土工 试验指导书
上海大学土木系
目录
一 、含水量试验…………………………………………………………………1
二、密度试验……………………………………………………………………3
三、土粒比重试验……………………………………………………………5
四、界限含水量试验………………………………………………………8
五、颗粒分析试验……………………………………………………………18
六、砂的相对密度……………………………………………………………22
七、固结综合试验……………………………………………………………26
八、直接剪切试验……………………………………………………………34
九、三轴压缩试验…………………………………………………………….37
试验一：含水量试验
一、概述
土的含水量是指土在温度105～110℃下烘到恒重时所失去的水质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。
含水量是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水量的变化将使土物理力学性质发生一系列的变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态，也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水量还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。
二、试验方法及原理
含水量试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内试验的标准方法。
(一) 烘干法
烘干法是将试样放在温度能保持105～110℃的烘箱中烘至恒重的方法，是室内测定含水量的标准方法。
1. 仪器设备
(1) 保持温度为105～110℃的自动控制电热恒温烘箱或沸水烘箱、红外烘箱、微波炉等其他能源烘箱；
(2) 称量200g、最小分度值0.01g的天平； (3) 装有干燥剂的玻璃干燥缸； (4) 恒质量的铝制称量盒。
2. 操作步骤
(1) 从土样中选取具有代表性的试样15～30g(有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g)，放入称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。
(2) 打开盒盖，将试样和盒一起放入烘箱内，在温度105～110℃下烘至恒量。试样烘至恒量的时间，对于粘土和粉土宜烘8～10h，对于砂土宜烘6～8h。对于有机质超过干土质量5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下进行烘干。
(3) 将烘干后的试样和盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温。 (4) 将试样和盒从干燥器内取出，称盒加干土质量，准确至0.01g。
3. 成果整理
按式(1-1)计算含水量：
ω=
m1-m2
⨯100% （1-1）
m2-m0
式中 ω ——含水量(%)，精确至0.1%； m1——称量盒加湿土质量( g)； m2——称量盒加干土质量( g)； m0——称量盒质量(g)。
烘干法试验应对两个试样进行平行测定，并取两个含水量测值的算术平均值。当含水量小于40%时，允许的平行测定差值为1%；当含水量等于、大于40%时，允许的平行测定差
值为2%。
4. 试验记录
烘干法测含水量的试验记录见表1-1。
表1-1 含水量试验记录表
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
试验二：密度试验
一、概述
土的密度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。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的重要依据，也是挡土墙压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的重要指标之一。
当用国际单位制计算土的重力时，由土的质量产生的单位体积的重力称为重力密度 ，简称重度，其单位是KN/m3。重度由密度乘以重力加速度求得，即γ=ρg 。
土的密度一般是指土的湿密度ρ ，相应的重度称为湿重度γ ，除此以外还有土的干密度ρd 、饱和密度ρsat 和有效密度ρ' ，相应的有干重度γd 、饱和重度γsat 和有效重度
γ' 。
二、试验方法及原理
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。
(一) 环刀法
环刀法就是采用一定体积环刀法切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之即为土的密度。
环刀法操作简便且准确，在室内和野外均普遍采用，但环刀法只适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。
1. 仪器设备
(1) 恒质量环刀，内径6.18cm(面积30 cm2)或内径7.98 cm(面积50 cm2)，高20mm，壁厚1.5 mm；
(2) 称量500g、最小分度值0.1g的天平； (3) 切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。
2. 操作步骤
(1) 按工程需要取原状或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。
(2) 在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削，至土样上端伸出环刀为止，根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片，以免水分蒸发。
(3) 擦净环刀外壁，拿去圆玻璃片，然后称取环刀加土质量，准确至0.1g。
3. 成果整理
按式(2-1)和式(2-2)分别计算湿密度和干密度：
ρ=
mm2-m1
= （2-1） VV
ρd=
ρ
1+0.01ω
（2-2）
式中 ρ ——湿密度(g/cm3)，精确至0.01 g/cm3；
ρd——干密度(g/cm3)，精确至0.01 g/cm3；
m——湿土质量(g)； V——环刀容积(cm3)；
m2——环刀加湿土质量(g)； m1——环刀质量(g)； ω——含水量(%)。
环刀法试验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03 g/cm3，并取其两次测值的算术平均值。
4. 试验记录
环刀法测密度的试验记录见表2-1。
表2-1 密度试验记录表(环刀法)
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
试验三、比重试验
一、 概述
土的比重 是指土粒在温度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。在数值上，土的比重与土粒密度相同，但前者是没有单位的。
土的比重是土的基本物理性质之一，是计算孔隙比、孔隙量、饱和度等的重要依据，也是评价土类的主要指标。土的比重主要取决于土的矿物成分，不同土类的比重变化幅度不大，在有经验的地区可按经验值选用，对于一般而言，其砂土比重约为2.65～2.69， 砂质粉土比重约为2.70，粘质粉土比重约为2.71，粉质粘土比重约为2.72～2.73，粘土比重约为2.74～2.76。
二、试验方法及原理
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5mm的土，采用比重瓶法进行，其中对于排除土中空气可用煮沸法和真空抽气法；对于粒径大于等于5mm的土，且其中粒径大于20mm颗粒小于10%时，采用浮称法进行；对于粒径大于等于5mm的土，但其中粒径大于20mm颗粒大于10%时，采用虹吸筒法进行；当土中同时含有粒径小于5mm和粒径大于等于5mm的土粒时，粒径小于5mm的部分用比重瓶法测定，粒径大于等于5mm的部分则用浮称法或虹吸筒法测定，并取其加权平均值作为土的比重。
(一) 比重瓶法
比重瓶法，其基本原理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，来计算出土粒的体积，从而进一步计算出土粒比重。
1. 仪器设备
(1) 容积100ml或50ml的比重瓶，有长颈和短颈两种形式； (2) 称量200g、最小分度值0.001g的天平； (3) 恒温水槽，准确度为℃； (4) 能调节温度的砂浴；
(5) 真空抽气设备，包括真空抽气机、真空抽气缸、测压的水银柱或真空负压表； (6) 刻度0～50℃、最小分度值0.5℃的温度计； (7) 孔径2mm及5mm的筛；
(8) 烘箱、牛角匙、蒸发皿、玻璃漏斗、滴管、洗瓶、纯水、中性游人液体(如煤油)等。
2. 操作步骤 (1) 比重瓶校准
① 将比重瓶洗净、烘干，置于干燥器内，冷却至室温后，称比重瓶质量，精确至0.001g，比重瓶质量需称量两次，两次的差值不得大于0.002g，并取其算术平均值。
② 将纯水煮沸，冷却至室温后注入比重瓶内，当用长颈比重瓶时，应将纯水注到刻度处为止；当用短颈比重瓶时，则应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水从瓶塞毛细管中溢出使瓶内无气泡。
③ 调节恒温水槽温度至5℃或10℃，然后将比重瓶放入恒温水槽内，待瓶内水温稳定后，将比重瓶取出，擦干瓶外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g。
④ 以5℃温度的级差，调节恒温水槽的水温，然后逐级测定不同温度下的比重瓶、水总质量，直至达到本地区最高自然气温为止。每个温度均应进行两次平行测定，两次测定的
差值不得大于0.002g，并取其算术平均值。
⑤ 记录不同温度下的比重瓶、水总质量，见表3-1，并以瓶、水总质量为横坐标，温度为纵坐标，绘制瓶、水总质量与温度的关系曲线，见图2-1。
表3-1 比重瓶校准记录表
瓶 号： 校准者： 瓶 重：
(2) 比重测定
①将烘干土过5mm筛，然后15g，用玻 璃漏斗装入预先洗净和烘干的100ml比重瓶 内，若用50ml的比重瓶则取试样10 g，称 试样和瓶的总质量，准确至0.001 g。
②了排队土中的气体，将纯水注入已装有 干 土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，然 后将瓶放在砂浴上煮沸，煮沸时间自胰液沸腾 时算起，砂及砂质粉土不应少于30min，粘土及 粘质粉土不应少于1h，以使土粒分散。悬液沸
腾后应调节砂浴温度，以避免瓶中悬液溢出瓶外。 图3-1 比重瓶校准曲线
③对于砂土，宜采用真空抽气法排气，把注入纯水的比重瓶瓶塞拿去，放在真空干部器内用真空泵抽气，抽气时真空表读数应接近1大气压，并经常摇动比重瓶，抽气时间不应小于1h，直至土样内的气泡排净为止。
④对于含有可溶盐、有机质和亲水胶体的土必须用中性液体(如煤油)代替纯水，并采用真空抽气法排所。
⑤将纯水煮沸，冷却至室温后注入比重瓶内，当用长颈比重瓶时，应将纯水注到刻度处为止；当用短颈比重瓶时，则应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水会从瓶塞毛细管中溢出使瓶内无气泡。
⑥将比重瓶置于恒温水槽内，待瓶内水温稳定，且瓶内上部悬液澄清，然后取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g。称量后应立刻测出瓶内水的温度，准确至0.5℃。
⑦根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得瓶、水总质量。 3.成果整理
(1) 用纯水测定量，按式(3-1)计算比重：
Gs=
mbs-mb
GwT
mbw+mbs-mb-mbws
(3-1)
式中 Gs——土的比重；
mbs——比重瓶、试样总质量(g)； mbw——比重瓶、水总质量(g)；
mbws——比重瓶、水、试样总质量(g)；
mb——比重瓶质量(g)；
GwT——T℃时纯水的比重(可查物理手册)，准确至0.001。 (2) 用中性液体测定时，按式(3-2)计算比重：
Gs=
mby
mbs-mb
GyT （3-2）
+mbs-mb-mbys
式中 mby——比重瓶、中性液体总质量(g)；
mbys——比重瓶、中性液体、试样总质量(g)；
GyT——T℃时中性液体的比重(应实测)，准确至0.001。
比重瓶法试验应进行两次平行测定，两次测定的平等差值不得大于0.02，并取其两次测值的算术平均值。
4.试验记录
比重瓶法测比重的试验记录见表3-2。
表3-2 比重试验记录表(比重瓶法)
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
试验四、界限含水量试验
概述
粘性土的状态随着含水量的变化而变化，当含水量不同时，粘性土可分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态，粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。土从流动状态转到可塑状态的界限含水量称为液限ωL ；土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限ωP ；土由半固体状态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时人界限含水量称为缩限ωS 。
土的塑性指数IP 是指液限与塑限的差值，由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此粘性土常按塑性指数进行分类。土的液性指数IL是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，液性指数可被用来表示粘性土所处的软硬状态，所以土的界限含水量是计算土的塑性指数和液性指数不可缺少的指标，土的界限含水量还是估算地基土承载力待的一个重要依据。
界限含水量试验要求土的颗粒粒径小于0.5mm，且有机质量不超过5%，且宜采用天然含水量的试样，但也可采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒或杂质时，应过0.5mm的筛。
一、液限试验
液限是区分粘性土可塑状态和流动状态的界限含水量，测定土的液限主要有圆锥仪法、碟式仪法待试验方法，也可采用液塑限联合温室法测定土的液限。
(一) 圆锥仪液限试验
圆锥仪液限试验就是将质量为76g的圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入10mm深度，此时试样的含水量就是液限。
图4-1 锥式液限仪
1. 仪器设备
(1) 圆锥液限仪(图4-1)，主要有三个部分：①质量为76g且带有平衡装置的圆锥，锤角30°，高25mm，距锥尖10 mm处有环状刻度；②且金属材料或有机玻璃制成的试样杯，直径不小于40 mm，高度不小于20 mm；③硬木或金属制成的平稳底座；
(2) 称量200g、最小分度值0.01 g的天平； (3) 烘箱、干燥器；
(4)
铝制称量盒、调土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹风机、孔径为0.5 mm的 标准筛、研钵等设备。
2. 操作步骤
(1) 选取具有代表性的天然含水量土样或风干土样，若土中含有较多大于0.5mm的颗粒或夹有多量的杂物时，应将土样风干 后用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。
(2) 当采用天然含水量土样时，取代表性土样250g，将试样放在橡皮板或毛玻璃板上用纯水将土样调成均匀膏状，然后放入调土皿中，盖上湿布，浸润过夜。
(3) 将土样用调土刀调拦均匀后，分层装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在底座上。
(4) 将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥仪手柄，保持锥休垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉入土中。
(5) 放锥后约经5s，锥体入土深度恰好为10mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水量即为液限。
(6) 若锥体入土深度超过或小于10mm时，表示试样的含水量高于或低于液限，应该用小刀挖去沾有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在橡皮板或毛玻璃板上，根据试样的干 、湿情况，适当加纯水或边调拦边风干 重新拌和，然后重复(3)～(5)试验步骤。
(7) 取出锥体，用小刀挖去沾有凡士林的土，然后取锥也附近土样约10～15g，放入称量盒内，测定其含水量。
锥式液限仪沉入土体中的几种情况如图4-2所示 。
图4-2 碟式液限仪沉入土体中的几种情况
3. 成果整理
按式(4-1)计算液限：
ωL=
m-m1
2
m1-m0
⨯100%(4-1)
式中 ωL——液限(%)，精确至0.1%； m1——干土加称量盒质量(g)； m2——湿土加称量盒质量(g)； m0——称量盒质量(g)。
液限试验需进行再次平均测定，并取其算术平均值，其平行差值不得大于2%。
4. 试验记录
圆锥液仪液限试验记录见表4-1。
（二）、碟式仪液限试验
碟式仪液限试验就是将土碟中的土膏，用开槽器将土膏分成两半，以每秒2次的速度将土碟由10mm高度下落，当土碟下落击数为25次时，两半土膏在碟底的合龙长度恰好达到13mm，此时试样的含水量即为液限。
1.仪器设备
(1) 碟式液限仪，也称卡萨格兰德(Casagrande)液限(见图4-3)，主要由铜碟、支架及底座组成的机械设备以及调整板、摇柄、偏心轮、开槽器等构成；
(2) 称量200g、最小分度值0.01g的天平； (3) 烘箱、干燥器；
(4) 铝制称量盒、调土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹风机、孔径为0.5 mm的标准筛、研钵等设备
表4-1 圆锥液限试验记录表
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
图4-3 碟式液限仪
2.操作步骤 (1) 碟式仪校准
松开调整板的定位螺钉，以开槽器手柄的末端部分(直径10mm)作为度量尺寸，并垫在铜碟与底座之间，用调整螺钉将铜碟底与底座之间的落高调整到10 mm。迅速转动铜碟摇柄，当蜗轮碰击从动器时，铜碟不动，并能听到轻微的声音，表明调整正确。然后拧紧定位螺钉，调整板。
(2) 碟式仪试验
① 试样的制备同圆锥仪试验操作步骤(1)，(2)。
② 将制备好的试样充分调拌均匀后，平铺于碟式仪铀碟的前半部，并且用调土刀将位于铜碟前半部的试样刮成水平，使试样中心厚度为10 mm。
③ 以蜗形轮为中心，用开槽器从后至前沿铜碟直径针试样清晰的两半，形成V形槽，如图4-4所示。
图4-4 碟式液限仪试验划槽及合龙情况
④ 以每秒两转的速度转动摇柄，使铜碟反复起落，其落高为10mm，坠击于硬橡皮座上，直至槽底两边试样的合龙长度为13 mm时，记录其击数，并在槽的两边取不少于10g的试样，放入称量盒内，测定含水量。
⑤ 将试样从铜碟中全部取出，加入不同水量拌匀后，重复以上步骤测定槽底两边试样合龙长度为13mm时所的击数，试样宜为4～5个，槽底试样合龙所需要的击数宜控制在15～35击之间，并分别测定在各种击数下相应的含水量。
3. 成果整理
按式(4-2)计算液限：
ωn=
mn-md
⨯100% （4-2） md
式中
ωn——n击下试样的含水量(%)，精确至0.1%；
mn——n击下试样的质量(g)； md——试样的干土质量(g)。 以含水量为纵坐标，以击次对数为横坐标，在半对数坐标纸上绘制含水量与击次的关系曲线，如图4-5所示，然后在曲线上查得击数为25所对应的整数含水量即为试样的液限。
图4-5 液限曲线
4. 试验记录
碟式仪液限试验记录见表4-2。
表4-2 碟式液限试验记录表
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
二、塑限试验
塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量，测定土的塑限的试验方法主要是滚搓法。滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径达3mm时裂缝并断裂，此时试样的含水即为塑限。
1. 仪器设备
(1) 200mm×300 mm的毛玻璃板；
(2) 分度值0.02mm的卡尺或直径3mm的金属丝； (3) 称量200g、最小分度值0.01g的天平； (4) 烘箱、干燥器；
铝制称量盒、滴管、吹风机、孔径为0.5mm的筛、研钵等。
2. 操作步骤
(1) 取代表性天然含水量试样或过0.5mm筛的代表性风干试样100g，放在盛土皿中，加纯水拌匀，盖上湿布，湿润静止过夜。
⑵ 将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，然后将试样捏扁，若出现裂缝，则表示其含水量已接近塑限。
⑶取接近塑限含水量的试样8～10g，先用手捏成手指大小的土团(椭圆形或球形)，然后再放在毛玻璃板上用手掌轻轻滚搓，滚搓时应以手掌均匀施压于土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动，在任何情况下土条不得有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度，在滚搓时不得从手掌下任一边脱出。
⑷当土条搓至3mm直径时，表面产生许多裂缝，并开始断裂，此时试样的含水量即为塑限。若土条搓至3mm直径时，仍未断裂，表示试样的含水量高于塑限；或者土条直径在大于3mm时已开始断裂，表示试样的含水量低于塑限，都应重新取样进行试验。
⑸取直径3mm且有裂缝的土条3～5g，放入称量盒内，随即盖紧盒盖，测定土条的含水量。
3. 成果整理
按式(4-3)计算塑限
ωp=
m2-m1
⨯100%
m1-m0
(4-3)
式中 ωp——塑限(%)，精确至0.1%；
m1——干土、称量盒质量(g)；
m2——湿土、称量盒质量(g)； m0——称量盒质量(g)。
塑限试验需进行再次平均测定，并取其算术平均值，其平行差值不得大于2%。
4. 试验记录
滚搓法塑限试验记录见表4-3
表4-3 滚搓法塑限试验记录表
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
三、液、塑限联合测定法
液、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量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量时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm(或17 mm)所对应的含水良即为液限，查得圆锥下沉深度为2 mm所对应的含水量即为塑限。
图4-6液塑限联合测定仪
1. 仪器设备
(1) 液塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、控制开关和试样杯。图4-6所示的为光电式液塑限联合测定，圆锥质量为76g，锥角为30°；读数显示为光电式；试样杯内径为40～50mm。高度为30~40mm。
(2) 称量200g，最小分度值0.01g天平。 (3) 烘箱、干燥箱。
(4) 铝制称量盒、调土刀、孔径为0.5mm的筛、研体、凡士林。 2．操作步骤
⑴ 原则上采用天然含水量土样，但也可以采用风干土样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒与杂物时应过0.5mm的筛。
⑵ 当采用天然含水量土样，取代表性试样250g；采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性试样200g，将试样放在橡皮板上用纯水调制成均匀膏状，放入调土皿，盖上湿布，浸润过夜。
⑶ 将制备好的试样用调土刀充分调拌均匀后，分层装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在联合测定仪的升降座上。
⑷ 将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，然后接通电源，使电磁铁吸住圆锥。
(5) 调节零点，使屏幕上的标尺调在零位，然后转动升降旋钮，试样杯徐徐上升，当锥尖刚好试样表面时，指示灯亮，立即停止转动旋钮。
(6) 按动控制开关，圆锥则在自重下沉入试样，经5s后，测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度，然后取出试样 ，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。
(7) 将试样从试样杯中全部挖出，再加水或吹干 并调匀，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水量下的圆锥下沉深度。液塑限联合测定至少在三点以上，其圆锥入土深度宜分
别控制在3～4mm，7～9mm和15～17mm。 3.成果整理 (1) 含水量计算
ω=
m2-m1
⨯100% （4-4）
m1-m0
式中 ω——含水量(%)，精确至0.1%；
m1——干土、称量盒质量(g)； m2——湿土、称量盒质量(g)； m0——称量盒质量(g)。
(2) 液限和塑限确定
以含水量为横坐标，以圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制含水量与圆锥入土深度关系曲线，如图4-7所示。三点应在一直线上，如图中A线。当三点不在一直线上时，通过高含水量的点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水量，当所查得的两个含水量差值小于2%时，应以该两个含水量平均值的点(仍在圆锥下沉深度为2mm处)与高含水量的点再连一直线，如图中B线，若两个含水量的差值大于、等于2%时，则应重做试验。
在含水量与圆锥下沉深度的关系图(图4-7)上查得圆锥下沉深度为17cm所对应的含水量为17mm液限；查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1%。 (3) 塑性指数计算
Ip=ωL-ωp (4-5)
式中 Ip ——塑性指数，精确至0.1； 图4-7 含水量与圆锥下沉深度的关系图 ωL——液限(%)； ωp———塑限(%)。 (4) 液性指数计算
IL=(ωL-ωp)/ Ip (4-6)
式中 IL——液性指数，精确至0.01； ωp——天然含水量(%)； 其余符号意义同式(4-5)。
4.试验记录
液塑限联合测定试验记录见表4-4。
表4-4液塑限联合测定试验记录表
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
试验五：颗粒分析试验
一、 概述
天然土都是由大小不同的颗粒所组成的，土粒的粒径从粗到细逐渐变化时，土的性质也随之相应地发生变化，在工程上把粒径大小相近的土粒，按适当的粒径范围归并为一组，称为粒组，各个粒组随着径粒分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒问题的百分数)来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒分析试验就是测定土中各种粒组所占该土的百分数的试验，可分为筛析法和沉降分析法，其中沉降分析法又有密度计法(比重计法)和移液管法等。对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛分析的方法来测定，而对于料径小于0.075mm的土粒则用沉降分析方法(密度计法或移液管法)来测定。
土的颗粒组成在一定程度上反映了土的某些性质，因此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，而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。土的颗粒组成还可概略判断土的工程性质以及供建材选料之用。
二、筛析法
筛析法就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。筛析法是测定土的颗粒组成最简单的一种试验方法，适用于粒径大于0.075 mm的土。
(一) 仪器设备
1. 分析筛
(1) 圆孔粗筛，孔径为60 mm，40 mm，20 mm，10 mm，5mm和2mm。 (2) 圆孔细筛，孔径为2mm，1mm，0.5mm，0.25mm，和0.075mm。
2. 称量5000g、最小分度值1g的天平；称量1000g、最小分度值0.1g；称量200g、最小分度值0.01g的天平。
3. 振筛机，筛析过程中应能上下震动、水平转动。 4. 烘箱、量筒、漏斗、研钵、瓷盘、毛刷、匙等。
(二) 操作步骤
先用风干法制样，然后从风干松散的土样中，按表5-1称取有代表性的试样，称量应准确至0.1g，当试样质量超过500g时，称量应准确至1g。
表5-1 筛析法取样质量
1. 无粘性土
(1) 将按表5-1称取的试样过孔径为2mm的筛，分别称出留在筛子上和已通过筛子孔径的筛子下试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析；当筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。
(2) 取2mm筛上的试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行粗筛筛析，然后再取2mm筛下的试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析，进行震筛，振筛时间一般为10～15min。
(3) 按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，称留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g。
(4) 筛后各级筛上及底盘内试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。
2. 含有细粒土颗粒的砂土。
(1) 将按表5-1称取的代表性试样，置于盛有清水的容器中，用搅棒充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。
(2) 将容器中的试样悬液通过2mm筛，取留在筛上的试样烘至恒重，并称烘干试样质量，准确到0.1g。
(3) 将粒径大于2mm的烘干试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行粗筛筛析。按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g。
(4) 取通过2mm筛下的试样悬液，用带橡皮头的研杆研磨，然后再过0.075mm筛，并将留在0.075mm筛上的试样烘至恒量，称烘干试样质量，准确至0.1g。
(5) 将粒径大于0.075mm的烘干试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析。细筛宜置于振筛机上进行震筛，振筛时间一般为10～10min。
(6) 当粒径小于0.075mm的试样质量大于试样总质量的10%时，应采用用密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。
(三) 成果整理
1. 小于某粒径的堤中试样总质量的百分比可按式(5-1)计算：
X=
mAmB
dx
(5-1)
式中 X——小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比(%)；
mA——小于某粒径的试样质量(g)；
mB——当细筛分析时或用密度计法分析时为所取的试样质量；当粗筛分析时为试样总质量(g)；
dx——粒径小于2mm的试样质量占试样交流中心质量的百分比(%)。 2. 制图
以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，以颗粒粒径为对数横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小颁布曲线，见图5-1
按式(5-2)计算不均匀系数；
Cu=
d6010
(5-2)
式中 Cu——不均匀系数；
d60——限制粒径，在颗粒大小颁布曲线上小于该粒径的土含量占土总质量60%的粒径；
d10——有效粒径，在颗粒大小颁布曲线上小于该粒径的土含量占土总质量10%的粒径；
按(5-3)计算曲量系数：
Cc=
d30
2
d60d10
(5-3)
式中 Cc ——曲量系数；
d30——在在颗粒大小分布曲线上小于该粒径的土含量占土总质量的30%的粒径。
(四) 试验记录
筛析法颗粒分析试验记录见表5-2。
图5-1 颗粒大小颁布曲线
5-2颗粒大小分析试验记录表(筛析法)
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
试验六：砂的相对密度试验
一、 概述
相对密度是砂土处于最松状态的孔隙比与天然状态孔隙比之差和最松状态的孔隙比与最紧密状态的孔隙比之差的比值。
相对密度是砂性土紧密程度的指标，对于建筑物和地基的稳定性，特别是在抗震稳定性方面具有重要的意义。密实的砂，具有较高的抗剪强度及较低的压缩性，在震动情况下液化的可能性小；而松散的砂，其稳定性差，压缩性高，对于饱和的砂土，在震动情况下，还容易产生液化。
砂土的密实程度在一定程度上可用其孔隙比来反映，但砂土的密实程度并不单独取决于孔隙比，在很大程度上还取决于土的颗粒级配。颗粒级配不同的砂土即使具有相同的孔隙比，但由于土的颗粒大小的不同，颗粒排列不同，所处的密实状态也会不同。为了同时考虑孔隙比和颗粒级配的影响，引入砂土相对密度的概念来反映砂土的密度。
二、试验方法及原理
砂的相对密度涉及到砂土的最大孔隙比、最小孔隙比及天然孔隙比，砂的相对密度试验就是进行砂的最大孔隙比(或最小干密度)试验和最小孔隙比(或最大干密度)试验，适用于粒径不大于5ｍｍ，且粒径2～5mm的试样质量不大于试样总质量15%的土。
(一) 砂的最大孔隙比(最小干密度)试验
图6-1 漏斗与拂平器
1. 仪器设备
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
500ml量筒及内径600mm的1000ml量筒；
颈管的内径为1.2cm的长颈漏斗，颈口应磨平；
直径1.5cm的锥形塞，并焊接在铁杆上，如图6-1 所示； 砂面拂平器，如图4-14所示； 橡皮板；
称量1000g、最小分度值1g的天平。
2. 操作步骤
(1) 漏斗法
① 称取代表性的烘干或充分风干试样1.5kg，用手搓揉或用圆木在橡皮板上碾散，并拌和均匀。
②将锥形塞杆自长颈漏斗下口向上穿入，并向上提起，以使锥底堵住漏斗管口，一并
放入容积1000ml的量筒内，并使其下端与量筒底接触。
③称取试样700g，分数次均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆同时提高，然后下移塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约1～2cm的距离，从而使试样缓慢且均匀颁布地落入量筒中。
④试样全部松散地落入量筒后，取出漏斗和锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，然后测记试样体积，估读至5ml。
(2) 量微筒法
在漏斗法试验测记试样体积后，紧接着用手掌或橡皮板堵住量筒口，将量筒倒转，然后缓慢地转回到原来位置，如此重复数次后，再记下试样在量筒内所占体积的最大值，估读至5ml。
取漏斗法和量筒法两种方法中测得的较大试样体积值，并计算最小干 密度及最大孔隙比。砂的最大孔隙比(最小干密度)试验必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取两次测值的平均值。
(二) 砂的最小孔隙比(最大干 密度)试验
砂的最小孔隙比试验，也称砂的最大干 密度试验，就是测定砂在最紧密状态的孔隙比及干 密度的试验，砂的最小孔隙比(最大干 密度)试验采用振动锤击法。
1. 仪器设备
(1) 金属圆筒，有两种：一种容积250ml、内径为5cm；另一种容积1000ml、内径为10cm，高度均为12.7cm，附护筒。
(2) 振动叉，如图4-15所示。
(3) 击锤，如图4-16所示，锤质量1.25kg，落15 cm，锤直径5 cm。
图6-2 振动叉 图6-2 击锤
2. 操作步骤
(1) 称取代表性试样2000g，拌匀，分3次倒入金属圆筒内，且为圆筒容积的1/3，试样每次倒入圆筒后，先用振动叉以每分钟150～200次的速度各敲打圆筒两侧，并在同一时间内以每分钟30～60次的速度用击锤锤击试样表面，直至试样体积不变为止(一般需15～10ml)，如此重复第二层和第三层。
(2) 振毕后，取下护筒，并且修土刀齐圆顶面刮平试样，然后称圆筒内和试样的总质量，计算出试样质量，准确至1g，并记录试样体积。
砂的最小孔隙比(最大干密度)试验必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取两次测值的平均值。
（三）成果整理
1.最小干密度和最大孔隙比计算
砂的最小干密度按式(6-1)计算：
ρ
max
=
mdVmax
——试样的最小干密度(g/cm3)；
(6-1)
式中
ρ
max
md ——试样干土质量(g)；
Vmax ——试样的最大体积(cm3)。 砂的最大孔隙比按式(6-2)计算：
emax=
ρG
w
s
ρ
-1(6-2)
dmin
式中
e
max
——试样的最大孔隙比；
ρw——水的密度(g/cm3)； G——土粒比重。 2.最大干密度和最小孔隙比计算 砂的最大干密度按式(6-3)计算：
ρ
dmax
=
mdVmin
(6-3)
式中 ρ
3
dmax——砂的最大干密度(g/cm)；
md——试样干土质量(g)； Vmin——试样的最小体积(cm3)。 砂的最小孔隙比按式(6-4)计算：
emin=
ρG
w
s
ρ
-1(6-4)
dmax
式中，emin 为最小孔隙比，其余符号意义同式(6-2)。 3.砂的相对密度计算
Dr=
emax-e0emax-emin
(6-5)
式中 Dr——砂的相对密度；
e0——砂的天然孔隙比；
ρ___天然干密度或要求的干密度
d
(四)试验记录
砂的相对密度试验记录见表6-1。
表6-1相对密度试验记录表
工程名称： 试验者：
工程编号： 计算者：
试验七、固结综合试验
一、基本原理
(一) 土的压缩性
土在外荷载作用下，其孔隙间的水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积也将缩小，从而引起土层的压缩变形，土在外力作用下体积缩小的这种特性称为土的压缩性。
土的压缩性主要有两个特点：①土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引进的。对于饱和土，土是由颗粒和水组成的，在工程上一般的压力作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量都非常微小，可不予考虑，但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩；②由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。 (二) 土的压缩曲线及有关指标
固结试验(亦称压缩试验)是研究土的压缩性的基本的方法。固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后置于固结仪内，在不同荷载和在完全侧限条件下测定土的压缩变形。
由固结试验可得到土的压缩变形ΔH 与荷载 p 之间的关系，并可进一步得到相应的孔隙比e 与荷载 p 之间的关系 ：e--p 曲线或e--lgp 曲线。
图7-1 固结试样中土样孔隙比的变化
如图7-1所示，设土样的初始高度为H0，初始孔隙比为e0 ，在荷载p 作用下，土样稳定后的总压缩量为ΔH ，假设土粒体积Vs=1（不变） ，根据土的孔隙比的定义e=Vv/ Vs ，则受压前后土粒体积不变，且土样横截面积不变，所以受压前后试样中土粒所占的高度不变，因此，根据荷载作用下土样压缩稳定后的总压缩量ΔH，即可得到相应的孔隙比e的计算公式：
H0-∆HH
==1+e01+e1+e
于是有：
H0
(7-1)
e=e0-
∆H
(1+e0)H0
Gs(1+w)
(7-2)
式中 e0=
ρ
ρ-1，其中，Gs 为土粒比重，ω0为土样的初始含水量，ρ0 为
w
土样的初始密度(g/cm3)，ρ3w为水的密度(g/cm)
。
如此，根据式(7-2)即可得到各级荷载p 下对应的孔隙比e ，从而可绘制出土的e-p 曲线及e-lgp 曲线等。 1. e-p曲线及有关指标
图7-2 土的压缩曲线
通常将由固结试验得到的e-p 关系，采用普通直角坐标系绘制成如图(7-2)所示的e-p 曲线。
(1) 压缩系数a
从图(7-2)可以看出，由于软粘土的压缩性大，当发生压力变化Δp 时，则相应的孔隙比的变化Δe 也大，因而曲线就比较陡；反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力变化Δp 时，相应的孔隙比的变化 Δe 就小，因而曲线比较平缓，因此，土的压缩性的大小可用e-p 曲线的斜量来反映。
如图(7-2)所示，设压力由p1 增至 p2 ，相应的孔隙比由e1 减小到e2 ，当压力变化范围不大时，可将该压力范围的曲线用割线来代替，并用割线的斜量来表示土在这一段压力 范围的压缩性，即：
e1-e2∆e
a=tanα=-=
∆pp2-p1
(7-3)
式中， a 为土的压缩系数(MPa-1) ，压缩系数愈大，土的压缩性愈高。
图7-3 由压缩曲线确定压缩指标
从图7-3a)还可以看出，压缩系数a 值与土所受的荷载大小有关。为了便于比较，一般采用压力间隔p1=100kPa 至 p2=200kPa 时对应的压缩系数a1-2 来评价土的压缩性。
(2)压缩模量 Es
由e-p曲线，还可以得到另一个压缩指标—压缩模量用Es 来表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量Δε的比值，由图7-4可得到:
Es=
∆p∆p=
∆ε∆H/H1
(7-4)
式中， Es 为压缩模量 (mPa) 。
图7-4 侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系
在无侧向变形，即横截面积不变的情况下，同样根据土粒所占高度不变的条件，土样高度的变化ΔH 可用相应的孔隙比的变化Δe= e1 -e2 来表示：
H11+e1
得到
=
H21+e2
=
H1-∆H1+e2
(7-5)
∆H=
e1-e21+e1
H1=
∆e
H1
1+e1
(7-6)
将式(7-5)代入式(7-4)得：
1+e1∆p∆p
Es===
∆H/H1∆e/(1+e1)a
(7-7)
同压缩系数a一样，压缩模量Es 也不是常数，而是随着压力的变化而变化。显然在压力小的时候，压缩系数a 大，压缩模量Es 小；在压力大的时候，压缩系数a 小，压缩模量Es 大。在工程上，一般采用压力间隔100kPa 至200kPa 时对应的压缩模量 Es1-2 ；也可根据实际竖向应力的大小，在压缩曲线上取相应的值计算压缩模量。
2. 土的回弹曲线和再压缩曲线
当土体加压到某一荷载值pi后不再加压，逐级进行卸载直至零，并且测得各卸载等级下土样回弹稳定后的高度，进而换算得到相应的孔隙比，即可绘制出卸载阶段的关系曲线，如图中bc曲线所示，称为回弹曲线(或膨胀曲线)。从图中还可以看到，回弹曲线不与初始加载的曲线ab重合，当卸载至零时，土样的孔隙比没有恢复到初始压力为零时的孔隙比e0 。这就显示了土残留了一部分压缩变形，称之为残余变形，但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹性变形。
若对土样重新逐级加压，则可测得土样在各级荷载作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压缩曲线，如图7-5a中cdf曲线所示。可以发现其中df段象是ab段的延续，犹如期间没有经过卸载和再压缩的过程一样。
图7-5 土的回弹-再压缩曲线
3. e-lgp曲线及有关指标
当采用半对数的直角坐标来绘制固结试验关系曲线时，就得到了e-lgp 曲线(如图7-2b)，可以看到，在压力较大部分，e-lgp 关系接近直线，这是这种表示方法区别于e-p 曲线的独特的优点。它通常用来整理有特殊要求的试验，如先期固结压力的确定，同样，图7-5a)中的回弹再压缩曲线也可绘制成e-lgp 曲线(如图7-5b)。
(1) 压缩指数、回弹指数
将图7-3b)中e-lgp 曲线段的斜量用Cc 来表示，称为压缩指数，无量纲，如下式所示：
e1-e2
Cc==
plgp2-lgp1
lg2
p1
e1-e2
(7-8)
压缩指数Cc与压缩系数a不同，a值随压力变化而变化，而Cc 值在压力较大时为常数，不随压力变化而变化，Cc值越大，土的压缩性则越高。
卸载段和再压缩段的平均斜量(如图7-5b)称为回弹指数或再压缩指数 Cc 。 4. 先期固结压力
土层历史上所曾经承受过的最大固结压力称为先期固结压力，也就是土体在固结过程中所受的最大有效应力，用pc 来表示，先期固结压力是一个非常有用的量和概念，是了解土层应力历史的指标。
通过先期回结压力pc与土层自重应力p0 (即自重作用下固结稳定的有效应力)状态的比较，可将天然土层划分为下沉固结土、超固结土和欠固结土三类固结状态，并用超固结比OCR=pc /p0 去判别：
(1)如果土层的自重应力p0 等于前期固结压力pc ，也就是说土自重应力就是该土层历史上受过的最大有效应力，这种土称为正常固结土，则OCR=1。
(2)如果土层的自重应力p0 小于前期固结压力pc ，也就是说该土层历史上受过的最大的有效压力大于土自重应力，这种土称为超固结土，如覆盖的土层由于被剥蚀等原因，使得原来长期存在于土层中的竖向有效压应力减少了，则OCR>1。
(3)如果土层的前期固结压力pc 小于土层的自重应力p0 ，也就是说该土层在自重作用下的固结尚未完成，这种土称为欠固结土，如新近沉积粘性土、人工填土等，由于沉积的时间短，在自重作用下还没有完全固结，则OCR
二、试验方法
根据工程需要，固结试验可以进行如下方法的试验：①标准固结试验；②快速固结试验；③应变控制连续加荷固结试验。
通过固结试验，可以测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系、孔隙比与通过固结试验，可以测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系、孔隙比与压力的关系及变形与时间的关系，并可确定土的压缩系数a 、压缩模量Es、体积压缩系数mV 、压缩指数Cc 、回弹指数Cs 、竖向固结系数Cv 以及先期固结压力pc 。
以下主要介绍快速固结试验。 （一）、快速固结试验 对于计算精度要求不高，而渗透性又较大的土用不需要固结系数时，可采用快速固结试验方法。快速固结试验法规定在各级压力下的固结时间为1h，仅最后一级压力延长至24 h，并以等比例综合固结度进行修正。
1. 仪器设备
(1) 固结容器。由环刀、护环、透水板、加压上盖待组成，土样面积30cm2或50 cm2，高度2 cm，如图7-6所示。
图7-6 固结容器示意图
(2) 加荷设备。可采用量程为5～10kn的杠杆式、磅秤式或气压式等加荷设备。
(3) 变形量测设备。可采用最大量程10mm、最小分度值0.01 mm的百分表，也可采用准确度为全量程0.2%的位移传感器及数字显示仪表或计算机。
(4) 毛玻璃板、圆玻璃板、滤纸、切土刀、钢丝锯和凡士林或硅油等。
2. 试验步骤
(1) 按工程需要选择面积为30cm2或50 cm2的切土环刀，环刀内侧涂上一层薄薄的凡士林或硅油，刀口应向下放在原状或人工制备的扰动土上，切取原状土样时应按天然状态时垂直方向一致。
(2) 小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土，应使整修土样进入环刀并凸出环刀为止，然后用钢丝锯(软土)或用修土刀(较硬的土或硬土)将环刀两侧余土修平，擦净环刀外壁。
(3) 测定土样密度，并在余土中取代表性土样测定其含水量，然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。
(4) 在固结仪的固结宣传品内装上带有试样的切土样刀(刀口向下)，在土样两端应贴上洁净而湿润的滤纸，再用担环螺丝将导环置于固结，然后放在透水石和传夺活塞以及定向钢
球。
(5) 将装有土样的固结容器，准确地放在加荷横梁的中心，如杠杆式固结仪，应调整杠杆平衡，为保证试样与容器上下各部件之间接触良好，应施加1kpa预压荷载；如采用气压式压缩仪，可按规定调节气压力，使之平衡，同时使各部件之间密合。
(6) 调整百分表或位移传感器至“0”读数，并按工程需要确定加压等级、测定项目以及试验方法。
(7) 加压等级可采用12.5kpa，25 kpa，50 kpa，200 kpa，400 kpa，800 kpa，1600 kpa，3200 kpa。第一 大小视土的软硬程度，分别采用12.5 kpa，25 kpa或50 kpa；最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和，或大于上覆土层的计算压力100～200 kpa，但最大压力不应小于400 kpa。
(8) 对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应立即向固结容器的水槽中注水浸没试样，而对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖于加压盖板四周，避免水分蒸发。
⑼ 当试验结束时，应先排队固结容器内水分，然后拆除容器内各部件，取出带环刀的土样，必要时，揩干试样两端和环刀外壁上的水分，测定试验后的密度和含水量。
3. 成果整理
(1) (2) (3) (4) (5)
计算试验前后土样含水量 计算试验前后土样密度 计算试样初始孔隙比e0。
计算试样的颗粒(骨架)净高h。
按式(7-9)计算某级压力下固结稳定后土的孔隙比e0：
ei=e0
∆h∑-k⋅
hs
i
(7-9)
式中 ei——某级压力下的孔隙比；
∑△hi——某级压力下试样固结1h的累计变形量(cm)；
k——校正系数，k=(∑△hn )T /(∑△hn )t 或k=(∑△en )T /(∑△en)t (∑△hn )t——最后一级压力下试样固结1h的总变形量(cm)； (∑△hn )T——最后一级压力下试样固结24h的总变形量(cm)； (∑△en )T——最后一级压力下试样固结1h的孔隙比总减缩量； (∑△en)t——最后一级压力下试样固结24h的孔隙比总减缩量； (6)绘制e-p 曲线或e-lgp 曲线
以孔隙比e 为纵坐标，压力p 为横坐标，绘制e-p 曲线(可绘制在表7-3中)。 (7)计算某一压力范围内压缩系数aV 和压缩模量ES。
4. 试验记录
表7-1试验前后含水量测定记录表
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
表7-2试验前后密度测定记录表(环刀法)
工程名称： 试验者：
工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：
表7-3快速固结试验记录
工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者：
试验八、直接剪切试验
(一) 概述
直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定抗剪强度的一种常用方法，，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力施加水平剪力，测试样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数ϕ与c
(二) 试验方法
直接剪切试验一般可分为慢剪、固结快剪和快剪三种试验方法。 1.慢剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定(变形稳定标准为每小时变形不大于0.005mm)，再以小于每分钟0.02 mm的剪切速量缓慢施加水平剪应力，在施加剪应力的过程中，使土样内始终不产生孔隙水压力，用几个土样在不同垂直压力下进行剪切，将得到有效应力抗剪强度参数cs 和Фs 值，但历时较长，剪切破坏时间可按下式估算
tf=50t50
(8-1)
式中 t f ——达到破坏所经历的时间； t 50——固结度达到50%的时间。
2.固结快剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定，再以每分钟0.8mm的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5min内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。由于时间短促，剪力所产生的超静水压力不会转化为粒间的有效应力，用几个土样在不同垂直压力下进行慢剪，便能求得抗剪强度参数ϕcq与Ccq 值，这种ccq 、
ϕ值称为总应力法抗剪强度参数。
cq
3.快剪试验。采用原状土样尽量接近现场情况，以每分钟0.8mm的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5 min内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验外力的影响，但由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能求得(σtanФq+cq )的混合值。快速法适用于测定粘性土天然强度，但υq 角将会偏大。
(三)仪器设备
1..直剪仪。采用应变控制式直接剪切仪，如图8-1所示，由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计以及位移量测系统等组成。加压设备可采用杠杆传动，也可采用气压施加。
2.测力计。采用应变圈，量表为百分表或位移传感器。 3.环刀有。内径6.18cm，高2.0 cm。
3. 其他。切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、圆玻璃片以及润滑油等。
图8-1 应变控制式直接剪切仪
(四)操作步骤
1. 对准剪切盒的上下盒，手稿固定销钉，在下盒内放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。 2. 将盛有试样的环刀，平口向下、刀口向上，对准剪切盒的上盒，在试样面放湿润滤纸一张及透水石一块，然后将试样通过透水石徐徐压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压活塞及加压框架。
3. 取不少于4个试样，并分别施加不同的垂直压力，其压力大小根据工程实际和土的软硬程度而定，一般可按250kpa，50 kpa，100 kpa，200 kpa，300 kpa，400 kpa，600 kpa，„施加，加荷时应轻轻加上，但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加。
4. 若试样是饱和试样，则在施加垂直压力5min后，向剪切盒内注满水；若试样是非饱和土试样，不必注水，但应在加压板周围包以湿棉纱，以防止水分蒸发。
5. 当在试样上施加垂直压力后，若每小时垂直变形不大于0.005mm，则认为试样已达到固结稳定。
6. 试样达到固结稳定后，安装测力计，徐徐转动手轮，使上盒前端的钢珠恰与测力计接触，测记测力计初读数。
7. 松开外面四只螺杆，拔去里面固定销钉，然后开动电动机，使应变圈受压，观察测力计的读数，它将随下盒位移的增大而增大，没测力计读数不再增加或开始倒退时，即出现峰值，认为试样已破坏，记下破坏值，并继续剪切至位移为4mm停机；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。
8. 剪切结束后，卸支剪切力和垂直压力，取出试样，并测定试样的含水量。
(三) 成果整理
1. 计算
按式(8-1)计算每一试件的剪应力：
τ=KR(8-1)
式中 τ——试样所受的剪应力(kpa)
K——测力计率定系数(kpa/0.01mm)
R——剪切时测力计的读数与初读数之差值(0.01mm)。 2. 制图
(1) 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(图8-2)，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。
(2) 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(图
8-3)，直线的倾角为土的内摩擦角υ ，直线在纵坐标上的截距为土的粘聚力c 。
图8-2 剪应力与剪切位移关系曲线 图8-3 抗剪强度与垂直压力关系
(四) 试验记录
直接试验记录见表8-1。
表8-1直接剪切试验记录
工程编号： 试验者： 试验方法： 计算者： 固结时间： 校核者：