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1、前 言土力学教学试验课是土力学与地基课程的重要组成部分，其目的在于通过试验加深对课堂所学知识的理解，熟悉试验设备，掌握必要的试验技术，培养学生试验研究的基本技能与独立工作能力，丰富对土的感性认识，明确土力学试验在土工建筑中的作用和重要性。土工试验的项目虽然繁多（具体项目可参看有关土工试验规程），但归纳起来可大体分为三类：一、土的物理性质试验包括含水率、密度、比重、颗粒分析、液限、塑限、天然稠度、湿化、相对密度、毛管水上升高度、天然坡角等试验。二、土的力学性质试验包括击实、渗透、压缩、三轴剪切、无侧限抗压强度、直剪、前期固结压力等试验。三、土的化学性质试验包括有机水溶盐测定等试验。我们的教学试验
2、只是其中一部分，但却是重要的基本部分，具体内容是参照水利出版社的土工试验规程根据教学要求而拟定的，对于不同专业，试验内容可有所取舍。学生在进行教学试验前，必须做到：1.试验前要做好预习2.进入试验室后，要认真听取教师讲解，掌握试验课要点及有关内容。3.试验时要严肃认真、积极主动，既要独立思考，又要互相配合，严格按照试验指导书的要求和规定完成试验。4.试验结束后，应做好仪器设备的清理和清洁工作，经指导教师或试验室人员检查合格后，方能离开试验室。5.试验报告书应在指定时间内交上，绘图书写要清楚工整，不合要求需重做。试验一 颗粒大小分析试验（密度计法）一、试验目的颗粒大小分析试验的目的在于通过测定土
3、中各种颗粒占该土总重的百分数的方法，了解土的颗粒大小分配情况，供土的分类、判断土的工程性质及建材选料之用。颗粒大小分析有筛析法和密度计法等，本试验只做细颗粒（小于0.075毫米的土）的密度计法。二、试验原理密度计法是使一定颗粒分布重量的土样在水内充分分散，并加以搅拌制成均匀的悬液见图1-1(a)，停止搅拌后，土颗粒在水中自由下沉。图1-1 土粒下沉情况示意图按照司笃克(Stokers)定律，粒径愈大的颗粒下沉愈快，粒径愈小的下沉愈慢，见图1-1(b)。此时，除最靠近筒底部外，从上到下悬液密度逐渐增加，不同时间放密度计于量筒中即可测读悬液某深度处的密度，直到悬液接近澄清为止。根据密度计的读数，用
4、量得L深度处悬液比重与原来悬液的比重相比较，就可以计算出小于某粒径的颗粒在全部颗粒中所占的重量百分比数。同时在不同时间内量测L深处（L为一变数）的密度，即可找出不同粒径的数量，以绘出颗粒大小分配曲线。密度计在试验中的作用，一是量测悬液的密度，二是量测土粒沉降的距离。不难看出，用密度计法分析颗粒径大小的分布是根据下述三个假定进行的。1.试验开始时土的颗粒大小均匀地分布于水中；2.运用了司笃克(Stokes)定律；（见附录一）3.所用的量筒直径要比密度计的直径大很多三、试验仪器及设备图1-2 密度计1.密度计1个如图1-2密度计有两种，即甲种密度计和乙种密度计，甲种密度计的刻度单位以摄氏20时每1
5、000ml悬液内所含干比重的克数表示。从060，最小刻度单位为1.0。乙种密度计刻度单位以摄氏20时悬液的比重表示，自0.9951.050，最小刻度单位为0.001，本试验采用乙种密度计。2.量筒两个容积1000ml，高约45cm，直径约6cm。3.温度计一个刻度050，最小刻度单位为0.54.搅拌器一个轮径50mm，孔径约3mm。5.其他：细筛、烘箱、碾土器、电热器、三角烧瓶、冷凝管、六偏磷酸钠、天平（感量0.01g）、蒸馏水等。该部分仪器主要供试验室制备悬液准备工作用。四、试验方法及步骤1.制备土样试验应采用天然含水率的土样进行，若土样在分析前无法保持其天然水率时，允许用风干或烘干土样，风
6、干（或烘干）土样制备如下：取代表性的土样100300g，用碾土器研散，将研散后的土过2mm细筛，再将筛上的土粒研散再过筛，直至筛上仅留下大于2mm的颗粒为止，将筛下的土样放入烘箱，烘至恒重。2.制备悬液将烘至恒重的土样拌和均匀，称取30g，准确至0.01g，装入三角烧瓶中（装瓶时切勿使土粒散失），在三角烧瓶中注入约200ml蒸馏水，浸泡时间不少于18小时（对于砂性较大，易于分散的土，可适当减少浸泡时间）。然后将瓶稍加摇晃，放在电热器上，用连接冷凝管下端的橡皮塞塞紧瓶口，进行煮沸，煮沸时间从水沸腾开始，粘土和不易分散的土，一般1小时左右，其他土可酌量减少，但不得少于半小时，待悬液冷却后，将其倒入
7、标明号码的量筒内，并将烧瓶中剩留的悬液，分次用少量蒸馏水完全洗净倒入量筒内，4%的浓度的六偏磷酸钠约10ml倒入量筒溶液中，注水入量筒，使筒内悬液恰达1000ml。以上土样悬液制备由试验室完成，同学不做。3.搅拌与量测将搅拌器置于盛悬液的量筒中，沿整个悬液深度上下搅拌约一分钟，往复约30次，使悬液内土粒均匀分布（注意搅拌时勿使悬液溅出筒外）。取出搅拌器，同时立即开动秒表，将密度计小心地放入悬液中，直到手上感觉不出密度计重量时，再轻轻松手，测记开动秒表后1、5、30、120和1440分钟的密度计读数。每次读数均在预定时间前1020秒钟将密度计放入悬液中，测记读数后取出。取出密度计后，立刻测记悬液
8、温度，准确至0.5。注意一密度计读数均以弯液面上缘为准，（甲种密度计应准确至1，估读至0.1，乙种密度计要准确至0.001，估读至0.0001）。注意二取出或放入密度计时，应尽量减少悬液的扰动，每次取出后应将密度计放于盛清水的量筒中，不得放在桌面上，以防滚落；不得横持密度计，以防折断。五、计算与制图1.计算小于某粒径的土重百分数：（乙种密度计）式中：V悬液总体积（=1000ml）；WS分析用1000毫升悬液中的干土总质量，g；Cs比重校正系数；rw2020时水的密度，0.998232g/cm3,同学可取1.0g/cm3；rs土粒密度，g/cm3；m温度校正值；n刻度及弯液面校正值；R乙种密度计
9、读数；CD分散剂校正值。m、n、CD取值见附录。2.按司笃克公式计算颗粒直径，d(mm)式中：rwo4时水的密度，g/cm3；h水的动力粘滞系数，KPas10-6；L某一时间t内的土粒有效沉降距离，cm(可查试验室给出的图表)Gs土粒比重；GwT温度为T时水的比重；t沉降时间，secg重力加速度，（981cm/s2）为了简化计算，可用司笃克公式列线图，求得粒径d值。3.用小于某粒径的土粒重百分数X（%）为纵坐标，颗粒直径d（mm）的对数值为横坐标，绘制颗粒大小级配曲线（见试验报告）。附录一、司笃克(Stokes)定律及悬液中等于或小于某粒径d的土粒重量百分数的计算1.司笃克定律一八四五年司笃克
10、研究得出在无限伸展的静止的液体介质中，一刚性表面光滑球体下沉，其所受的力只有重力及水的粘滞力，若液体的抵抗力等于某重力时，球体则以等速下降。球体的重力 流体对球体的浮力 球体重力减去液体的浮力为球体在液体中下降的力量。设此力量为F2，则球体在液体中下降时，由于液体粘性，因此必然发生摩擦，设球体上所受摩擦力为Rf，则 式中f为阻力系数，与Re雷诺数（球体）有关，司笃克的研究认为：故 Rf=3pdhV当球体开始沉降时v甚小，故Rf亦甚小，但由于重力加速度作用，仅在数秒钟内，V迅速增大，即可使Rf值增大至与F2相等。则当Rf=F2时，球体受力平衡，于是等速下降。因此式中d球体直径，cmrs球体密度，
11、g/cm3rw液体密度，g/cm3h液体动力粘滞系数，KPas10-6；V球体下降速度；g/secg重力加速度(=981)，cm/sec2由于 故2.悬液中等于及小于某粒径d的土粒质量占土粒总质量的百分数的计算：设 Ws悬液中土粒的总质量，g；V悬液的总体积，cm3Gs土粒比重；rw2020时水的密度，g/cm3则试验开始时在单位体积的悬液里：土粒质量=土粒体积=水的质量=故试验开始时单位体积内的悬液密度为 经过t秒后，在深度L厘米以上的悬液中粒径大于d的颗粒已消失沉下，因为沉入土样与通过L面单位体积内土粒数量相等，所以直径小于dmm的颗粒分布情况和试验开始时一样，故此时单位体积内小于土粒直径
12、d的土粒质量Wst与总土质量Ws 之比为：即单位体积内小于直径d的土粒质量为。故经过时间t后在深度L处单位体积内：土粒的体积=水的体积=水的质量=悬液的密度故在任何时间t、任何深度L处1000mm悬液内所含土重克数，或悬液的密度(rst)t经测定后，即可算得小于某粒径d的土重百分数：附录二 密度计校正1.刻度及弯液面校正值（n）密度计制造时，刻度往往不易准确，因此使用前必须经过检验及校正，同时试验时密度计读数均以弯液面顶为准，而刻度以弯液面底为准，故得进行校正，校正方法是：(a)用蒸馏水配制不同浓度的硫酸溶液，并用比重瓶得其比重，用以校正相应的密度计刻度。(b)弯液面校正方法是将密度计放于清水
13、中，测读弯液面上下缘读数，读数之差即为弯液面校正值。弯液面校正见图1-3。2.温度校正值m图1-3 弯液面校正图密度计刻度是20时刻制的（令rw20的刻度为1.0000），若试验时悬液温度不等于20，则悬液的密度及密度计浮泡的体积都有变化，故必须校正，校正值见下表。悬液温度温度校正值悬液温度温度校正值悬液温度温度校正值10.0-0.001217.0-0.000524.0+0.000811.0-0.001218.0-0.000325.0+0.001012.0-0.001119.0-0.000226.0+0.001313.0-0.001020.0-0.000027.0+0.001514.0-0.0
14、00921.0+0.000228.0+0.001815.0-0.000822.0+0.000429.0+0.002116.0-0.000623.0+0.000630.0+0.00233.分散剂校正值CD注蒸馏水入量筒，然后加分散剂，品种和用量与试验时相同，使量筒溶液达1000毫升，用搅拌器在量筒内沿整个深度上下搅拌均匀，恒温至20，然后将密度计放入溶液中，测记密度计读数。此时密度计的读数与在20时蒸馏水中读数之差，即为分散剂校正值。 式中： 加入分散剂溶液乙种密度计读数 乙种密度计20/20的准确读数（20/20代表密度计是在20时刻制的，同时也采用20时水的密度作为悬液比重的标准）即 为密度
15、计在20蒸馏水中的读数。4土粒沉降距离校正测定密度计浮泡体积Vb,倒适量清水于量筒内，测记水面读数，将密度计放入筒内，使水面达密度计最下刻度，再测记水面读数，二者之差即为密度计浮泡体积Vb。如图1-4。图1-4 土粒有效沉降距离校正图测定量筒断面面积，量出刻度100ml至1000ml间的距离L。则则 按下式计算土粒有效沉降距离。式中：L土粒有效沉降距离，cm； Vb浮泡体积，cm3； L密度计读数；5.土粒比重校正Cs密度计刻度系假定悬液内土粒比重为2.65。六、思考题1.简要回答密度计法分析土的组成的基本原理。2.用密度计法分析土的颗粒组成时，把悬液搅拌均匀后隔不同的时间ti测读密度计读数，
16、问每次测得的Li是常量还是变量？为什么？3.用密度计法做颗分试验可能产生误差与错误的因素很多，大致可分为两大类：a.由于密度计法的理论假设，所用的仪器设备，规定的试验步骤不完善所带来的，因此在每次试验中都会出现，主要有：土粒开始沉落的片刻是加速度运动，但密度计法却假设一开始就是等速下沉。土粒并非球形，细颗粒常为扁状、鳞片或针状，用司笃克公式算出的d值只是与土颗粒水力性质相同（下沉速度相同）的小球体的直径。代入司笃克公式的rs是加权平均值，同一土中粗细颗粒的矿物组成不同，其rs也不同，所以沉落速度不但是粒径的函数，也是rs的函数。无数颗粒同时下沉，相互干扰，且受容器壁的影响。密度计气泡体积很大，
17、放入悬液中影响颗粒下沉。密度计读数是浮泡所排出的悬液的平均密度，用它来代表浮泡中心处悬液的密度有误差。b.试验操作过程中所形成的，例如：土样的称量不准确，或试验过程中有损失。未按规定要求加分散剂煮沸，颗粒未能充分分散。搅拌不充分，悬液不均匀；密度计读数、温度、时间有错误等。以上各条完全领会理解了画号，尚未领会理解的画号，本次试验中出现的画号。试验二 液限、塑限试验液限（平衡锥法）塑限（搓条法）试验一、试验目的测定粘性土的液限、塑限含水率，进而计算其塑性指数及液性指数，用以进行土的分类、确定粘性土所处的状态，估计地基承载力。二、试验原理粘性土在含水率不同时可呈固态、半固态、可塑状态和流动状态。这
18、是由于颗粒和颗粒之间存在电分子引力，含水率不同，土中水对土性质的影响也不同。当土粒间距离较远，中间为自由水隔开时，土就处于流动状态。当水分减少到多数土粒为弱结合水隔开时，土粒在外力作用下可相互滑动而不产生颗粒间联系的破坏，这时土处于可塑状态。当弱结合水含量减少，粘滞性增大，土就向半固态转化。当土中主要含强结合水，处于固体状态。土由流动状态变成可塑状态的界限含水率称为液限。用WL表示，由可塑状态变为半固体状态的界限含水率称为塑限，用wP表示。液限与塑限之差称塑性指数。根据液限、塑限及天然含水率就可求出液性指数。三、试验仪器及设备1.锥式液限仪，如图2-1所示。图2-1 锥式液限仪1 锥身 2 手
19、柄 3 平衡装置 4 试杯 5 底座主要由三部分组成（1）平衡锥锥身由不锈钢制成，顶角30，高2.5cm，距锥尖10mm处刻有环状刻线，锥上有手柄，两侧有平衡球，平衡锥共重76g；(2)试杯(3)底座2.调土碗、调土刀、铝盒、凡士林3.毛玻璃板一块，3mm直径铁棒一根，（对比搓条直径用）4.天平、吹风机、烘箱四、试验方法及步骤液限用园锥式液限仪测定法，塑限用搓条法。1.液限试验(1)选取天然含水率的土约180g加蒸馏水调成均匀浓糊状(2)将制备好的土样再用调土刀彻底调拌均匀，分层装入试杯中，装时注意边装边压，勿使试杯中存在空隙或气泡，待完全装满后，用调土刀将多余的土刮去使与杯口齐平，刮余土时不
20、得用调土刀在土面上反复涂抹，以免影响试验结果。(3)锥尖涂抹一薄层凡士林，提住锥体上端手柄，放在试样表面中心，至锥尖与土样表面接触时，轻轻放手，使锥体在自重作用下沉入土中，经15秒，观察锥体下沉深度。(4)当沉入深度小于或大于锥体刻度时，均需把试杯中的土样取出，去掉沾有凡士林的部分，放入调土碗中加水继续搅拌（含水率小时），或不加水搅拌，使水蒸发（含水率大时）。重复以上试验步骤，当锥体下沉深度恰为10mm（经15秒）取出平衡锥，去掉沾有凡士林的土，从锥孔周围取出约1015g土样，测定其含水率（准确至0.01g）即为液限，不同粘性土锥体刻度线下沉标准如图2-2。图2-2 锥式液限仪沉入土体中的几种
21、情况(5)按上述步骤做平行试验两次，结果的平均值为所求的液限含水率，但平行误差不得超过2%。2.塑限试验(1)选取做液限试验的土样约30g，用手搓捏至不沾手为止。(2)取大约1cm3的土样，捏成椭园形后，用手掌在毛玻璃板上滚搓成土条。当土条直径达3mm，不产生中空现象，并在数处产生裂缝及断裂时为合格，此时取合格的土条35g，测定其含水率，即为塑限。(3)做二次平行测定，取算术平均值为塑限，精确至0.1%，平行试验的误差高液限的粘质土及粉质土（CH、CI、MH）不得大于2%，低液限粉质土（OL、MI、ML）不得大于1%。(4)搓条过程中应注意以下几点：(a)在滚搓土条过程中必须以手掌施加微小而均
22、匀压力于土条上，不得将土条在玻璃板上进行无压力的滚动，土条长度不宜大于手掌宽度。(b)当土条搓到3mm时未发生裂缝或断裂，说明土样含水率大于塑限，需用吹风机吹一下土样使水分略有蒸发，重新捏搓。若土条未到3mm时已经断开，说明土样含水率低于塑限，应弃去，重新取土试验。搓后土条如图2-3。图2-3五、计算1.按下式计算液限或塑限 式中： wL液限，% wp塑限； W湿土质量，g Ws干土质量，g2.按下式计算塑性指数 3.按下式计算液性指数。 式中：IL液性指数 w天然含水率(B)液限、塑限联合试验一、试验目的测定粘性土的液限和塑限二、试验原理通过光电式液、塑限联合测定仪测定液限和塑限，基本原理同
23、平衡锥法和搓条法，唯试验仪器不同，方法不同，（塑限不经搓条）三、仪器设备1.光电式液塑限联合测定仪，如图2-4。2.其他：同液限试验四、试验方法步骤1.按前述液限试验制备土样的要求，取300g代表性土样，分放在三个调土皿中，加蒸馏水调制成三种不同含水率的土膏，并静置浸润。三种不同含水率的加水要求是：一种含水率接近塑限，一种含水率接近液限；另一种含水率介于二者之间，力求使三个土样的园锥入土深度在310mm范围内。图2-4 光电式液、塑限联合试验仪示意图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水准器 14
24、线路板2.将土膏用调土刀搅拌均匀，密实地填入试杯，刮去高出试杯口的余土，用刮土刀刮平，随即将试杯放在升降底座上。3.取园锥仪，在锥体上抹以薄层凡士林（或润滑油），接通电源，使电磁铁吸稳园锥仪。4.转动升降座，待试杯上升至土面刚好与园锥仪锥尖相接触。调节屏幕准线，使初始读数为零位刻线，关断电流，使电磁铁失磁，园锥仪在自重下沉入土内，约经15秒测读园锥入土深度。然后取出试样，测定其含水率。5.重复上述步骤，测试另两种含水率土膏的园锥入土深度及含水率。6.将三种含水率与相应园锥入土深度数据，绘于双对数坐标纸上，三点接近一直线，如图2-5中A线。如果三点不在一直线上，通过高含水率的一点与其余两点连一根
25、直线，在园锥入土深度为2mm处查得相应的两个含水率。如果两个含水率的差值不超过2%，用该两含水率的平均值的点与高含水率的测点作一直线如图2-5 B线。若含水率差值超过2%，则应补点。图2-5 圆锥下沉深度与含水率关系曲线五、计算按下式计算含水率式中：w圆锥入土任意深度下试样的含水率，%W湿土质量，gWs干土质量，g计算至0.1%。六、确定塑限、液限在得到的圆锥入土深度与含水率的关系直线上（双对数座标），查得圆锥入土深度为10mm时的相应含水率即为液限，而入土深度为2mm时的相应含水率则为塑限。思考题1.土中水分哪几类，怎样影响土的性质，试用含水率变化、水与土颗粒相互作用说明之。2.塑限试验过程
26、中，如果施加的滚搓力不够均匀，土条常会出现空心现象，试分析此现象的成因及不良影响。3.下表是三种土进行颗分与液限、塑限试验的结果，试根据表中数据绘制粘粒含量与液限、塑限关系曲线，并在两条曲线上根据塑性指数的大小对土进行分类。土样编号粘粒含量0.005mm液限（%）塑限（%）I304520II203015III10158试验三 击实试验一、试验目的用击实仪在一定击实次数下对土进行击实，测定土的含水率与密度的关系，从而确定该土的最优含水率与相应的最大干密度，借以了解土的压实性质。二、试验原理图3-1 南实处型击实仪1击实筒 2护筒 3导筒4击锤 5底板土的击实程度与含水率，击实功能以及击实方法有着
27、密切关系。当击实功能与击实方法一定时，则土的干密度随含水率而增加，当干密度达到某一种最大值后，含水率的继续增加反而使干密度减小。此最大值称最大干密度，其相应的含水率称为最优含水率。这是因为细粒土在低含水率时，颗粒表面水膜薄，摩阻力大，不易压实，随着含水率逐渐增大，颗粒表面水膜逐渐变厚，水膜润滑作用也逐渐增大，因而表面摩阻力相应减小，在外力作用下，较易压实，但当含水率超过某一值（最优含水率）后，土颗粒间孔隙内的自由水逐渐增多（击实功能被自由水吸收也愈多），同时孔隙体积也变大，土粒相对减少，故干密度相应降低。三、试验仪器设备1.南实处型击实仪，见图3-1锤重2.5kg 高度15cm锤底直径5.0c
28、m 体积1000cm3落高46cm击实筒直径92.15cm每击功能0.345kg-cm/cm2单位冲量0.039kg-s/cm22.天平：称重200g，感量0.01g3.台称：称量10kg，感量5g4.筛：孔径5mm5.其他：喷水设备，碾土器，推土器，修土刀，铝盒及毛刷等。四、试验方法及步骤1.制备土样：将具有代表性的风干土样或在低于60温度下烘干的土样放在橡皮板上用土碾碾散，过5mm筛拌匀后取1520kg备用。测定土样风干含水率，按土的塑限估计其最优含水率，拟定至少5个不同含水率，并使各含水率依次相差约2%，其中有两个大于两个小于最优含水率，试样所需加水量可按下式计算。式中：Ww所需的加水量
29、，g Ww0含水率w0时土样的质量，g w0 土样的风干含水率，%w 要求达到的含水率，%按预定含水率分别制备试样，每次取土2.5kg，平铺于一不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定的水量并充分拌和，然后装入土盆内备用。以上步骤由试验室预先做好，同学不做。2.装土击实将击实筒放在坚实地面上，筒内壁涂一层油，取制备好的试样600-800g(其量应使击实后试样略大于筒高的1/3)倒入筒内，整平其表面，然后按25击（或15击）击数进行击实。击实时，落锤应自由垂直落下，落高为46cm。第一层击实后，安装套环，把土面刨成毛面，重复上述步骤进行第二、第三层击实，击实后超出击实筒的余土高度不得大于6
30、mm。3.测定密度和含水率取下套环，注意勿将筒内试样带出，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，试样底面若有孔洞，则需补填，然后擦净筒的外壁，称其质量准确至1g，已知击实筒的体积及筒壁质量，即可测得密度。从试样中心处取出两块，各约15-30g的土，测定其含水率计算至0.1%。按（二）（三）步骤进行其它不同含水率试样的击实试验，其平行误差不得超过1%。五、计算与绘图1.按下式计算出击实后各点的密度式中：rd干密度，g/cm3；r密度，g/cm3；w含水率；2.以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，曲线上峰值的纵、横坐标分别表示土的最大干密度和最优含水率，如图3-2，如果曲线不能
31、给出准确峰值点，应进行补点。3.按下式计算饱和含水率 式中：wsat饱和含水率 rw温度4时水的密度，取1g/cm3 Gs土粒比重；计算数个干密度下土的饱和含水率w，以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制饱和曲线如图3-2。图3-2 rd-w关系曲线六、思考题1.为什么绘制击实曲线时需附带绘制饱和曲线？2.为什么用干密度表示土的压实状况，而不用天然密度？3.施工要求达到干密度小于试验确定的最大干密度时，最优含水率如何选取？4.压实粘性土时，为什么要求控制含水率？什么是粘性土的最优含水率，哪些因素对它有重要影响？试验四 渗透试验一、试验目的了解水在土中渗流的机理和特性，并测定土的渗透系数。二、试
32、验原理土的渗透性，是土具有水流通过土孔隙的能力，土的孔隙大小和其通道的形状决定着渗透系数大小，水通过土体发生流动其流动规律大多数情况下符合达西定律，即u=ki，因此知道了两测压管的水头差、渗径、试样断面积、时间和流量，就可求渗透系数k，利用k可判断土的渗透性。三、试验仪器和设备1.南55型渗透仪，如图4-1。图4-1 渗透容器图1套筒 2上盖 3下盖 4进水管 5出水管6排气管 7橡皮圈 8螺栓 9 环刀 10 透水石2.水头装置本试验采用变水头装置，如图4-2。图4-2 变水头渗透装置1渗透容器 2进水管夹 3变水头管 4供水瓶5接水源管；6排气水管；7出水管3.其他：切土器，100ml量筒
33、，秒表、温度计、削土刀、钢丝锯、凡士林等。四、试验方法与步骤用环刀切取试样，根据要求可为原状试样或击实试样，并进行充水饱和。（切土时，应尽量避免结构扰动，并严禁用修土刀反复涂抹试样表面，以免试样表面由于扰动而影响试验结果）。将容器套筒内壁涂一薄层凡士林小心刮净，装好带有透水石和垫圈的上下盖，并用螺丝拧紧，避免漏气漏水。把装好试样容器的进水口与水头装置连接，拧紧水头系统的止水夹，再使供水瓶装满水，直至供水瓶的排气孔有水溢出时为止。把容器侧立，排气孔向上，并打开排气管管夹，然后打开止水夹及进水口管夹，排除容器底部的空气，直至水中无夹带气泡溢出为止，关闭排气管管夹，平放好容器。当容器上盖出水管有水流
34、出时，开始测定。开动秒表，同时测记起始水头h1，经过时间t后，再记终止水头h2（每次测记的水头差应大于10cm）。如此，连续测记23次后，再使水头管水位回升至需要高度，再连续测记数次，前后需六次以上，试验终止，同时测记试验开始时与终止时的水温。五、计算1.按下式计算T时的渗透系数式中：a变水头测压管截面积，cm2 L渗径，等于试样高度，cm h1开始时水头，cm h2终止时水头，cm A试样断面积 cm2按下式计算20的渗透系数式中：hTT时水的动力粘滞系数g-sec/cm2h2020时水的动力粘滞系数，g-sec/cm22.在测得的结果中取3-4个允许误差范围内数值。连续测定6次后，取同次方
35、的A值（k=A10-n时）最大与最小的差不大于2.0的四个以上的数值，求其平均值，作为该孔隙比的平均渗透系数。六、思考题1.何谓渗透定律？它对各种土的适用条件为何？2.影响土的渗透性的因素有哪些？附1 常水头渗透试验1.适用范围：适用于粗粒土。2.仪器设备试验使用70型渗透仪，如图4-3图4-3 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供水管3.试验方法：常水头法4.试验步骤(1)量测滤网至筒顶的高度，将调节管和供水管相连，从渗水孔和量筒充水至高出滤网顶面。(2)取具有
36、代表性的风干土样3-4kg，测定其风干含水率。将风干土样分层装入圆筒中，每层2-3cm，根据要求的孔隙比，控制试样厚度。样装完后从渗水孔向圆筒充水至顶面，最后一层试样应高出试样应高出测压管34cm，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)量试样顶面至筒高度，计算试样高度，称剩余土样的质量，计算试样质量。(4)检查测压管水位，当测压管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)将调节管提高至溢水孔以上，将供水管放入圆筒内，开止水夹，使水由顶部注入圆筒，降低调节管至试样上部1/3高度处，形成高度差使水渗入试样，经过调节管流出
37、。调节供水管止水夹，使进入圆筒的水量略多于溢出的水量，使水孔始终有水溢出，保持圆筒内水位不变，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。(7)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，按上述步骤重复进行测定。当不同水力坡降下测定的数据接近时，结束试验。5.计算(1)水温T时渗透系数kT按下式计算式中：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两侧压管中心间的距离，cm；A试样的断面积，cm2；H平均水位差，cm；t时间，
38、s；(2)标准温度下的渗透系数k20式中：k20标准温度时试样的渗透系数，cm/s；hTT时水的动力粘滞系数，kPas；h2020时水的动力粘滞系数，kPas。粘滞系数比hT/h20查下表：表1 水的动力粘滞系数、粘滞系数比、温度校正值温度（）动力粘滞系数hkPas(10-6)hT/h20温度校正值Tp温度（）动力粘滞系数hkPas(10-6)hT/h20温度校正值Tp5.01.5161.5011.178.01.3871.3731.285.51.4981.4781.198.51.3671.3531.306.01.4701.4551.219.01.3471.3341.326.51.4491.43
39、51.239.51.3281.3151.347.01.4281.4141.2510.01.3101.2971.367.51.4071.3931.2710.51.2921.2791.3811.01.2741.2611.4020.50.9980.9881.7811.51.2561.2431.4221.00.9680.9761.8012.01.2391.2271.4421.50.9740.9641.8312.51.2231.2111.4622.00.9680.9581.8513.01.2061.1941.4822.50.9520.9431.8713.51.1881.1761.5023.00.9410
40、.9321.8914.01.1751.1681.5224.00.9190.9101.9414.51.1601.1481.5425.00.8990.8901.9815.01.1441.13315.626.00.8790.8702.0315.51.1301.1191.5827.00.8590.8502.0716.01.1151.1041.6028.00.8410.8332.1216.51.1011.0901.6229.00.8230.8152.1617.01.0881.0771.6430.00.8060.7982.2117.51.0741.0661.6631.00.7890.7812.2518.0
41、1.0611.0501.6832.00.7730.7652.3018.51.0481.0381.7033.00.7570.7502.3419.01.0351.0251.7234.00.7420.7352.3919.51.0221.0121.7435.00.7270.7202.4320.01.0101.0001.76试验五 固结试验一、试验目的固结试验的目的在于绘制压缩曲线，求得土的压缩性指标a、Es等，利用它们可进行地基的变形等有关计算，以及判断土的压缩性。二、试验原理试样装在厚壁金属容器内，上下各放透水石一块，然后在试样上分级施加垂直压力，如图5-1（a）所示，测记加压后不同时间的垂直变形，
42、由压缩前后土的体积变化，如图5-1(b)可得：试样装在厚壁金属容器内，上下各放透水石一块，然后在试样上分级施加垂直压力P，测记加压后不同时间的垂直变形H，由压缩前后土的体积变化，如图可得： VV0VS0 H0VV1VS1H H1 土粒的压缩常可忽略不计，故VS0 =VS1 即压缩前后固结颗粒的体积不变，代入上式得： 所以 图5-1土粒的压缩常可忽略不计，故Vs0=Vs1即压缩前后固体颗粒的体积不变，代入上式得：若测得稳定压缩变形量H，则可由上式求得相应的孔隙比e1，同样，在P2、P3、P4作用下测得稳定压缩变形量，并求得相应的e2、e3、e4等，这样就可绘制e-P曲线，依此计算各指标。三、试验设备及
