土工实验报告 姓名：
专业：岩土工程 学号：
2001 年 10 月 24 日
目 目 录 一． 三轴固结不排水剪-------------------------------（3）二． 三轴固结排水剪-------------------------------（6）三． 动三轴试验------------------------------（10）四． 动单剪试验------------------------------（12）五． 共振柱试验------------------------------（13）六． 压缩实验（固结试验）------------------------------（16）七． 界限含水量试验------------------------------（18）八． 击 实 实 验--------------------（21）九． 土工织物试验------------------------------（22）
一．三轴固结不排水剪 一、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，然后在保持不排水 的情况下，增加轴向压力直至破坏：
1．测定a ~3 1）（ 曲线与au ~ 曲线； 2．确定总应力强度指标cu cuC , , ,C ； 3．测定孔隙应力系数 A，B，A ； 4．测定不排水强度3~ uC。
二、试验原理：
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。
对于正常固结土cu cuC C ，0 对于弱超固结土：孔压下降较慢 对于强超固结土：发生剪胀现象，强度包线并 不 是 直 线，而 是 一 条 微 弯 曲 线，且C C C Ccu cu , 0 ,，cu 。
三、试验仪器：
（1）三轴压力室；（2）加压系统（围压加压系统、轴压加压系统）；（3）量测系统（孔压量测系统、体变量测系统）；（4）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 S r >95%； 3．试样安装：
a.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。
b.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。
c.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。
d.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。
e.降低排水管，吸出试样与橡皮膜之间多余水分，关排水阀。
f.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。
g.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。
h.施加围压，调整各量阀。
4．排水固结：
a.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。
b.打开排水阀，使土样在围压下固结、固结度至少应达到 95%。
c.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：
(一)试验数据 试验中：剪切速率：0.4mm/分； 钢环系数：m=8.667kg/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 h c =7.979cm； 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 U 1 =394Kpa；B=98.5% A c =11.36cm3 1．3 / 1001 VVh h c 2 ．3 / 2001 VVA A ca——轴 向 应 变，ccahh 3．acaAA 1 4．)(1003 1KPaAR C R——钢环变形量（0.01mm）C——钢环系数(N/0.01mm)5．B=U 1 / 3，)(3 1 BuA 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0.01 mm 轴向 应变(%)试样校正面积 cm 钢环 读数 0.01mm 主应 力差 kpa 孔隙水压 力 kpa 孔隙 压力 系数 kpa kpa 31 0 0 11.36 0.0 0.00 0 0 400.00 400 1.00 20 0.26 11.39 12.0 91.32 20 0.222 471.32 380 1.24 40 0.51 11.42 18.5 140.42 45 0.325 495.42 355 1.40 60 0.77 11.45 25.0 189.26 67 0.359 522.26 333 1.57 80 1.03 11.48 29.0 218.98 85 0.394 533.98 315 1.70 100 1.28 11.51 32.0 241.00 100 0.421 541.00 300 1.80 150 1.93 11.58 40.0 299.29 140 0.475 559.29 260 2.15 205 2.63 11.67 45.0 334.28 160 0.486 574.28 240 2.39 250 3.21 11.74 49.0 361.83 175 0.491 586.83 225 2.61 300 3.85 11.82 52.5 385.10 182 0.480 603.10 218 2.77 350 4.50 11.89 55.0 400.75 184 0.466 616.75 216 2.86 400 5.14 11.98 58.0 419.76 186 0.450 633.76 214 2.96 500 6.42 12.14 61.2 436.92 182 0.423 654.92 218 3.00 600 7.71 12.31 63.8 449.23 175 0.395 674.23 225 3.00 700 8.99 12.48 64.2 445.75 170 0.387 675.75 230 2.94 800 10.28 12.66 64.2 439.46 165 0.381 674.46 235 2.87 1000 12.85 13.03 64.2 426.88 160 0.381 666.88 240 2.78 1200 15.42 13.43 64.2 414.29 155 0.380 659.29 245 2.69
1400 17.99 13.85 65.0 406.71 155 0.387 651.71 245 2.66 1600 20.56 14.30 65.0 393.96 155 0.399 638.96 245 2.61 Kpa 449.23)(3 1 ，f 1 =849.23Kpa 0.385 A，433.0 B 7．试验结果：
法向应力(kPa)100 200 300 400 破坏时的总主应力差(kPa)199.1 270.3 360.9 449.7 破坏时的孔隙水应力(kPa)14 70 116 173 图1：（σ1-σ3）与εa的关系***00 5 10 15 20εa（%）（σ1-σ3）kpa图2：u与εa的关系0501001502000 5 10 15 20εa（%）u（kpa)图3：σ1/σ3与εa的关系012340 5 10 15 20 25σ1/σ3εa（%）图5：摩尔库仑强度包线图02004006000 200 400 600 800 1000轴向应力 σ [kPa]剪应力 τ[kPa]图4:c u 与σ 3 的关系01002003000 100 200 300 400 500σ 3(kpa)c u(kpa)
总抗剪强度指标 C =40.3 kpa Φ=17 有效抗剪强度指标 C" =11.9 kpa Φ" =28 （二）试验结果分析：
理论上，正常固结土 0 cuC，但是在本试验中 0 cuC，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。土样所用的土经过固结，有可能为超固结土。实验条件、时间所限，所得实验曲线较粗糙。
二．三轴固结排水剪 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：d dC , 二、试验原理：
线弹性模型：应力～应变 E、、K、G zzE， ，G)2(130 E VV,)2 3(1 EK 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 ， ~3 1 的关系可表示为：
aab a 3 1，b a 3 1 23 12)]([11)( ba b aaE)( a =E1 uba3 1 3 11 1 ufR f)()(2 12 1 Kpa pPKpa Eanai101 ,3 b R)(3 1 nf tPaKpa R E 3233 1sin 2 cos 2))(sin 1(1 求出 K、n、R f、C、 ； 2 ． 切 线 泊 松 比 ~——双 曲 线)(D f )1()(Af
arfnauCRpKpDA sin 2 cos 2))(sin(11)(33 133 1 PaF G3 lg，23)(1 APaF Glg 求出参数 D、F、G； 3．切线体积模量 K )(313 1 因v ~ 3 /)(3 1 ，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。
0.7 s r0.7 s 3 1)3()( K PaPa K K 3 求出 K、m 4 ．回弹模量 pp K E)( 三、实验仪器：
同三轴固结不排水剪试验。
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．抽气饱和：使饱和度 S r >97%； 3．试样安装：
a.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。
b.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。
c.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。
d.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。
e.降低排水管，吸出试样与橡皮膜之间多余水分，关排水阀。
f.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。
g.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。
h.施加围压，调整各量阀。
4．排水固结：
a.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。
b.打开排水阀，使土样在围压下固结、固结度至少应达到 95%。
c.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：
剪 切 速 率 ：
0.073mm/ 分 ； 钢 环 系 数 ：8.667N/0.01mm，固结压力：3 =400Kpa。排水管
初读数：38.8cm3 ；排水管稳定读数：32.8cm 3 ；孔压表读数：394Kpa。
固结下沉量 mm h 0.42 ；固结后试样净高 cm h 7.958 ； % 5.98 400 3943 1 U B 轴 向变 形0.01mm 轴向 应变(%)试样校 正面积(cm2)钢环 读数 0.01mm/N 主应 力差(kpa)排水管 读数(cm3)排水 量(cm3)体变 vv (%)3 1 (%) (21) u 0 0.00 11.19 0.0 0.0 32.80 0.0 0.00 0 0 0 20 0.26 11.21 35.6 275.3 32.71 0.1 0.10 9.29E-02 0.078 0.30 40 0.51 11.22 56.4 435.5 32.62 0.2 0.20 1.17E-01 0.156 0.30 60 0.77 11.24 74.0 570.4 32.55 0.3 0.28 1.35E-01 0.245 0.32 80 1.02 11.26 90.0 692.8 32.44 0.4 0.40 1.48E-01 0.312 0.30 110 1.41 11.29 111.0 852.2 32.34 0.5 0.51 1.65E-01 0.448 0.32 150 1.92 11.33 134.7 1030.4 32.20 0.6 0.67 1.86E-01 0.626 0.33 200 2.56 11.39 158.8 1208.2 32.10 0.7 0.78 2.12E-01 0.890 0.35 250 3.20 11.45 175.9 1331.1 32.00 0.8 0.89 2.40E-01 1.154 0.36 334 4.27 11.59 198.0 1480.0 32.10 0.7 0.78 2.89E-01 1.747 0.41 350 4.48 11.63 202.0 1505.8 32.15 0.6 0.72 2.97E-01 1.877 0.42 405 5.18 11.73 211.0 1559.5 32.25 0.5 0.61 3.32E-01 2.284 0.44 500 6.39 11.93 220.7 1603.9 32.60 0.2 0.22 3.99E-01 3.086 0.48 600 7.67 12.13 228.0 1628.7 32.90-0.1-0.11 4.71E-01 3.892 0.51 704 9.00 12.35 230.0 1613.8 33.20-0.4-0.44 5.58E-01 4.724 0.52 800 10.23 12.56 231.0 1593.5 33.50-0.7-0.78 6.42E-01 5.504 0.54 1007 12.88 13.03 223.6 1486.8 34.10-1.3-1.44 8.66E-01 7.161 0.56 1300 16.62 13.64 204.0 1296.0 34.25-1.5-1.61 1.28E+00 9.118 0.55 可得到以下一些参数：
试验 结果 c(KPa)()R k n G F D 45.58 29.6 0.876 283.15 0.75 0.39 0.19 5.40 结果分析：． 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；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； tg C 按线性考虑，实际上 线不应该为一直线。
图1：（σ1-σ3）与εa的关系0600120018000 5 10 15 20εa（%）σ 1-σ 3（kpa)图4：εv与εa的关系-2-10120 5 10 15 20εa(%)εv(%)图5：-εr/εa与-εr的关系00.20.40.60.80 1 2 3 4 5-εr（%）-εr/εa图2：ε a /(σ 1-σ 3)~ ε a 关系图0.E+002.E-054.E-056.E-050.0 2.0 4.0 6.0 8.0ε a(%)ε a /(σ 1-σ 3)图3：lg(Ei/Pa)-lg(σ 3 /Pa)关系曲线012340 0.2 0.4 0.6 0.8lg(σ 3 /Pa)lg(Ei/Pa)图6：ν i-lg(σ 3 /Pa)关系曲线00.10.20.30.40.50 0.2 0.4 0.6 0.8lg(σ 3 /Pa)ν i图7：摩尔库仑强度包线02004006008000 500 1000 1500 2000 2500轴向应力σ(kPa)剪应力 τ(kPa)
三．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dE 和阻尼比 D。
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AAD41。由于 A、A 对不同的动应力幅值是变化的，故利用上式可以得到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2d ，法向应力不是0，而是d 0。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。
三、试验仪器：
（1）电磁式振动三轴仪（压力室，激振器）；（2）加压系统；（3）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；（4）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）。
四、试验步骤: : 1． 试样制备：
a.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； b.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； c.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； d.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，e.降低排水量管，使水面低于试样中线2040cm，形成负压，使试样挺立，拆承膜筒； f.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； g.安装量表，调零，准备记录。
2． 加周期荷载 a.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； b.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； c.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。
五、试验成果整理及分析: : cdAL k 10 2dd % 100 cddhh Lk h u u dL k u 其中：k——动应力标定系数（N/cm）L ——动应力光标位移（cm）A C——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）ch——试样固结后高度（cm）uk——动 孔 隙 水 压 力 标 定 系 数（Kpa/cm）uL——动孔隙水压力光标位移（cm）试 样 直 径 ：
cm d 91.3 ，试 样 高 度 ：cm H 0.8 ； 围压：
kpa 100 ，孔压：
kpa u 100 ； 轴压：
kpa 100 动应力标定系数：
15.0 k（衰减档 30），动应力光标位移：
mm L 31 动变形标定系数：
09697.0 k（衰减档 30），动变形光标位移：
mm L 12 动孔压标定系数：uk =0.0909（衰减档 10），动孔压光标位移：
mm L 4 液化时振动次数：N=30 次 动 孔 压 ：
kpa k L u 3636.0 0909.0 4 动 应 力 ：
kpaAL k01.3814.321.391.98 10 31 15.0 剪应力：
kpa 192 动 变 形 ：
mm k L h 63.11 09697.0 12 τ d—lgN的关系10152010 100lgNτd（kpa)
四．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 lg ~ G、 lg ~ D 的关系曲线，从而绘制出 G/G 0 ~γ、 lg ~ lg0G 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 Hx ，Hx 具体计算：
ddG AAD041 A 0——整个滞回圈面积； A T——应力—应变三角形面积。
三、试验仪器：
1． 信号发生器； 2． 功率放大器； 3． 激振器； 4． 动态应变仪； 5． X-Y 函数记录仪（X—位移，Y—应力）； 6． 拉压力传感器； 7． 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。
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=38 cm，高：
cm h 3 2． kpa 100 下的滞回圈得到的 、G、D 如下表所示：
滞回圈 1 2 3 4 5 6 7 （kpa/cm）7.5 13.9 27.5 49.5 67.5 81.5 86.5 (1/cm)0.0054 0.024 0.048 0.088 0.129 0.152 0.162 G(Mpa)1390 579 573 563 523 516 514 D 0.095 0.118 0.130 0.154 0.156 0.169 0.182 3.绘制 lg G、 lg D 的关系曲线图
4．试验成果误差分析：
（1） ~ , ~ D G 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 K 0固结，不发生紧缩、凸出现象，但是角落里的应力分布不均匀。
五．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：
2 2sV G V E 其中：
：土样密度 V ：压缩功率 sV ：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：
IIFtgF0 I t ：自由端集中力总的转动惯力 I 0 ：试样本身转动惯力 sc nVh fF 2 f n ：共振频率（Hz）P G V s h c ：试样高度（cm）G：剪切模量 22Fh fGc n 剪应变：chd3 d ：试样直径 θ：试样扭转角 图1：G-lgγ的关系曲线5005506000.0001 0.001 0.01lgγG（Kpa)图2：D-lgγ的关系曲线00.10.20.0001 0.001 0.01lgγD
1ln1nnAANJ J：对数衰减率 21 D 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，K d 为阻尼系数 2001ntffIIFtgF f 0 ：空机频率 I t >>I 0 ,F=tgF 020202 2/)(4 I f f I h Gt c 1ln1nnAANJ ])1([210 s s Ds s ：
对 数 衰 减 率 S ：
能 量 比20220200tf fffF fIIS ch dd A13 (空机时)A：传感器距轴心 d 1 处的位移峰值 d 0 ：试样直径 d 1 ：速度或加速度传感器距轴心位置 三、试验仪器：
1．T C—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）； 3． 压力控制系统； 4． 电气控制系统量测系统。
四、试验步骤：
1．制样，用无粘性土 m=318g，D=5cm，H=10cm，31.62g/cm 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。
4．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：
0202 2 2)(4If f I hGn t c 3/ 62.1 cm g ；h c =10cm I t =28.4kgcm2 f 0 =18HZ, 2 3 2 20 010 75.993 0.5 3188181cm kg md I 0)1(21 S S Ds 25.00 20220f ffSn 1．共振柱试验记录表格：
序号 系统共振频率)(HZ f 传感器位移 DX 10-1 mm 试样平均应变 10-5 G kg/cm2 D 1 65.6 0.0124 2.07 279.91 0.106 0.0150 2 63.1 0.024 4.00 257.28 0.122 0.0175
3 61.5 0.042 7.00 243.25 0.131 0.0191 4 60.4 0.059 9.84 233.82 0.135 0.0197 5 56.7 0.128 21.33 203.35 0.188 0.0288 6 53.0 0.250 41.68 174.79 0.192 0.0294 7 49.5 0.400 66.68 149.56 0.209 0.0323 8 46.9 0.682 113.69 131.93 0.247 0.00392 2．绘制 lg G、 lg D 关系曲线 3．试验误差分析：
lg ~ D 曲线中有两点落在曲线之外，s 计算衰减曲线有误差。
G-lgγ的关系曲线1002003001.E-05 1.E-04 1.E-03lgγG(kpa)D-lgγ的关系曲线12341.E-05 1.E-04 1.E-03lgγD（10-2）
六．压缩实验（固结试验）一、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，以便计算土的单位沉降量 S I、压缩系数α v、压缩指数 C c、回弹指数 C s、压缩模量 E s、固结系数 C v及原状土的先期固结压力 P c 等。
二、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：
Hee es12 11 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； e 1、e 2——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 e 2 的表达式为：)1(1 1 2eHse e 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=ƒ(T V)，U=S(t)/S 式中：
U——平均固结度； T V——时间因素，T V ＝C V.t/H2 ； S(t)，S——t 时刻的沉降量和最终沉降量； C V——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 I ,s(t I)）后，画出 t ~s(t I)关系图。
三、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 1、取土样，整平其两端； 2、将环刀内涂抹凡士林，刃口向下放于土样上端； 3、测定土样密度； 4、放置好透水石、滤纸，放于加压装置内； 5、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； 6、在加压 200K pa 时，测记固结系数 C v ； 7、实验结束，拆除仪器及土样，清洗。并测定含水量。
五、实验成果：
1． 压缩试验：
H =20mm，初始孔隙比 e 0 =0.893，A 0 =30cm2 表 表 1 1 ：含水量计算表 合号 湿土重（g）干土重（g）含水量（%）平均含水量（%）155 16.70 12.52 33.4 32.6 376 20.01 15.19 31.7 365 16.01 12.08 32.5
表 表 2 2 ：密度计算表 环刀号 环+湿土重(g)环刀重(g)环刀体积(cm3)密度(g/ cm3)102 155.36 43.29 60 1.87 表 表 3 3 ：压缩计算表 压力(Kpa)0 25 50 75 100 200 400 200 100 200 400 800 1600 百分表读数 8.660 8.135 7.763 7.522 7.295 6.648 5.881 6.142 6.429 6.348 5.864 5.191 4.433 仪器变形量 0 0.008 0.022 0.030 0.038 0.055 0.072 0.068 0.061 0.068 0.075 0.092 0.115 变形量 0 0.517 0.875 1.108 1.327 1.957 2.707 2.450 2.170 2.244 2.721 3.377 4.112 颗粒高度 11.43 孔隙比 0.893 0.844 0.810 0.788 0.767 0.708 0.637 0.661 0.688 0.681 0.635 0.573 0.504 密度 1.87 含水率（%）32.6 2 2． ． 固结试验 表 表 4 4 ：固结试验 记录表 时间(min)t 百分表读数(mm)变形量(mm)0 0 7.295 1.365 0.25 0.5 7.158 1.502 1.1.0 7.131 1.529 1.25 1.118 7.100 1.560 4 2.0 7.063 1.597 6.25 2.5 7.040 1.620 9 3.0 6.998 1.662 12.25 3.5 6.960 1.700 16 4.0 6.930 1.730 20.25 4.5 6.903 1.757 25 5.0 6.880 1.780 30.25 5.5 6.858 1.802 36 6 6.838 1.822 42.25 6.5 6.821 1.839 49 7 6.801 1.859 图1：e-p曲线图00.20.40.60.810 500 1000 1500 2000p(kpa)e图2：e-lgp曲线图00.20.40.60.8110 100 1000 10000lgpe
七．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 I P = P- P、液性指数 I L =（- P）/I P，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 1、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。
2、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。
3、取圆锥仪，在锥尖涂凡士林，接通电源，使磁铁吸住圆锥仪。
4、调节屏幕基线，使初始读数于 0 刻度线处。调s(t)与t1/2的试验曲线1.31.41.51.61.71.81.90 2 4 6 8 10 t 1/2s(t)
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。
5、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。
6、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ω L17、10mm 对应的ω L10 和 2mm 对应的ω p。
（二）、碟式仪法的实验步骤 1、试样制备：同前联合测定仪法，制成 3—5 份 2、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。
3、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 4、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。
5、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。
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 试样编号 圆锥下沉深度(mm)盒号 湿土质量(g)干土质量（g)含水量(%)平均含水量(%)1 4.4 133 15.51 12.10 28.19 28.24 4.4 159 13.88 10.82 28.28 2 8.5 065 6.68 5.00 33.60 33.42 8.5 209 9.06 6.80 33.24 3 15.1 360 6.12 4.45 37.53 37.61 15.1 046 7.71 5.60 37.68 由圆锥入土深度与含水量关系图可以算出：
含水量与圆锥下沉深度关系图1101001 10 100下沉深度h含水量w
ω L17 =38.57 % ω L10 = = 34.54 % ω p p = = 22.30% % I I P P = = ω L L--ω P P =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(N)盒号 湿土质量(g)干土质量(g)含水率(%)1 33 117 5.978 4.558 31.15 2 22 90 6.400 4.750 34.74 3 19 304 8.465 6.215 36.20 4 27 79 7.627 5.741 32.85 取击数为 25 击时对应的含水量为液限：
ω p p =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。
2． 试验步骤：
（1）取土样加水拌和，静置；（2）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；（3）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。
3． 记录结果：
土条编号 盒号 湿土质量（g）干土质量（g）含水量（%）平均含水量（%）1 165 4.59 3.75 22.40 22.07 2 372 4.48 3.68 21.74 P P =22.07% % 六、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。击数与含水量的关系曲线图303234363815 20 25 30 35击数（次）含水量（%）
八．击实实验 一、试验目的: : 测定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。用以确定土的最大干密度和最优含水量，为工程设计提供初步的填筑标准。室内击实实验要得到两个击实参数：最大干密度ρ dmax 和最优含水量ω op。
二、实验原理: : 土体击实过程中，随着即使功增加，体积不断减小。对于非饱和土，在一定即使功作用下，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作用，使土的骨架不易变形，因而击实较难，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，土体易于击实，相应干密度增加；当土体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，外力功大部分变为孔隙应力，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。
三、实验仪器: : 1． 击实仪；2。推土器； 2． 台秤；3。烘干设备。
四、试验步骤: : 1． 试样制备：取代表性土样 20Kg，风干碾碎，过 5mm 筛，并测定风干含水量。选择5 个含水量制备 5 份土样，每份试样 2Kg或 5Kg，各试样间含水量相差 2—3%，加入需要的水拌匀后，密闭一昼夜备用。
2． 击实：将击实筒内壁涂一层凡士林，固定在击实仪刚性底板上，装好护筒，分三层击实，每层装入石羊 600—800g，每层 25击。每层击实后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，称筒+试样总质量，计算出试样湿密度。
4． 用推土器将土样从筒中推出，在试样中心取两块代表性的土样测定含水量，当两个含水量相差小于 2%时，计算得到试样的平均含水量，计算试样的干密度。
5 5． ． 重复步骤 2—4，得到各试样的湿密度，含水量，计算得到干密度，画出击实曲线，得到最大干密度和最优含水量。
五、实验记录和实验成果: 击实筒体积：944cm 3 分层数：3 层 每层击数：25 击
试样序号 筒+湿土质量（g）试筒质量(g)湿土质量(g)密度(g/cm3)干密度(g/cm3)盒号 湿土质量(g)干土质量(g)含水量(%)平均含水量(%)1 2588 794 1794 1.900 1.686 376 10.59 9.40 12.60 12.72 362 9.22 8.17 12.85 2 2536 794 1742 1.845 1.669 211 9.22 8.34 10.55 10.57 333 6.37 5.76 10.59 3 2625 794 1831 1.929 1.693 296 12.82 11.20 14.46 14.55 183 15.12 13.19 14.63 4 2502 794 1708 1.809 1.656 328 12.60 11.55 9.57 9.29 220 14.53 13.33 9.00 5 2654 794 1860 1.970 1.685 257 10.93 9.35 16.90 16.95 326 11.08 9.47 17.00 由以下的这个图可以得出：最大干密度：1.692； 最优含水量：14.9%。
试验分析：
试样数据有个别离散；总体趋势良好。
九．土工织物试验 一、试验目的 1、测量土工织物的抗拉强度和伸长率。
2、测量土工织物的顶破强度和刺破强度。
二、试验原理 土工织物具一定的抗拉强度，既可以制成透水的土工布，用于排水，又可以制成几乎不透水的土工膜用于防渗；并且土工织物不易老化，造价合理，在工程中的应用日益广泛。
土工织物的主要作用如下：
1． 加土体的抗拉强度 由于土工织物具有比土体高的抗拉强度，因此在土中布置一定量的土工织物能有效增加整个土体的稳定性，加筋土便是常见的例子。
如何评判土工织物的抗拉强度呢？目前一击实曲线图1.651.661.671.681.691.78 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20含水量(%)干密度(g/cm3)
般是借用纺织部门检验纺织品的试验方法，进行条带拉伸试验和拉拔试验。条带拉伸试验是为了测试土工织物的抗拉强度，而拉拔试验是为了测试其与不同介质接触时，在一定压力下，抵抗拉拔滑出的能力。
2．土工织物的排水、防渗作用 土工织物可以根据需要生产成各种形式。如将土工织物加工成只透水而不透土颗粒的形式，可以用来代替反滤层。而土工膜的渗透系数只有10-11 ~10-12 cm/s,又使其成为黏土芯墙的良好替代品，一般一层 1.5mm 的膜相当于 50~60cm 厚的黏土芯墙。土工膜的低渗透性还被用于如垃圾填埋场等需要将有害物质与周围环境隔离开来的情况，此时保持织物的完整性是十分重要的，因此必须考虑织物受到尖锐物品刺、顶破坏的情况，有必要通过刺破、顶破试验来测试土工织物抗刺破、顶破的能力。
三、试验步骤 1．条带拉伸试验 1）将待试验土工布裁成宽 50mm，长200mm 左右的长条，取 10 块为一组。
2）将拉力机试验段调至 10cm 长，逐个将土工织物条带安放到拉力机上，保持织物平直，不得有扭曲。
3）接通电源，开始拉伸，直至拉断为止，记录拉断时的拉力与伸长量。
2．刺破、顶破试验 1）将试样剪成略大于夹具的圆形，取 5块为一组，把试样逐个安放到夹具上，拧紧螺丝，防止滑脱，但是也不可拧得太紧，以致织物被上下夹具剪断。
2）将夹具安放到拉力机上，分别进行刺破、顶破试验。刺破试验用直径 8mm 的平头直杆，顶破试验杆端用直径 25.4mm 的圆球。接通电源，直至破坏，记录强度。
四、数据整理 土工合成材料拉伸试验记录表 试样序号 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 均值拉力(kN)0.076 0.05 0.056 0.056 0.064 0.068 0.08 0.064 0.056 0.048 0.062强度(kN/m)0.76 0.5 0.56 0.56 0.64 0.68 0.8 0.64 0.56 0.48 0.618伸长量(mm)74 63 64 61 88 80 95 90 55 48 71.8伸长率(%)74 63 64 61 88 80 95 90 55 48 71.8 土工合成材料顶破、刺破试验记录表 项目 试样序号 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 均值圆球顶破强度 160 84 100 88 88 104平头刺破强度 32 40 36 64 40 42
时间t(min)压 力（kPa）50 100 200 400 800 百分表读数(mm)变形量(mm)百分表读数(mm)变形量(mm)百分表读数(mm)变形量(mm)百分表读数(mm)变形量(mm)百分表读数(mm)变形量(mm) t
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