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实验指导书:地质工程专业《工程地质学》土工实验指导书201510.


《工程地质学》土工实验教学指导书 姓名______________________ 学号______________________ 组号__________ ________ 年级______________________ 西南科技大学环资学院 中心实验室 2015.10 目录 实验一含水率实验 (2 1.试验目的 (2 2.试验方法 (2 3.仪器设备 (2 4.试验步骤 (2 5.成果整理 (2 6.注意事项 (2 7.试验记录 (2 实验二比重试验 (4 1.试验目的 (4

2.试验方法 (4 3.仪器设备 (4 4.试验步骤 (4 5.成果整理 (4 6.注意事项 (4 7.试验记录 (5 实验三液限和塑限试验 (6 1.试验目的 (6 2.试验方法 (6 3.仪器设备: (6 4.试验步骤 (6 5.成果整理 (6 6.试验注意事项 (7 7.试验记录 (7 实验四滲透试验 (9 1.试验目的 (9 2.试验方法 (9 3.仪器设备 (9 4.试验步骤 (9

5.成果整理 (10 6.试验注意事项 (10 7.试验记录 (11
1 实验一含水率实验 1.试验目的 土的含水量指土在 105~110℃下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土 质量的比值,以百分数表示。 2.试验方法 烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法等。本试验采用烘干法。 3.仪器设备 烘箱,采用电热烘箱,温度能保持在 105~110℃;天平,感量 0.01g;干燥器;称量盒 等。 4.试验步骤 (1 先称称量盒的质量(m1,精确至 0.01g。 (2 取具有代表性试样,细粒土不小于为 15g,砂类土、有机质土不小于 50g,放入 已称好的称量盒内,立即盖上盒盖,称湿土加盒总质量(m2,精确至 0.01g。 (3 打开盒盖,将试样和盒放入烘箱内,在温度 105~110℃的恒温下烘干。烘干时 间与土的类别及取土数量有关。细粒土不少于 8 小时;砂类土不得少于 6 小时;对含 有机质超过 5%的土,应将温度控制在 65~70℃的恒温下烘干。

(4 将烘干后的试样和盒取出,放入干燥器内冷却至室温。冷却后盖好盒盖,称盒 和干土质量(m3,精确至 0.01g。
(5 本项试验要求进行二次平行测定,其平行差值需满足以下要求: 当含水量小于 5%时,允许平行差值不大于 0.3%;当含水量大于 5%小于 40%时, 允许平行差值不大于 1%;当含水量大于等于 40%时,允许平行差值不大于 2%。当满 足上述要求时,含水量取两次测值的平均值。 5.成果整理 (1 按下式计算含水量: w=( m2-m3/( m3-m1×100% 式中:w——含水量(%; m1 ——称量盒的质量(g; m2——盒加湿土质量(g; m3 ——盒加干土质量(g。 (2 记录表格见实验报告。 6.注意事项 (1 测定含水量时动作要快,以避免土样的水分蒸发。 (2 应取具有代表性的土样进行试验。 (3 称量盒要保持干燥,注意称量盒的盒体和盒盖上下对号。 (4 烘干、冷却由于时间较长,由实验室完成,同学另找时间来称盒加干土质量。 7.试验记录

2 含水率试验记录表(烘干法 试验者校核者试验日期
3 实验二比重试验 1.试验目的 土粒比重 G s,是土粒在温度 105~110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积 4℃ 时纯水质量的比值。 2.试验方法 根据土粒粒径的不同,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 5 mm 的土,采用比重瓶法进行;对于粒径大于等于 5mm 的土,且 其中粒径为 20mm 的土质量应小于总土质量的 10%时,采用浮称法进行;对于粒径大 于等于 5mm 的土,但其中粒径为 20mm 的土质量大于等于总土质量的 10%时,采用 虹吸筒法进行。本试验采用比重瓶法。 3.仪器设备 烘箱;比重瓶,容量 100mL;天平,感量 0.001g;恒温水槽;电砂浴;温度计;孔径 5mm 的筛;其它:匙、漏斗、滴管、洗瓶刷、蒸馏水等。

4.试验步骤 (1 先将洗净、烘干的比重瓶称其质量 m1,准确至 0.001g. (2 将过 5mm 筛并烘干后的土,取不低于 15g 装入比重瓶内,称试样和瓶的总质量 m2,准确至 0.001g。 (3 将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处,摇动比重瓶,将瓶放在电砂浴上 煮沸,煮沸时间自悬液沸腾时算起,砂及低液限粘土应不少于 30min,高液限粘土应不 少于 lh,使土粒分散。 (4 将蒸馏水注入已煮好比重瓶至近满,待瓶内温度稳定及悬液上部澄清后,再加 满蒸馏水,塞好瓶塞,使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出。将瓶外水份擦干净,称瓶、 水、土的总质量 m3,准确至 0.001g,称后马上测瓶内温度。 (5 把瓶内悬液倒掉,把瓶洗干净,再注满蒸馏水,把瓶塞插上,使多余的水份自瓶 塞毛细管中溢出,将瓶外水份擦干净,称比重瓶、水的总质量 m4,准确至 0.001g。 (6 本试验须进行两次平行测定,其平行差值不大于 0.02,然后取其算术平均值。 5.成果整理 (1 按下式计算土的比重:
G s=G wt×(m2-m1/(m4+(m2-m1-m3 式中:G s ——土粒比重; m1——空瓶的质量(g; m2 ——瓶加干土的质量(g; m3——瓶加水加土的质量(g; m4——瓶加水的质量(g;

G wt ——t℃时蒸馏水的比重(也可查相应的物理手册。 不同温度时水的比重(近似值
(2 记录表格见实验报告。 6.注意事项 (1 比重瓶、土样一定要完全烘干。 (2 煮沸排气时,防止悬液溅出。 (3 称量时比重瓶外的水份必须擦干净。 4 7.试验记录 比重试验记录表(比重瓶法 工程名称试验者 土样说明计算者 试验日期校核者

实验三液限和塑限试验
1.试验目的
细粒土由于含水率不同,分别处于流动状态,可塑状态、半固体状态和固体状 态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率,塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水 率。本试验是测定细粒土的液限和塑限含水量,用作计算土的塑性指标和液性指数, 按塑性指数或塑性图对粘性土进行分类,并可结合土体的原始孔隙比来评价粘性土 地基的承载能力。
2.试验方法
本试验采用液限塑限联合测定法测定液限含水量和塑限含水量。所用土样应过 0.5mm 的筛。液限、塑限联合测定法是根据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(注土的定名采用圆锥下沉深度为 10mm 液限,查得圆锥下沉深度为 2mm 所对应的含水率即为塑限。
3.仪器设备:

液塑限联合测定仪限、天平、称量盒、电吹风、烘箱、干燥器、调土碗、调土 刀、凡士林、蒸馏水、滴管、研钵、带橡皮头的研棒及 0.5mm 筛等。
4.试验步骤
(1 选取具有代表性的天然含水量或风干土样,若土中含有较多大 0.5mm 的顺粒 或夹有大量的杂物时,应将土样风干后用带橡皮头的研材研碎或用木棒在橡皮板上 压碎,然后再过 0.5mm 的筛。
(2 取过筛的土样不少于 200g 分别放入三个调土碗里,加不同数量的蒸馏水,土样 的含水量分别控制在液限、略大于塑限和二者的中间状态。用调土刀调匀,然后用 玻璃片或湿布覆盖,静置 24h 备用。
(3 将制备好的土样用调土刀调拌均匀,分层密实地填入试样杯中,使空气逸出。 试杯装满后,刮成与杯边齐平。
(4 调平机身,提起锥杆,锥尖涂少许凡士林。
(5 将装好的土样的试杯放在升降座上,转动升降旋钮,使试杯徐徐上升,土样表面 和锥体尖好接触,蜂鸣器报警,停止升降,按检测键,同时锥体立刻自行下沉,5S 时液晶 显示器上显示锥入深度 h1,试验毕,手拿锥体向上,锥体复位。
(6 改变锥尖与土体接触位置(锥尖两次锥入位置距离不小于 1cm,重复 5 条步骤, 测得锥深入试样深度值 h2,h1、h2 允许误差为 0.5mm,否则,应重做。
(7 去掉锥尖入土处的凡士林,取 10g 以上的土样两个,分别放入称量盒内,称质量, 测定其含水量。
(8 重复(3 至(7 的步骤,对其它两个含水量土样进行试验,测其锥入深度和含水 量。
5.成果整理

(1 绘制锥入深度 h 与含水量 w 的关系曲线。 以含水量 w 为横坐标,锥入深度 h 为纵坐标,在双对数坐标纸上绘制 h~w 的关系 曲线。①连此三点,应呈一条直线;②当三点不在一直线上,通过高含水量的一点分别 与其余两点连成两条直线,在圆锥下沉深度为 2mm 处查得相应的含水量,当两个含 水量的差值小于 2%,应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一直线;③当 两个含水量的差值大于 2%时,应重做试验。 (2 确定液限、塑限 在锥入深度 h 与含水量 w 关系图上,查得下沉深度为 17mm 所对应的含水量为 液限 w L;查得下沉深度为 2mm 所对应的含水量为塑限 w P,以百分数表示。
含水率(% 10 20 30

4050607090 80100 2 3457896 圆锥下沉深度 h (m m 附图 圆锥入土深度与含水率关系图 (3 计算塑性指数和液性指数(其计算式见前 (4 记录表格见实验报告 6.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。 7.试验记录 液限、塑限联合试验记录表 工程名称试验者 试样编号计算者 试验日期校核者

含水量(% 实验四滲透试验

1.试验目的 测定土的渗透系数,土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象,称为土的 渗透性。 2.试验方法 渗透试验可分为常水头渗透试验和变水头渗透试验两种方法,常水头渗透试验 适用于粗粒土,而变水头渗透试验则适用于细粒土。本试验采用常水头渗透试验。 3.仪器设备 常水头渗透仪(70 型渗透仪,其装置见下图、天平、温度计、木锤、秒表等。
常水头渗透装置 1-金属圆筒 2-金属孔板 3-测压孔 4-测压管 5-溢水孔 6渗水孔 7-调节管 8-滑动支架 9-供水管 10-止水夹 11-温 度计 12-砾石层 13-试样 14-量杯 15-供水瓶

4.试验步骤
(1 照上图安装好仪器。
(2 取具有代表性的风干试样 3~4kg,并测定试样的风干含水量。
(3 将试样分层装入圆筒,每层厚 2~3cm,用木锤轻轻击实到一定厚度,以控制其孔 隙比。如试样含粘粒较多,应在金属板上加铺厚约 2cm 的粗砂作为过渡层,以防止试 验时细料流失,并量出过渡层厚度。
(4 每层试样装好后,连接供水管和调节管,并由调节管中进水,微开止水夹,使试 样逐渐饱和。当水面与试样顶面齐平,关止水夹。饱和时水流不应过急,以免冲动试 样。
(5 以上述步骤逐层装试样,至试样高出上测压管 3~4cm 止,并饱和试样。量测试 样顶部至仪器上口的剩余高度,计算试样净高,称剩余试样质量(准确至 1.0g,计算装 入试样总质量。在试样上面铺 1~2cm 砾石作缓冲层,放水,至水面高出砾石层 2cm 左 右,关闭止水夹。
(6 量测试样顶部至仪器上口的剩余高度,计算试样净高。称剩余试样质量(准确 至 1.0g,计算装入试样总质量。在试样上面铺 1~2cm 砾石作缓冲层。
(7 将调节管与供水管分开,将供水管置于金属圆筒内,开止水夹,使水由圆筒上部 注
入,至水面与溢水孔齐平为止。 (8)静置数分钟,检查各测压管水位是否与 溢水孔齐平。如不齐平,用吸水球进行吸水 排气,调至水位齐平为止。 (9)降低 调节管管口位置,使其位于试样上部 1/3 处,造成水位差,水渗过试样经调节 管 流出。注意溢水孔应始终有余水溢出,以保持常水头。 (10)测压管水位稳定 后,记录测压管水位,计算各测压管间的水位差。 (11)开动秒表,同时用量筒 接取经一定时间的渗透水量,并重复 1 次。接取水量时, 调节管出水口不可没入 水中。 (12)测记进水与出水的水温,取其平均值。 (13)降低调节管管口至试

样中部及下部 1/3 处,以改变水力坡降,按(9)~(12)步 骤重复进行测定。 5.

成果整理 (1)按下式计算干密度和孔隙比 ms=m/(1+0.01wh; ρd= ms /(A*h; e=ρw *Gs/ρd-1 式中:ms —— 试样干质量(g) ; m —— 试样风干质量(g) ;

wh —— 风干含水量(%) ; 3 ρd —— 干密度(g/cm ) ; A —— 试样断面积 (cm2) ; h —— 试样高度(cm) ; e —— 试样孔隙比; ρw —— 水的密度

(g/cm3) ; Gs —— 土粒比重。 (2)按下式计算渗透系数 按下列计算渗透系

数:

式中:Q—时间 t 秒内的渗出水量,

cm ; H —平均水位差(H1+H2)/2,cm; L —两测压孔中心间的试样高度, cm; t —时间,s; KT—水温为 T℃时试样的渗透系数,cm/s; K20—水温为 20℃

时试样的渗透系数,cm/s; μ T 、μ 20—水温分别为 T℃与 20℃时水的动力粘滞系 数,μ T/μ 出。 (3)记录表格见实验报告 6.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。 20 的比值可查附表 1 得

10

7.试验记录 常水头渗透试验记录表(70 型渗透仪) 工程名称 土样编号 土样说

明 试样高度 试样面积 测孔压间距 水位差(cm) 干土重 孔隙比 土粒比重 水力 坡

降⑻

试验者 校核者 试验日期 渗透 系数 平均 水温 (℃) 测压管水位 试

经过 验 时间 (cm) 次 Ⅰ管 Ⅱ管 Ⅲ管 数 s ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 渗透 水量 (cm?) ⑼ H1

⑸ H2 ⑹ 平均 H ⑺ kT (cm/s) 校 正 系 数 ⑿

渗透 系数 平均渗 透系数

k 20 (cm/s) k 20 (cm/s) (2-(3 (3-



0.0512 0.0512 0.0507 0.0508 0.0508 0.0508 ⑾ ⒀ ⒁

150 120 120 90 90 24.8 20.8 16.8 24.8 20.8 16.8 24.5 21.5 18.5 24.5 21.5 18.5 24.2 22.2

20.2 24.2 22.2 20.2 4.0 4.0 3.0 3.0 2.0 2.0 4.0 4.0 3.0 3.0 2.0 2.0 4.0 4.0 3.0 3.0 2.0 2.0

0.40 0.40 0.30 0.30 0.20 0.20 215 215 128 128 64 64 18.0 1.05 0.0538 18.0 1.05 0.0538 18.0 1.05 0.0533 18.0 1.05 0.0533 18.0 1.05 0.0533 18.0 1.05 0.0533 5.33×10ˉ? 附表 1

温度 (℃) 5.0 温度 (℃) 11.0 温度 (℃) 17.0 温度 (℃) 23.0 5.5 11.5 17.5 与温度的关系 7.0 13.0 19.0 27.0

7.5 13.5 19.5 28.0 8.0 14.0 20.0 29.0 8.5 14.5 20.5 30.0 9.0 15.0 21.0 31.0 9.5 15.5 21.5

32.0 10.0 16.0 22.0 33.0 10.5 16.5 22.5 34.0 η T/η 20 1.501 1.478 1.455 1.435 1.414 1.393 1.373 1.353 1.334 1.315 1.297 1.279 η T/η 20 1.261 1.243 1.227 1.211 1.194 1.176 1.168 1.148 1.133 1.119 1.104 1.090 η T/η 20 1.077 1.066 1.050 1.038 1.025 1.012 1.000 0.988 0.976 0.964 0.958 0.943 η T/η 20 0.932 0.910 0.890 0.870 0.850 0.833 0.815 0.798 0.781 0.765 0.750 0.735 11



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