土工试验报告

学号：0330502027 姓名：胡 昕

土工实验报告目录

三轴固结不排水剪 ....................................................................................................................... 2 三轴固结排水剪 .............................................................................................................................. 6 动三轴试验 ...........................................................................................................................................11 动单剪试验 .......................................................................................................................................... 14 共振柱试验 .......................................................................................................................................... 16 击实试验 ................................................................................................................................................ 20 界限含水量试验 ............................................................................................................................ 22 压缩实验（固结试验） ....................................................................................................... 24 土工织物力学性能测试 ....................................................................................................... 28 声波法测定土的动力参数 ................................................................................................. 31

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三轴固结不排水剪

试验目的：

CU试验是使试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持?不变的情况下，增加轴向压力直至破坏。

（?1??3）~?a曲线与u~?a曲线； 1．测定

2．确定总应力强度指标Ccu,?cu,C?,??； 3．测定孔隙应力系数A，B，A； 4．测定不排水强度Cu~?3。

试验原理： 1． 正常固结土

对于正常固结土：Ccu?C??0，????cu

2．（1）弱超固结土：孔压下降较慢

（2）强超固结土：发生剪胀现象，强度包线并不是直线，而是一条微 弯曲线，且Ccu,C??0,Ccu?C?，????cu。

固结不排水剪试验是使试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后，在保持不排水的情况下，增加轴向压力直至破坏。由不同围压作用得出不同应力圆，然后根据摩尔——库仑理论，求得抗剪强度参数。

三、试验仪器：

三轴压力室；

加压系统（围压加压系统、轴压加压系统）； 量测系统（孔压量测系统、体变量测系统）；

附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器及切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、空压机。

四、试验步骤：

1．试样制备：

采用人工击实法制备土样，注意击实分5层，测定土样?，?；

2．试样抽气饱和： 使饱和度Sr>95%； 3．试样安装： ·从饱和器中取出试样，在侧面贴上7条 6mm左右湿滤纸条，底部顶部放上滤纸，再开孔隙压力阀及量管阀，使仪器底座充水排气，关阀。仪器底座放透水石，再放上湿滤纸，放置试样。

·将橡皮膜套在承膜筒内，两端向外翻出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧承膜筒内，然

后将承膜筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，取出承膜筒。用橡皮筋将橡皮膜下端扎紧在仪器底座上。 ·用软刷子或双手自下向上轻持久试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡。

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·打开排水阀，使水从试样帽徐徐流出以排出管路中气泡，并将试样帽置于试样顶端，排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。 ·降低排水管，吸出试样与橡皮膜之间多余水分，关排水阀。 ·压力室装上，并注满水，放低排水管使其水面与试样高度齐平，测得其水面读数。 ·使量管水面位于试样中心高度，升量管阀，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线，记下孔隙压力表初始读数，关量管阀。 ·施加围压，调整各量阀。 4．排水固结： ·用调压管先将孔压表读数调至该级围压大小，缓缓打开孔压阀，并同时放置调压管，使毛细管内水银面保持不变，测定稳定后的孔压读数，减去孔压表初始读数，为围压下起始孔压u。 ·打开排水阀，使土样在围压下固结、固结度至少应达到95%。 ·固结完成后，关闭排水阀，记下排水管及孔压表读数，然后转动细调手轮，到量力环量表开始微动表示，活塞与试样接触，记下轴向变形量表读数。量力环表、垂直变形表调至零。 5．试样剪切： ·开动马达，合上离合器，测记量力环表读数及孔压表读数，剪切过程中应使零位指示器的水银面始终保持在原位。 ·试样剪切出现峰值后继续剪3～5%垂直应变，读数无明显峰值，应变达15～20%后剪切停止，关闭孔压阀。

6．试验结束，拆卸试样并整理仪器。

五、试验成果计算与整理：

试验中：剪切速率：0.4mm/分； 钢环系数：m=12.0246N/0.01mm； 排水管初读数：42.3cm3； 排水管稳定读数：34.7cm3 固结下沉：0.021cm；

固结后试样高度hc=7.798cm； 孔压初读数：0 Kpa； 固结压力：?3＝400Kpa； 加?3后孔压读数：394Kpa； 孔隙水压力U1=394Kpa；B=98.75% Ac=11.26cm3

(?1??3)f?402.72Kpa，?1f=802.72Kpa

Af?0.586，

??V1．hc?h0??1?V0?????1/3

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2/3??V2．Ac?A0??1?V0?3．Aa??????a——轴向应变，?a??hc

hcAc 1??aC?R?10A0(KPa)

4．?1??3?R——钢环变形量（0.01mm） C——钢环系数(N/0.01mm) 5．B=U1/?3，A?uB(?1??3)

6．试验表格及曲线绘制如图： 三轴剪切试验记录表

轴向变形轴向应变试样校正面积(cm)2钢环读数R0.01mm主应力差孔压（Kpa）?1??3(KPa)m?R??10Aa孔压系数A?u2B(?1??3)(Kpa)(Kpa)(0.01mm(%))0102040608010015020025030035040050060070080010000.0000.1250.2500.5000.7501.0001.2501.8752.5013.1263.7514.3765.0016.2527.5028.752压力表读数孔压u2（Kpa）(Kpa)0.003.964.5111.7616.6633.3259.78?1???3?1???311.26011.27411.28811.31711.34511.37411.40311.47511.54911.62311.69911.77511.85312.01112.17312.3400.001.802.807.2010.0018.0023.0030.0033.0034.9036.0037.0038.0039.0040.0041.0041.9043.100.00019.19829.82776.505105.989190.300242.547314.363343.596361.049370.025377.833385.508390.446395.117399.520402.695402.71900.40.51.21.73.46.113.217.820.422.42323.624.324.524.524.523.8#DIV/0!0.2090.1530.1560.1590.1770.250400.000400.000415.238396.040425.317395.490464.745388.240489.329383.340556.980366.680582.767340.220585.003270.640569.156225.560561.129200.080550.505180.480552.433174.600548.228162.720552.306161.860555.017159.900559.420159.900562.595159.900569.479166.7601.0001.0481.0751.1971.2761.5191.7132.1622.5232.8053.0503.1643.3693.4123.4713.4993.5183.415129.360.417174.440.514199.920.561219.520.601225.400.604237.280.623238.140.618240.100.615240.100.609240.100.604233.240.58610.00312.51112.50312.869 4

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σ1-σ3(kPa)σ1'/σ3'0246810121416εa(%)500400300200100043.532.521.510.500246810121416应力--应变关系图30025020015010050000246810孔压与轴向应变关系曲线1214εa(%)主应力比与轴向应变关系曲线εa(%)u(kPa)300250200150100500τ(kPa)100200300400500600700800900σ(kPa)应力摩尔圆7．试验结果： 总抗剪强度指标 有效抗剪强度指标

8．试验误差分析：

C =58.8 kpa C'=30.1 kpa Φ=13.9 Φ'=28.4 ??1）、理论上，正常固结土Ccu?0，但是在本试验中Ccu?0，主要原因在于人为误差，数据为不同的人员试验得来，所得的摩尔圆误差较大。

2）土样所用的土经过固结，有可能为超固结土。

3）实验仪器较为复杂，操作较为烦琐，故所得实验曲线较粗糙。

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三轴固结排水剪

一、试验目的：

1． 测定应力～应变～体变关系曲线，确定变形参数；

2． 测定强度指标：Cd,?d

二、试验原理：

线弹性模型：应力～应变E、?、K、G

??z?? E?，???，G????z??? ??

3?E?V ?0(1?2?),K?3(1?2?)VE非线性弹性模型： E—?模型，邓肯—张模型 1．切线弹性模量

在试验中，保持?3不变，加轴向应力?????。对于某一?，

?1??3~?的关系可表示为：

?1??3???1??3

?aa?b?a

?a?b?

a12?[1?b(???)] 132(a?b?)a

E?

a?(????)??=

1 E

n

Rf?(?1??2)f

(?1??2)u??3?Ei?Kpa??P??,pa?98.1Kpa

?a? R?b(?1??3)

2n?(1?sin?)(?1??3)???3?Kpa Et??1?Rf?? ?2cos??2?sin?Pa??3??求出K、n、Rf、C、?

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2．切线泊松比?~?——双曲线关系

?????A??f?D(??)

?(??)f? ??(1?A)

(?1??3)?D??3Kp??p??????R(1?sin?)(?1??3)???1???2Ccos??2?sin?3???

??G?Flg???3?? Pa?????G?Flg?3??Pa?

??(1?A)2 求出参数D、F、G 3．切线体积模量

K?1?(?1??3)? 3??因(?1??3)/3~?v，常常不是直线，取应力水平S=0.7相应的点与原点连线的斜率K作为平均斜率。

K?(?1??3)s?0.7

3(?r)s?0.7 K求出K、m 4．回弹模量

????KPa?3?

?Pa?E?Kp(?p)

求出K、n

实验仪器：

同三轴固结不排水剪试验。

试验步骤：

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试样制备：

采用人工击实法制备土样，注意击实分5层，测定土样?，?.；

2．抽气饱和：使饱和度Sr>97%； 3．试样安装： ·从饱和器中取出试样，在侧面贴上7条 6mm左右湿滤纸条，底部顶部放上滤纸，再开孔隙压力阀及量管阀，使仪器底座充水排气，关阀。仪器底座放透水石，再放上湿滤纸，放置试样。 ·将橡皮膜套在承膜筒内，两端向外翻出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧承膜筒内，然后将承膜筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，取出承膜筒。用橡皮筋将橡皮膜下端扎紧在仪器底座上。 ·用软刷子或双手自下向上轻持久试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡。 ·打开排水阀，使水从试样帽徐徐流出以排出管路中气泡，并将试样帽置于试样顶端，排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。 ·降低排水管，吸出试样与橡皮膜之间多余水分，关排水阀。 ·压力室装上，并注满水，放低排水管使其水面与试样高度齐平，测得其水面读数。 ·使量管水面位于试样中心高度，升量管阀，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线，记下孔隙压力表初始读数，关量管阀。 ·施加围压，调整各量阀。 4．排水固结： ·用调压管先将孔压表读数调至该级围压大小，缓缓打开孔压阀，并同时放置调压管，使毛细管内水银面保持不变，测定稳定后的孔压读数，减去孔压表初始读数，为围压下起始孔压u。 ·打开排水阀，使土样在围压下固结、固结度至少应达到95%。 ·固结完成后，关闭排水阀，记下排水管及孔压表读数，然后转动细调手轮，到量力环量表开始微动表示，活塞与试样接触，记下轴向变形量表读数。量力环表、垂直变形表调至零。 5．试样剪切：

固结完成后，继续打开排水阀，采用很慢的轴向应变速率（每分钟0.012~0.003%轴向应变），施加轴向偏应力剪切。剪切过程中观测孔压表读数，要求在整个剪切过程中不产生明显的孔隙水压力。每隔一定的轴向应变测读轴向力测力钢环读数、轴向变形量读数。

五、试验记录：

?3=400Kpa。剪切速率：0.073mm/分；钢环系数：12.0246N/0.01mm，固结压力：排水管初读数：38.8cm3；

排水管稳定读数：32.8cm3；孔压表读数：394Kpa。

固结下沉量?hc?0.32mm；固结后试样净高hc?7.764cm；

B?U1?3?394400?98.5%；(?1??3)f?1027.52kPa

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三轴固结排水试验记录表

由图（图在下页），可得到以下一些参数：

? cR k n (KPa) (?) 154.2 24.1 0.74 111.56 0.42 六、试验误差分析：

G 0.37 F 0.13 D 1.83 kb 58.3 m 0.39 kur n 475.72 0.78 1．试验数据所得曲线，总的趋势基本正确，但个别点偏离较远，为各组数据均有人为误差，在三轴仪操作过程中不是非常规范造成的。

2．由于试样排水固结时间短，孔隙水应力没有完全消散，从而将部分孔隙压力作为有效应力考虑，这也将影响摩尔应力圆，从而影响C、?值。

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σ1-σ3(kPa)τ(kPa)12001000800600400200002468101214161820εa(%)应力应变关系曲线εa(%)02468101214161820012700600500400300200100002004006008001000120014001600σ(kPa)应力摩尔圆εa/(σ1-σ3)0.0250.0200.0150.0100.0050.000y = 0.0007x + 0.0051R2 = 0.999834体变关系曲线σ1-σ3(kPa)0.005.0010.015.020.025.00000000000εa(%)εa/(σ1-σ3)--εa曲线εr/εaεv(%)0.50.40.30.20y = 0.0155x + 0.29346004002000y = 1138.4x - 5762.4246810εr(%)55.15.25.35.4εr/εa--εrEur的确定5.55.6εa(%)lg(Ei/Pa)υi0.40.40.30.30.20.00.2y = -0.1295x + 0.37222.42.32.22.12y = 0.4177x + 2.04750.4G&F的确定0.60.8lg(σ3/Pa)00.20.40.60.8lg(σ3/Pa)k&n的确定5lg(Bi/Pa)2.12.01.91.81.70y = 0.3956x + 1.766y = 0.7837x + 2.6188432100.00.20.40.6kb&m的确定0.8lg(σ3/Pa)0.51.01.52.0kur&n的确定

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动三轴试验

一、试验目的：

1．测定饱和土在动力作用下的应力~应变~孔压的变化规律； 2．测定大应变时土的动弹模和阻尼比。 二、 试验原理：

土在动应力作用的一个循环内，各时刻的动应力?与相应动应变?之间的曲线为一个滞回曲线圈。

用滞回曲线的面积可以确定出等效的阻尼比，由滞回曲线的斜度（即应力幅、应变幅对应的两个点所确定的斜度）可以确定出等效的弹性模量，因此，只要通过试验建立等效阻尼比和等效模量随动应变幅变化的非线性关系，即可根据应变幅值得到相应的阻尼比和动弹模。动弹模定义为引起单位动应变所需的动应力，即E??/?。阻尼比定义为土的阻尼系数与临界阻尼系数（不引起土振动的最小阻尼系

数）之比。由滞回曲线围定的面积A（表示振动一周内能量的消耗）和应力—应变三角形的面积A（表示振动一周内所贮蓄的弹性模量），即D?1A。由于A、A对不同的动应力幅值是变化的，故

4?A利用上式可以得到D~?的关系。

动三轴试验是用圆柱形试样，在不同的围压下，施加不同大小的激振力，使试样发生轴向振动或轴向与侧向两个方向的振动，量测在振动过程中的轴向应力、应变及孔压的变化。孔压不断增大达到竖向正应力，即产生液化。利用周期应力，周期应变关系曲线计算动弹模。实验中应用等效的规则剪应力模拟地震剪应力，在此力作用下可得轴向应力。

周期加荷三轴仪模拟天然土层的应力条件进行液化试验，是将压力室中的圆柱试样先在等压力下固结，然后在不排水条件下施加??d，此时45°处剪应力????d2，法向应力不是?0，而是?0??d。当?d>?l

（液化剪应力）时，砂土就产生液化。测试时，测出动应力?d，动应变?d，动孔隙水压力u关系曲线，若u 增加到基本不变时，表明已发生液化，此时可确定出加荷周数，然后绘出?d?N关系曲线。对于不同的固结压力?0，可以得出不同的?d?N关系曲线。

试验仪器：

电磁式振动三轴仪（压力室，激振器）； 加荷系统；

施加动荷载的交流稳压电源，超低频信号发生器、功率放大器； 动力参数量测系统（应力、变形、孔压传感器、动态电阻应变仪等）。

试验步骤:

试样制备：

取一定量的干砂倒入水中充分搅拌，然后放在加热器上煮沸，静置；

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开供水阀、孔隙压力阀，试样座和量测孔隙压力的管路充气排水，至无气泡，关孔隙压力阀，当供水管水位和试样中线齐平，关供水阀；

检查橡皮膜，要求不漏水、不漏气，将其套在试样座上，用皮筋扎紧，外放承膜筒，橡皮膜上端须翻套在承膜筒上，勿使其折皱扭曲，由吸气嘴抽气，使橡皮膜紧贴在承膜筒上；

用小勺将砂样细心地装入橡皮膜内，并使砂中水始终高于砂面，待砂样装完，整平砂面，吸出水，装上压盖，

降低排水量管，使水面低于试样中线20?40cm，形成负压，使试样挺立，拆承膜筒； 安装压力室外罩，打开排空气阀，施加围压，慢慢提高排水管，消除负压； 安装量表，调零，准备记录。 加周期荷载

打开电源开关，预热信号发生器、功率放大器等，预热后将波形选择“时间旋钮”旋到所需位置；

根据预估的动应力，选择应变仪中的应力、变形和孔压的“衰减”档以及功率放大器的“输出调节”、信号发生器的“输出衰减”和“输出调节”，使动态电阻应变仪、光线记录示波器等处于工作状态；

起动功率放大器，对试样施加预定的动应力，观察光点的变化情况，观察孔压基本无变化时，再振10次左右停机，拆除试样。

试验成果整理及分析: ?d?10k?L?? ?d?d Ac2?hd?100% ?h?k?L? hc ?d?

ud?kuLu

其中：k?——动应力标定系数（N/cm） L?——动应力光标位移（cm） AC——试样固结后的面积（cm2） k?——动变形标定系数（cm/cm） L?——动变形光标位移（cm） hc——试样固结后高度（cm）

ku——动孔隙水压力标定系数（kPa/cm） Lu——动孔隙水压力光标位移（cm） 试样直径：d围压：

?3.91cm， 试样高度：H?8.0cm；

??100kpa， 孔压： u?100kpa；

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轴压：

??100kpa动应力标定系数：k??0.15（衰减档30），动应力光标位移：L??31mm 动变形标定系数：k??0.09697（衰减档30），动变形光标位移：L??12mm 动孔压标定系数：ku=0.0909（衰减档10），动孔压光标位移：L?4mm 液化时振动次数：N=30次 动孔压：动应力：剪应力：动变形：

u?L?k?4?0.0909?0.3636kpa ??k??L?0.15?31A??10?98.1??38.01kpa ?39.1??2???3.14???2?19kpa ?h?L??k??12?0.09697?11.63mm

)a20pk￡¨dó|151010ó|da?lgNμ?1??μlgN100 13

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动单剪试验

一、试验目的：

1．测定土的动强度（砂土液化剪应力）

2．测定土的动剪切模量和阻民比。

二、试验原理：

利用激振仪器对土样施加周期剪应力，通过记录器记录剪应变γ与剪应力?d变化的滞回曲线。绘

制不同压力σ下的G~lg?、D~lg?的关系曲线，从而绘制出G/G0~γ、lgG0~lg?的关系曲线，在滞回曲线上可得等效剪切模量G、等效阻尼比D。 量测周期剪应力?d，剪应变?及孔隙水应力u

???x H?x???

H 具体计算： G??d ?d D?1A0? 4?AA0——整个滞回圈面积；

AT——应力—应变三角形面积。

三、试验仪器：

信号发生器； 功率放大器； 激振器； 动态应变仪；

X-Y函数记录仪（X—位移，Y—应力）； 拉压力传感器；

加水杠杆等辅助设备。

四、试验步骤：

1．标定X—Y函数记录仪，装样；

2．施加竖向荷载，使土样固结；

3．逐级施加水平动应力，并且函数记录仪绘出各级动应力的滞回圈； 4．停机、卸荷、拆样。

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五、试验成果整理与计算：

1．X衰 30 5mv ?的标定系数为0.25kg/cm/cm2

Y衰 30 5mv γ的标定系数为0.054/h 试样面积A=38cm，高：h?3cm

2．??100kpa下的滞回圈得到的?、G、D如下表所示： 滞回圈 ?（kpa/cm） 1 7.5 0.0054 1390 0.095 2 13.9 0.024 579 0.118 3 27.5 0.048 573 0.130 4 49.5 0.088 563 0.154 5 67.5 0.129 523 0.156 6 81.5 0.152 516 0.169 7 86.5 0.162 514 0.182 ?(1/cm) G(Mpa) D 3.绘制G?lg?、D?lg?的关系曲线图

600G（Kpa)D0.25500.15000.00010.001lgγ0.0100.00010.001lgγ0.01图1：G-lgγ的关系曲线图2：D-lgγ的关系曲线

4．试验成果误差分析：

（1）G~?,D~?曲线基本符合要求，有些点偏离曲线较远，可能是回滞圈计算误差较大造成的原因。 （2）周期加荷单剪试验可以模拟现场的K0固结，不发生紧缩、凸出现象，但是角落里的应力分布不均匀。

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共振柱试验

一、试验目的：

测定小应变（10-6～10-4）情况下动力参数G、D及其与?之间的关系曲线。

二、试验原理：

圆柱形试样与激振器共同封闭在压力室内，先施加静力，固结稳定后，再在试样的一端施加扭转

激振力，改变其振动频率，可测得试样的共振频率，并根据试样的几何尺寸及端部支承条件，按下式计算压缩模量E与剪切模量G： 其中：

E??V?2G??Vs2

?：土样密度 V?：压缩功率 Vs：扭转功率

土体在应力作用下共振，振幅达到最大。由共振频率、试样尺寸和两端的约束条件确定弹性波在试样中的传播速度，计算试样的G。

1．对于一端固定，一端自由的土样，其频率方程为：

FtgF?I0 IIt：自由端集中力总的转动惯量 I0：试样本身转动惯量

F?2?fnhc fn：共振频率（Hz） hc: 试样高度（cm） VsVs?G/P G：剪切模量

?2?fnhc?由上面三式可得 G????

F??剪应变：??2d? d ：试样直径 θ：试样扭转角J：对数衰减率 : 3hcJ?A1lnn NAn?1阻尼比 D?1? 2?2．对于一端固定，一端弹簧阻尼支承

轴向压力不等于侧向压力下试验，轴向加压装置对试样振动的阻尼作用不能忽略不计，所以，常用共振柱把激振器随试样扭转的附加质力，作为有弹簧与阻尼器支承，Ks为弹簧系数，Kd为阻尼系数

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FtgF?I0??f?2?0It?1???f??????n???

f0：空机频率

It>>I0,F=tgF

2222 G?4??hcIt(f0?f0)/I0

J?A1lnn NAn?1 D?1[?s(1?s)?s?0] 2??s：对数衰减率 S：能量比

IS?tI0

?f0F??f??f02???f2?f2 ?02??Ad(空机时) 3d1hcA：传感器距轴心d1处的位移峰值 d0：试样直径

d1：速度或加速度传感器距轴心位置

三、试验仪器：

1．TC—158型主机（垂直，扭剪力加荷装置）； 2．压力源（正、负压力、空压机真空泵）； 压力控制系统；

电气控制系统量测系统。

四、试验步骤：

1．制样，用无粘性土m=316.1g，D=5cm，H=10cm，

2．试样制成后，将激振驱动系统通过加压活塞与试样帽刚性连接。施加固结压力使试样固结。

3．选定一最小的输出电流给电磁激振器，使试样能在低应变范围内产生振动，同时调节信号发生器的输出频率，观察示波器图形，如呈现一垂直与水平轴的椭圆，则激振系统与试样产生共振，记录共振频率及放大器的峰值电压，用于计算振动幅值。然后由光线示波器的接触开关，自动切断激振器的电流，同时记录试样自由衰减运动的振动幅值和时间的关系曲线。

加大一级输出电流，重复上述过程1～3，又可测得另一共振时的各个数据，直到试样不再响应共振为止。

五、试验成果整理及分析：

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4?2?hc2It(fn2?f02)Ad G? ??

I03d1hc hc=10cm It=28.4kgcm2 d1=5cm D=5cm f0=18HZ,

f021??s(1?S)?S?0? ?0?0.25 S?22 D?2?fn?f01．共振柱试验记录表格：

共振柱试验记录表格重量 316.1g 高×直径 5×10cm2 ρ=1.61 g/cm3 d1=5cmIt=28.4Kg/cm I0=md0/8=987.21×10 Kg/cm系统共振柱频率ft(Hz)68.367.365.2655957.757.3传感器位移（DX)10E-1(mm)0.0150.040.10.1450.350.460.2922-32 f0=18Hz δ0=0.25γ(10-5)0.51.333.334.8311.6715.339.67序号1234567

G (kg/cm2)79.0076.8971.8171.1057.5454.7754.112.绘制G?lg?、D?lg?关系曲线

G(Kg/cm2)90.0080.0070.0060.0050.0040.000.000001lgγ0.000010.0001G-lgγ关系曲线0.001

本次试验未得到振幅衰减曲线,故无法求得与上数据相对应的对数衰减率δ及阻尼比D及D-lgγ曲线.而采用另一实测振动衰减曲线,以说明对数衰减率δ及阻尼比D计算方法.

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振幅A50250-25-50

由上振幅衰减曲线可测得相邻振幅An及An+1,再根据公式 J?振幅衰减曲线(根据实测曲线另绘)时间A1lnn NAn?1求出对数衰减率J即δ=0.0927,再由

f021 D???s(1?S)?S?0? ?0?0.25 S?22

2?fn?f0求出相应的阻尼比D.

3．试验误差分析：

考虑仪器本身变形力，对剪切变形有影响；

在G-lgγ关系曲线中,最后一点偏离趋势线较远,应属测量误差. 由共振柱可计算得到剪切模量G,并可根据G求出弹性模量E.

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击实试验

实验目的

研究非饱和粘性土在一定击实功作用下，不同含水量时的干密度变化规律。用以确定土体的最大干密度和它对应的最优含水量，为工程设计提供初步的填筑标准。

试验原理

土体击实过程中，随着击实功的增加，体积不断地减小。对于非饱和土，在一定击实作用下，当含水量很低时，土粒间的水主要为吸着水，土粒间引力较大，在外力作用下，由于吸着水能承受剪应力的作用，使土的骨架不易变形，因而击实困难，相应的干密度较小；随着含水量的增加，吸着水膜变厚，粒间引力减小，土体容易击实，相应的干密度增加；当土体的含水量接近饱和含水量时，土样内出现大量的自由水和封闭气体，外力功大部分变成孔隙应力，因而土粒受到的有效击实功减小，干密度降低。对于细粒饱和土，由于渗透系数小，在击实过程中来不及排水，故认为是不可击实的。

试验仪器

击实仪，推土器，台秤和其它有关设备

试验步骤

试样制备

取代表性土样20kg,风干碾碎,过3mm筛,将筛下的土样拌匀,并测定土样 的风干含水量ω0。据土的最优含水量略低于塑限的经验，由塑限预估最优含水量。选择五个含水量制备5份试样，每份试样质量5kg，各试样间含水量相差2-3%。 加入需要的水拌和均匀后，密封静止一昼夜后备用； 2.击实

将击实筒内壁涂一层凡士林或润滑油，固定在击实仪刚性底版上，装好护筒。按规定轻性击实仪份三层击实，每层装入试样600-800g，分层击25击。每层击实后的高度不超过理论高度5mm，最后余高应小于6mm。

3.拆除护筒，用刀修平击实筒顶部的试样。拆除底版，试样底部若超出筒外，也应修平，擦净筒外壁，称筒+试样总质量，估读至1g。计算出试样的湿密度； 4.用推土器将试样从筒中推出，在试样中心取两块代表性土样测定含水量，当两个含水量值相差小于2%时，计算得到试样平均含水量，计算试样的干密度；

5.重复步骤2-4，对不同含水量试样依次进行击实试验，得到各试样的湿密度、含水量，计算得到干密度。

6.画出击实曲线，得到最大干密度ρdmax和对应的最优含水量ωop。

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击实试验记录 击实筒体积：948 cm3 土样类别：粘土 估计最优含水量：20% 分层数：3 每层击数：25 土粒比重：2.74 风干土含水量：0.5% 干 密 度 试样筒+试筒序号 湿土 质量 (g) (g) 1 2 3 4 5 2436 2541 2597 2621 2613 740 740 740 740 740 湿土质量 (g) 1696 1801 1857 1881 1873 密度 g/cm3 含 水 量 干密盒湿土质干土质度号 量 量 3g/cm (g) (g) 1.46 1.51 1.52 1.49 1.44 54.4 64.0 68.4 49.3 61.8 56.4 49.9 53.8 49.5 52.1 46 54 61 44 50.5 46 40 43 39 41 盒质量 (g) 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 含水量 (%) 18.3 18.5 20.5 20.5 22.4 22.6 24.8 25.0 27.1 27.1 平均含水量(%) 18.4 20.5 22.5 24.9 27.1 1.79 1.90 1.96 1.98 1.975 五.实验成果整理：

干密度干密度-含水量的关系图1.531.521.511.51.491.481.471.461.451.441.43182022243

26含水量28

由上图可得，最大干密度ρdmax=1.52 g/cm，最优含水量ωop=22.2%。

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界限含水量试验

一、试验目的: 测试细粒土的液限含水量?L和塑限含水量?P，由此获得塑性指数IP=?P-?P、液性指数IL=（?-?P）/IP，并由液限含水量和塑性指数利用塑性图对土进行分类和利用液性指数判断天然土所处的状态。 二、实验原理和实验方法:

（一）、液限实验原理和方法 重塑土处于液态时，在自重作用下发生流动，而处于可塑状态时，必须施加外力作用才发生变形。由此我们知道，在两种状态的分界处，土从不能承受外力向能够承受一定外力过度。实验时，给予试样一个小的外力作用，在一定的时间内，变形量达到一定值时的含水量叫液限含水量。 本实验采用碟式仪法，方法是在规定的碟式仪中盛土，在土中以特制的开槽器开一宽2mm的槽，以一定的能量让土样碟与硬橡胶基座碰撞，这一过程中，土向槽内流动，当槽两侧土靠拢长度为13mm，撞击次数恰位25次时，对应的含水量为液限含水量。 （二）、塑限实验原理和实验方法

塑限利用土样处于可塑状态时，在外力作用下发生任意变形而不发生断裂；土样处于半固态时，当变形达到一定值时发生断裂的特点。实验时给予一定的外力，使试样变形达到规定值刚好出现裂缝时对应的含水量为塑限含水量。 本实验采用的是液、塑限联合测定仪法：采用与锥式仪法完全相同的仪器，得到75g圆锥栽秒钟内入土深度为2mm时对应的含水量为塑限含水量。为了减少在实验过程中人为因素的影响，提高实验精度，我国设计出液、塑限联合测定仪，并规定以此仪器为准将75g圆锥栽秒钟内入土深度为2mm时对应的含水量为塑限含水量。

三、实验步骤：

（一）、液、塑限联合测定仪法实验步骤 制备试样：可采用天然含水量土样或风干土，本实验采用风干土样制备。取代表性土样600g，过0.5mm的筛，取筛下土约400g，分成三份后，分别加水制成三种不同含水量的试样，3种土的入土深度与天然土制成的试样的入土深度相同，密闭24小时。

将试样用调土刀调匀，密实的填入试杯中，土中不能含封闭气泡，将高出试样杯的余土用刀刮平，并把试样放在仪器底座上。

取圆锥仪，在锥尖涂凡士林，接通电源，使磁铁吸住圆锥仪。

调节屏幕基线，使初始读数于0刻度线处。调节升降座，使圆锥尖刚好接触土面。放开圆锥仪，圆锥仪在自重作用下插入土中，经过5秒钟后测读圆锥仪下沉深度。

重复步骤2、3、4进行另外两个试样圆锥入土h和对应ω的测试。

在h—ω图上将三点h和对应的ω画出，并把三点连成一条直线，在直线上找出入土深度17mm对应的ωL17、10mm对应的ωL10和2mm对应的ωp。 （二）、碟式仪法的实验步骤

试样制备：同前联合测定仪法，制成3—5份不同含水量的土，要求击数在15—20、23—27、30—35范围内各有一点。

将一份试样用调土刀调匀后，平铺于土碟的上半部，使最厚处的土厚10mm 用划刀自后向前沿土碟中央将试样划成清晰可见的两半。以每秒两转的速率摇动手柄，使土碟反复起落，撞击底座，数记击数，直到试样两侧在槽底的合拢长度达到13mm为止。

取另外两份土样，重复步骤2，3，ω—N关系曲线，自图上得到击数为25击时对应的含水量为液限。

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四、实验记录和实验结果:

1、液、塑限联合测定仪法 液、塑限联合测定实验记录表 试圆锥下沉盒号 湿土质量 (g) 样深度 编(mm) 号 1 4.4 133 15.51 4.4 159 13.88 2 3 8.5 8.5 15.1 15.1 065 209 360 046 6.68 9.06 6.12 7.71 干土质量 (g) 含水量 (%) 平均含水量 (%) 12.10 10.82 5.00 6.80 4.45 5.60 28.19 28.28 33.60 33.24 37.53 37.68 28.24 33.42 37.61 含水量与圆锥下沉深度关系图100含水量w101110下沉深度h100

由圆锥入土深度与含水量关系图可以算出：

ωL17=38.57% ωL10=34.54% ωp=22.30% IP=ωL-ωP =16 2、液限实验（碟式仪）法

液限实验（碟式仪）法实验记录表 试样编号 击数 盒号 湿土质量 干土质量 (N) (g) (g) 1 33 117 5.978 4.558 2 22 90 6.400 4.750 3 19 304 8.465 6.215 4 27 79 7.627 5.741

÷y?êó?o???á?μ?1??μ?ú??í?

含水率 (%) 31.15 34.74 36.20 32.85 ?¨%￡?￡?á??o383634 23 土工试验报告

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取击数为25击时对应的含水量为液限： ωp=33.58%

五、搓滚法塑限试验：

1．搓滚法是用手掌在毛玻璃上搓滚土条，当土条直径达3 mm时产生裂缝，此时的含水量为塑限。 试验步骤：

取土样加水拌和，静置；

取一小块土样，先用手搓成椭圆形，然后再用手掌在毛玻璃板上轻轻搓滚；

当土条搓成3mm时正好产生裂缝，取合格的土条，放入称量盒内，测定含水量，此含水量即为塑限。 记录结果：

土条编号 盒号 湿土质量 干土质量 含水量 平均含水量 （g） （g） （%） （%） 1 165 4.59 3.75 22.40 22.07 2 372 4.48 3.68 21.74 最优含水量：?P=22.07%

实验结果分析：

从上述的实验结果来看，本实验基本上是成功的。但也不可避免的存在一些问题，例如在液、塑

限联合测定仪法中，同一个土样所测定的含水量却相差很大。此外，实验还有一个问题就是实验数据的离散性比较大，这与含水量测定有关，还有一些违反规程的操作也导致实验数据离散性较大。

压缩实验（固结试验）

试验目的

测定试样在侧限与轴向排水条件下变形和压力或孔隙比和压力的关系、变形和时间的关系，以便计算压缩系数αv、压缩指数Cc、回弹指数Cs、压缩模量Es、固结系数Cv等。

试验原理

（一）压缩试验 由土力学知识知道，土体在外力作用下的体积减小是由孔隙体积减小引起的，可以用孔隙比的变化来表示。在侧向不变形的条件下，式样在荷载增量的作用下，孔隙比的变化可用无侧向变形条件下的压缩量公式表示为：

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s?e1?e2H

1?e1式中：s——土样在荷载增量作用下的压缩量；

H——土样在初始荷载作用下压缩稳定后的厚度；

e1、e2——土样厚度为H时的孔隙比和在荷载增量作用下压缩稳定后的孔隙比。 孔隙比e2的表达式为：

e2?e1?s(1?e1) H由上述公式可知，只要知道土样在初始条件下的高度和孔隙比，就可以知道土样在每级荷载作用下的孔隙比。

（二）固结试验 试样的固结过程就是试样在某一固结压力作用下，试样的沉降量随时间增长的过程。由太沙基一维固结理论有：

U?f(T)

U?S(t) S式中： U——平均固结度； TV——时间因素，TV＝CV.t/H2； S(t)，S——t时刻的沉降量和最终沉降量； CV ——固结系数； H——试样排水距离。

在固结试验中，我们测得一系列数据（t，S(t)）后，画出t~S(t)关系图。根据与U?T）的位置，从而计算出t。将T?0.196代入时间因素的定义式

关系的相似性，定出点（S,t得到：

C?0.196Ht

试验仪器

固结仪、加压设备、竖向变形量测表、秒表、刮土刀、天平等。

四、实验步骤

取土样，整平其两端；

将环刀内涂抹凡士林，刃口向下放于土样上端； 测定土样密度；

放置好透水石、滤纸，放于加压装置内；

分级加压，压力等级为100、200、400、200、100、200、400、800、1600Kpa，每级压力下压缩24小时后，再施加第二级压力；

在加压200K pa时，测记固结系数C；

实验结束，拆除仪器及土样，清洗。并测定含水量。

实验成果：

压缩试验

H=20mm，初始孔隙比e0=0.893，A0=30cm2

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表1：含水量计算表

合号 湿土重（g） 干土重（g） 155 16.70 12.52 376 20.01 15.19 365 16.01 12.08

表2：密度计算表 环刀号 环+湿土重(g) 环刀重(g) 102 155.36 43.29 含水量（%） 平均含水量（%） 33.4 32.6 31.7 32.5 环刀体积(cm3) 60 密度(g/ cm3) 1.87

表3：压缩计算表

试样初始高度h0=20.0cm 试样初始含水量 ω0=32.6 %试样面积A0=30cm2 试样初始孔隙比e0=0.893 试样密度ρ0=1.87g/cm3 压 力 稳定变形 试样高度 仪器变形量 空隙比 压缩模量 压缩系数 (kPa) (cm) MPa MPa-1 （mm) 0 0.00 20.00 0.00 0.89 25 0.52 19.48 0.01 0.84 0.97 1.96 50 0.88 19.13 0.02 0.81 1.40 1.36 75 1.11 18.89 0.03 0.79 2.15 0.88 100 1.33 18.67 0.04 0.77 2.28 0.83 200 1.96 18.04 0.06 0.71 3.17 0.60 400 2.71 17.29 0.07 0.64 5.33 0.35 200 2.45 17.55 0.07 0.66 15.56 0.12 100 2.17 17.83 0.06 0.69 7.14 0.27 200 2.24 17.76 0.07 0.68 27.03 0.07 400 2.72 17.28 0.08 0.64 8.40 0.23 800 3.38 16.62 0.09 0.57 12.18 0.16 1600 4.12 15.88 0.12 0.50 21.53 0.09

图1 e-lgp曲线e图2 e-p曲线0.950.900.850.800.750.700.650.600.55e0.900.850.800.750.700.650.600.550.500.450.40110100100010000lgp0.50050010001500p(kpa)2000

表4：试验结果 压缩系数 压缩指数 回弹指数C 压缩模量E a C

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0.59Mpa-1 固结试验

表5：固结试验记录表 时间(min) 0 0.25 1. 1.25 4 6.25 9 12.25 16 20.25 25 30.25 36 42.25 49 0.235 0.083 3.17 Mpa t 0 0.5 1.0 1.118 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6 6.5 7 百分表读数 变形量 (mm) (mm) 7.295 1.365 7.158 7.131 7.100 7.063 7.040 6.998 6.960 6.930 6.903 6.880 6.858 6.838 6.821 6.801 1.502 1.529 1.560 1.597 1.620 1.662 1.700 1.730 1.757 1.780 1.802 1.822 1.839 1.859 t1/2801.31.351.41.451.51.551.61.651.71.751.81.851.912图3 s-t1/2 曲线图34567

0.196?20.02?18.6，所以固结系数Cv??4.215cm2/min

18.6由上图可以得到：t90

s 27

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土工织物力学性能测试

土工织物抗拉强度的测试

实验目的：

测定土工织物（本实验为无纺织物）的抗拉强度。

测定抗拉强度的实验原理：

选择合适的实验机，在试样长度方向作等速拉伸（本实验为50mm/min）直至试样破坏。其抗拉强度Ts可用下式表示：

Ts=Pf/B

式中：Ts---抗拉强度,kN/m;

Pf---测读的最大抗拉力，kN； B---试样宽，m。

测定抗拉强度的实验仪器：

拉力机：要具有等速拉伸功能，能测读拉伸过程中土工织物的拉力和伸长量或直接记录拉力-伸长曲线； 夹具：要求钳口面有一定的约束作用，防止试样在钳口内打滑，同时又要防止试样在钳口内破坏； 动力装置：采用调速电机；

测量和记录装置：采用有刻度的钢尺，连续记录拉伸过程的拉力和伸长量。

测定抗拉强度的实验方法和步骤：

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制备试样；

将两夹具的初始间距调至100mm，保证两夹具平行并在一个平面内； 选择拉力机的满量程范围，设定拉伸速率为50mm/min； 置试样于两夹具内； 测定抗拉强度。

测定抗拉强度的实验成果：

土工合成材料拉伸记录表

序 号 1 2 3 平均值 顺机向拉伸 拉力 强度 (kN/m) （N） 0.264 5.28 0.256 5.12 0.260 5.20 0.260 5.20 伸长量 (cm) 51 51 51 51 伸长率 (%) 4.1 4.1 4.1 4.1

土工织物圆球顶破强度的测试

实验目的：

本实验采用圆球顶破装置测定一般的和具有高伸长率的土工织物的顶破强度。

顶破强度：在垂直于织物平面的方向施加集中荷载，使织物逐渐扩张直至破坏，其最大的压力称为顶破强度。

实验原理：

圆球顶破装置的工作原理是用一端部为球形的向夹于环形夹具中的织物施加垂直集中荷载，使织物变形直至破坏，其最大的压力即为顶破强度。

实验仪器：

试验通常在测定土工织物条带拉伸强度的拉力机上进行，仪器主要包括以下附件： 配有反向器的拉力机；

圆球顶破装置：由两部分组成，即一端带有钢球的顶杆和一个安装试样的环形夹具。 1）. 钢球直径为22.5mm，要求光洁度高，椭圆度小。 2）. 环形夹具内径为44.5mm。

实验方法和步骤：

将试样在不受拉力的状态下放入环形夹具内，将试样牢固地夹紧； 选择拉力机的满量程范围，设定顶压速率为100mm/min； 开动拉力机直至试样顶破，记下最大压力。

实验成果：

土工合成材料圆球顶破试验记录表 无 序 纺 号 1 织 2 3 物 平均 强 度 (kN) 0.676 0.592 0.692 0.653 29

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土工织物刺破强度的测试

实验目的：

本实验测定土工织物的刺破强度，用以评估土工织物抵御颗粒料贯入的能力；

刺破强度：与试样面垂直的一金属杆以较高速率顶向试样中心，至将试样刺破，刺破过程中的最大力即为刺破强度。

实验原理：

将试样固定在环形夹具内，夹具直径为44.5mm，用一直径为8mm的平头钢杆以300mm/min的速率

顶入试样直至试样刺破，顶入过程中的最大力即为刺破强度，单位为N。

实验仪器：

带有反向器的拉力机，要求变形速率为300mm/min； 压力传感器；

环形夹具：内径为44.5mm； 钢性顶杆：直径为8mm，平头。

实验方法和步骤：

将试样放入环形夹具内，使试样在自然状态下放平，拧紧夹具； 将夹具放在加荷装置上；

将变形速率设定为300mm/min；

开机，记录顶杆顶压试样时的最大压力值。

实验成果：

土工合成材料圆球刺破试验记录表 无 序号 强度 纺 (kN) 织 0.204 0.168 物 0.147 平均 0.173

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声波法测定土的动力参数

实验目的：

利用弹性波在介质中的传播特点以测定土的弹性模量E，剪切模量G及泊松比ν。

实验原理：

在小变形条件下（ε＜10-6）岩土介质可视为完全弹性体，在无限介质中，弹性波的传播速度与介质的弹性参数有如下关系：

Vp?Vs?E(1??)??(1??)(1?2?)E1G??2(1??)??K?4G/3? 式中：Vp，VS—纵波和横波的波速（m/s）；

E，ν—岩土的弹性模量和泊松比； G，K—岩土的剪切模量和体变模量。 ρ—波传播介质的密度（kg/m3）。 根据弹性理论：

G=E/2（1+ν）

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由上式可知，若能测得纵横波在介质中速度，即可推得介质的G，E，ν。 其测试方法如下：

如图所示，高为H，直径为d的圆柱体，因为变形很小，故可认为圆柱体无穷大，在试样一端置波形发射器1，另一端置一波形接收器，当发射器发射出波时，经过一段时间△t，接收器即可收到一种波形，则：

v=H/△t

由于土中高频衰减较大，故需应用低频发射横波和纵波。

实验仪器：

激振器； 检波器； 放大器； 零时触发器； 记录器； 凡士林。

测试方法：

将准备测试的试样（本实验采用H=5cm，D=5cm，m=174.17g）置于检测仪上（在试样与激振器及检波器的接触面涂上凡士林）；

让激振器产生瞬时周期振动，并让零时触发器启动，记录器记录触发时刻及这以后的时间，记录检波器检测到的波形图。

读取横波波速Vp=1351m/s；VS=615.8m/s。

数据处理：

泊松比ν； ∵

vpvs ∴

?2?1?????1?2??K4?G3??Vp?2??2???V?????s?????0.369??2??Vp???2?2??Vs?????????G岩土的剪切模量；

G=ρVS2=（174.67×10-3×4/π×53×10-6）×VS2=6.75×108 E岩土的弹性模量； E=2G（1+ν）=1.85×109 误差分析：

零时触发器计时起点的确定不够准确，将使时间过长或过短，同样，计时终点将使波形的选择较为困难。 激振器与检波器试样的接触不可能完全吻合。

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轴向变形轴向应变0.01mm）

（﹪） 0 0.000 10 0.125 20 0.250 40 0.500 60 0.750 80 1.000 100 1.250 150 1.875 200 2.500 250 3.125 300 3.750 350 4.375 400 5.000 500 6.250 600 7.500 700 8.750 800 10.000 1000 12.500 1200 15.000 1400 17.500 1600

20.000

三轴固结不排水剪试验记录

试样校正面钢环读数主应力孔压值大主应力积（c㎡） R(0.01mm)

差(kPa) (kPa) (kPa) 12.000 0 0 0 100.00 12.002 4 40.142 3 140.14 12.003 4.2 42.143 4 142.14 12.006 6.3 63.199 5 163.20 12.009 9.1 91.265 9 191.27 12.012 10.2 102.27 13 202.27 12.015 12.4 124.3 17 224.30 12.023 13.8 138.25 25 238.25 12.030 14.7 147.17 30 247.17 12.038 15.8 158.08 33 258.08 12.045 16 159.98 34 259.98 12.053 16.3 162.88 35 262.88 12.060 17.1 170.77 35 270.77 12.075 17.7 176.54 35 276.54 12.091 18.2 181.3 35 281.30 12.106 18.5 184.05 34 284.05 12.121 19.1 189.78 32 289.78 12.152 19.8 196.24 30 296.24 12.183 21.1 208.6 27 308.60 12.214 22 216.94 25 316.94 12.245

23.3

229.18

23

329.18

33

有效大主有效小主应力(kPa) 应力(kPa) 100.00 100.00 137.14 97.00 138.14 96.00 158.20 95.00 182.27 91.00 189.27 87.00 207.30 83.00 213.25 75.00 217.17 70.00 225.08 67.00 225.98 66.00 227.88 65.00 235.77 65.00 241.54 65.00 246.30 65.00 250.05 66.00 257.78 68.00 266.24 70.00 281.60 73.00 291.94 75.00 306.18

77.00

有效主应力比 1.000 1.414 1.439 1.665 2.003 2.176 2.498 2.843 3.102 3.359 3.424 3.506 3.627 3.716 3.789 3.789 3.791 3.803 3.857 3.893 3.976

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