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《土力学》第五章习题集及详细解答
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土力学课后题答案
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猜你感兴趣试验四土的固结（压缩）试验；一．试验目的；该试验的目的是测定试样在完全侧限、单向排水的条件；二．试验方法及适用范围；本试验采用侧限压缩仪法；①稳定压缩在每级荷载下24h内土样不再被压缩，被；②常规压缩试样1h内压缩变形不超过0.OOlmm；③快速压缩规定每级荷载的压缩时间为1h，仅在最后；1.70g/cm，含水率大于100％），则应控制；三．仪器设备；1.三
土的固结（压缩）试验
一．试验目的
该试验的目的是测定试样在完全侧限、单向排水的条件下受稳定荷载作用，土体变形和压力或孔隙比和压力关系。通过计算求得压缩系数、压缩模量、变形模量等压缩性指标，并以此来分析、判别土的压缩性和天然土层的固结状态，计算建筑物及地基的沉降。 二．试验方法及适用范围 本试验采用侧限压缩仪法。土的压缩试验一般按稳定标准分为三级。 ①稳定压缩在每级荷载下24h内土样不再被压缩，被认为稳定后，才可以施加下一级荷载。 级荷载。 ②常规压缩试样1h内压缩变形不超过0.OOlmm（相对于试样高度为20mm而言），即认为稳定，或以满24h为标准，然后施加下一级荷重。以该方法为规范在生产中广泛应用。
③快速压缩规定每级荷载的压缩时间为1h，仅在最后一级荷载下，除测读1h的变形量外，还应测达到稳定时的变形量。根据最后一级变形量校正前几级荷载下试样的变形量。对沉降计算精度要求不高而透水性较高的土，可采用此方法。但对低密度、高含水率的软豁土（天然密度小于31.70g/cm，含水率大于100％），则应控制加荷载量，以避免试样受压挤出或触变破坏。
本试验方法适用于饱和粘性土、非饱和土、黄土。只进行压缩，测压缩系数、压缩模量。 三．仪器设备
1.三联固结仪(三联压缩仪)： 目前常用的压缩试验仪有磅称式、杠杆式等形式，本次试验采用杠杆式中压三联固结仪，它主要包括压缩容器及加压设备两部分，如图4.1、图4.2。 2
常用土样面积为50 cm，高2.0cm；环刀：内径7.98cm，高2.0 cm。环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯；透水石：上、下透水石直径应相等并略小于环刀内径，约0.2--0.5 mm。透水石的透水系数应大于土样的渗透系数； 2. 加压设备：应能垂直地在瞬间施加竖向各级规定的压力。使用灵敏有效的杠杆系统加荷设备即可；
3. 变形量测定设备：即百分表，量程为10mm，精度0.01mm。
图4.1固结仪示意图
4.其他：天平(感量0.01g)、秒表、烘箱、铝盒、修土刀、滤纸、透水石、凡士林等。同测定密度及含水量所用设备。 四．操作步骤
1.切取试样:按密度验切取土样：环刀称重后在其内壁涂一薄层凡士林刀口向下放在土样上，然用修土刀将土样修成略大环刀直径的土柱，环刀垂下压，边压边修，直至土伸出环刀为止，再削去两余土，刮平。取环刀两侧余土测定含水量和土粒比重。擦净环刀外壁，称环刀加湿土重，21 确至0.1g。 2.安装:在固结仪内底板上按顺序放好洁净而湿润的透水石(大于环刀直径)、滤纸，套上护环，装上百分表支架，将装有试样的环刀放入护环中，上覆滤纸和洁净湿润的透水石(略小于环刀内径)，加上导环，最后放上加压盖使各部分密切接触，保持平稳。 3.检查调试:检查加压设备是否稳固、灵敏及位置是否正确。轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的钢珠与加压上盖紧密配合。然后装上百分表，调节表脚使其可伸长的长度不小于8mm，并检查表是否图4.2
三联固结仪示意图 灵活和垂直。
4.施加预压荷载:通过加压设备在试样上施加预压荷载约1kPa，使压缩仪各部分紧密接触，然后调整量表，使其大小指针均对准零点或某一整数作为起始读数，并记录。
5.加载观测:
a.确定需要施加的各级压力，压力等级宜为50kPa, 100kPa, 200kPa, 300MPa，400kPa。
b.卸去预压荷重，立即施加第一级荷载50kPa，在加荷同时开动秒表，加荷时应将砝码轻轻地放在砝码盘上，避免因冲击、摇晃而使试样产生额外的变形和砝码掉落伤人。如系饱和试样，应在施加第一级荷载后，立即向压缩仪容器中注满水。如系非饱和试样，则应以湿棉花围护在传压板上面以防水分蒸发。
c.观测读数：每级加荷后，要按规定时间及时读出土样变形量，直至变形稳定为止，一般以24小时为准。如加荷后可按下列时间测记百分表读数：10″、30″、1′、2′、5′、10′、20′、30′、60′、90′、120′……24h直至稳定为止，沉降稳定标准为量表读数的变化不超过0.005mm/h。因教学时间所限，本试验每级加荷后10－15分钟即认为压缩已稳定，记录百分表读数，再加下次荷重。 d. 按上述步骤逐级加压观测直至最后一级荷重稳定为止。 6.将各级荷载及相应的变形记录填人压缩试验记录表4.1并进行压缩试验计算 7.试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取下容器，拿出护环，小心地取出带环刀的试样，用烘箱法测定试验后试样的含水量。清洗并擦干之。 五．试验记录 见表4.1 六．计算及绘图
1.按下式计算初始孔隙比e。 22
固结（压缩）试验
2.按下式计算试样的土粒高度hs
3.按下式计算某压力下压缩稳定后的孔隙比
4. 按下式计算压缩系数a1-2和压缩横量E１－２
5.绘制压缩曲线：以压力p为横坐标，以e为纵坐标绘制e-p曲线。如图4.3所示。
6.结果分析：
土的压缩曲线
七．注意事项 23
①透水石应经常保持平整、清洁、透水性良好。 ②加荷后注水要视试样的天然含水率而定。当ω0≥ωL时，可注水饱和；ω0＜ωL 时，透水石仅需浸湿，用湿棉纱围住加压板周围，待加压至试样的土层自重压力(p0）时即可注水；若ω0＜ωP时，将透水石稍微浸湿，用湿棉纱围住加压板直至试验结束。
③加第一级荷载时，应根据土质的软硬程度确定，软粘土加荷量要小些，较密实的硬试样，加荷量可大些。
④加荷时应轻放砝码，避免冲击和摇晃。在试验过程中应保持杠杆水平。总荷重不能超过加压设备的最大承受荷载。
⑤试验前，应检查仪器各部件是否灵敏、完好。如有必要应对压缩仪器进行校正，并测定压缩仪的变形量。 八．思考题
1. 侧限压缩试验中试件的应力状态与地基土的实际应力状态比较差别如何?在什么条件下两者大致相符?
2. 土的压缩量一般需要比较长的时间才能稳定，我们只测读10min的读数，得出的结果a1-2等是否会有很大误差?如何分析?
3.从天然土层中取原状土样在室内做实验得出的压缩曲线是否为原始压缩曲线?为什么?
土的直接剪切试验
一、试验目的
测定土的抗剪强度指标c和υ。 二．试验方法 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。试验的原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比。将土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力进行剪切，得其剪坏时的剪应力，即为抗剪强度 τf。然后，根据剪切定律确定土的抗剪强度指标υ和C。
直接剪切仪，按施加剪力的方式不同，分为应变控制式和应力控制式两种。应变控制式是通过弹性钢环变形控制剪切位移的速率；应力控制式是通过杠杆用砝码控制施加剪应力的速率，测相应的剪切位移。目前，多用应变控制式；应力控制式，施加砝码时易引起冲击力，使用不多，只适宜作慢剪或长期强度试验。
按土样在荷重作用下压缩及受剪时的排水情况不同，试验方法可分三种；
(1)快剪法(或称不排水剪)：即在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变(试样两端敷以隔水纸)，即在试验过程中孔隙水压力保持不变(3～5min内剪坏)。
(2)慢剪法(或称排水剪)：即在加垂直荷重后，使其充分排水(试样两端敷以滤纸)，在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。
(3)固结快剪法：在垂直压力下土样完全排水固结稳定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切过程中不允许排水(规定在3～5min内剪坏)。
由于上述三种实验方法的受力条件不同，所得抗剪强度值也不同。因此，必须根据土所处的实际应力情况来选择试验方法。 直接剪切试验不能严格控制排水条件，以土样所受的总应力为计算标准，故所得强度为总应力强度。施加某一垂直压力σ后，逐渐施加水平剪应力τ，同时测得相应的剪切位移△L，直至土样被剪坏为止。通常以剪应力的最大值(峰值)或稳定值作为抗剪强度τf，如无明显变化，以剪切位移等于4mm(土样直径为64mm)的剪应力值作为土的抗剪强度。 二、试验仪器 １．直接剪切仪：应变控制式直剪仪(图9-1)或应力控制式直剪仪(图9-2)。 ２．其它：天平、修土刀、环刀、推土器、凡士林、滤纸或蜡纸、秒表、直尺、测角器等。
图9.1 应变控制式直剪仪示意图 1-轮轴 2-底座 3-透水石 4-测微表 5--活塞
6-剪切盒 7-土
样 8-下盒 9-测微表 10-量力环
图9.2 应力控制式直剪仪示意图 1-轮轴 2-透水石3-带孔压板
-销钉 5―剪切面
6-剪切系统
7-压力系统
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何谓土的压缩，何谓土的固结，两者有何区别
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没有“压缩试验”一说，只有“固结试验”，称不要求读取s-t或e-t关系的试验称为压缩试验，反之称为固结试验土的压缩包括三部分，瞬时压缩。fle_flo1.按照土工试验规范。3、固结压缩、和蠕变。其中固结压缩量是最大的。此外、排水变形的过程.还有一点细微的差别就是，压缩表示的是土体变形的结果，变形量的大小；固结往往用来表示粘土孔压消散。因为现有土力学理论都是基于饱和土，其压缩过程本身就是固结过程。2.实践中，为了方便
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