测压管水位（cm）水位差（cm）水力坡降渗透水量渗透系数平均水温校正系数渗透系数平均渗透系数sI管II管III管H1H2平均H(cm3)kT(cm/s)(°C)k20k20⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼(10)(11)(12)(13)(14)(2)-(3)(3)-(4)（5）+（6）2LA G )(8 )日(10)x(12)TH115024.820.816.84.04.04.00.402150.051218.020 1.050.05385.33310-2215024.820.816.84.04.04.00.402150.051218.01.050.0538312024.521.518.53.03.03.00.301280.050718.01.050.0533412024.521.518.53.03.03.00.301280.050818.01.050.053359024.222.220.22.02.02.00.20640.050818.01.050.053369024.222.220.22.02.02.00.20640.050818.01.050.0533口 /四与温度的关系附表7 — 2温度(C)〃 /〃 205.01.5015.51.4786.01.4556.51.4357.01.4147.51.3938.01.3738.51.3539.01.3349.51.31510.01.29710.51.279温度（C）11.011.512.012.513.013.514.014.515.015.516.016.5〃 /“ 201.2611.2431.2271.2111.1941.1761.1681.1481.1331.1191.1041.090温度（C）17.017.518.018.519.019.520.020.521.021.522.022.5〃 / 〃 201.0771.0661.0501.0381.0251.0121.0000.9880.9760.9640.9580.943温度（C）23.024.025.026.027.028.029.030.031.032.033.034.0"/" 200.9320.9100.8900.8700.8500.8330.8150.7980.7810.7650.7500.735［附7 — 2］变水头渗透试验（一） 试验目的测定粘性土的渗透系数卜以了解土层渗透性的强弱，作为选择坝体填土料的依据。
二） 试验原理细粒土由于孔隙小，且存在粘滞水膜，若渗透压力较小，则不足以克服粘滞水膜的阻滞 作用，因而必须达到某一起始比降后，才能产生渗流变水头渗透试验适用于细粒土三） 仪器设备1. 南55型渗透仪：如附图7—2所示2. 其它：100ml量筒、秒表、温度计、凡士林等2142（四）操作步骤1.装土：将装有试样的环刀推入套筒内并压入止水垫圈装好带有透水石和垫圈 /的上下盖，并用螺丝拧紧，不得漏气漏水 ，v、、2. 供水：把装好试样的容器进水口与供水装置连通，关止水夹，向供水瓶注满水 |甲3. 排气：把容器侧立，排气管向上， -r 1并打开排气管止水夹然后开进水口夹，排 '71 工除容器底部的空气，直至水中无气泡溢出为 ]j ⑶止关闭排气管止水夹，平放好容器在不 ]]孟中伞⑵大于200cm水头作用下，静置某一时间，待 芬甚匚常水头装置容器出水口有水溢出后，则认为试样已达饱 " '和 附图7 — 2南55型渗透仪1一变水头管；2一渗透容器；3 —供水瓶；4一接水源管；5一进水管夹；6一排气管；7—出水管4. 测记：使变水头管充水至需要高度后，关止水夹，开动秒表，同时测记开始水头h1，经过时间t后，再测记终了水头％，同时测记 试验开始与终了时的水温。
如此连续测记2〜3次后，再使变水头管水位回升至需要高度，再连续测记数次，前后需6次以上五） 试验注意事项1. 环刀取试样时，应尽量避免结构扰动，并禁止用削土刀反复涂抹试样表面2. 当测定粘性土时，须特别注意不能允许水从环刀与土之间的孔隙中流过，以免产生 假象3. 环刀边要套橡皮胶圈或涂一层凡士林以防漏水，透水石需要用开水浸泡六） 计算公式2 3 aL i hAt h2按下式计算渗透系数：kT式中：k厂渗透系数，cm/s；a一变水头管截面积；L一试样高度，cm；h 一渗径等于开始水头，cm；1h 一终了水头，cm；22.3—ln和lg的换算系数其余符号同前七）试验记录（见附表7 — 3）变水头渗透试验记录表（南55型渗透仪）附表7 — 3土样编号 6仪器编号 2测压管断面积a =0.683cm2试样高度 L =4.0cm试样面积 A =30.0cm2孔隙比 e =0.890试验者张芳枝校核者 陈炳崇试验日期2003.7.15开始时间t1终了时间t2经过时间t开始水头h1终了水头h2aL 2.3 Atlg Jh2水温T°C时的渗透系数k水温校正系数日日2（）渗透系数k20平均渗透系数k20dhmindhminScmcm10 —410 —210 —6 (cm/s )C10 —6 (cm/s )10 —6 (cm/s )⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽(11)(12)⑵一⑴lg（5）(6) X(7)⑻ X(10)8 8 308 9 001800231.3226.01.161.001.1608.01.3731.591.608 9 008 9 301800214.6209.61.161.021.1838.01.3731.628 9 308 10 303600251.4240.10.582.001.1588.01.3731.598 10 308 11 303600217.3207.40.582.031.1758.01.3731.618 11 308 13 005400198.2185.00.392.991.1678.01.3731.608 13 008 14 305400210.3196.20.393.011.1748.01.3731.61八、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△"和荷载P的关系，以便计算土的单位 沉降量椿、压缩系数气和压缩模量电等。
二） 试验原理 v S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：如附图8 — 1所示，试样面积30cm2，高2cm2. 量表：量程10mm，最小分度0.01mm3. 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T6・（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、400kPa2） 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何重下压缩24小时，或量表读数每小时变化不大于0.005 mm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，以免指针产生移动六）计算及制图1. 按下式计算试样的初始孔隙比：附图8 — 1固结仪示意图1 一水槽；2一护环；3 一环刀；4—加压上盖；5—透水石；6—量表导杆；7—量表架；8—试样2. 下式计算各级荷重下压缩稳定后的孔隙比e.:ie = e -（1 + e 巴， o o ho式中：G,—土粒比重；p w一水的密度，g/cm3 ；3 :一试样起始含水率，％；p o一试样起始密度，g/cm3；压缩稳定后的总变形量，其值等于该荷重附图8 — 2 e〜p关系曲线£Ah .一在某一荷重下试样 I下压缩稳定后的量表读数减去仪器变形量（mm）；ho—试样起始高度，即环刀高度（mm）。
3. 绘制压缩曲线以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，绘制孔隙比与压力的关系曲线，如附 图8 — 2所示并求出压缩系数气与压缩模量Es•17-（七）试验记录（见附表8 — 1）固结试验记录表（快速法）附表8 — 1工程名称_沙湾土样面积 30cm2试验者吴煌峰土样编号38起始孔隙比q=1.02计算者黄国怡试验日期一2003.8.12o起始高度 h_=20.0mm o校核者陈炳崇加压历时压力P量表读数仪器 变形量A试样 变形量ZA hi单位沉降量Si孔隙比ei(h)(kPa)(mm)(mm)(mm)ZA h jhi o0000001.021500.9660.0400.9260.04630.9311001.3580.0501.3080.06540.8912001.9480.0621.8860.09430.8314002.6400.0742.5640.12820.76九、直接剪切试验（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O下，施加水平剪应 力进行剪切，求得破坏时的剪应力「，然后 根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩 擦角U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） 仪器设备附图9—1应变控制式直剪仪结构示意图 1—垂直变形百分表；2—垂直加压框架； 3—推动座；4一剪切盒；5 一试样；6— 测力计；7 —台板；8—杠杆；9一砝码有剪力盒、垂直加压框架、测力计及推动机1. 应变控制式直接剪切仪：如附图9 — 1， 构等2. 其它：量表、砝码等•18-（四）试验步骤1. 切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，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、钢珠压力框架每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下 进行剪切。
在教学上，可取四个垂直压力分别为100、200、300、400kPa附图9 — 2 T〜Q关系曲线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；剪切时要拔出销钉六）计算及制图1. 按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：t 了 = CR式中：T f—土的抗剪强度，kPa；C —测力计率定系数，N/0.01mm；R 一测力计量表读数，0.01mm2. 绘制T〜曲线以垂。