实验一  土的密度试验

测定土的湿密度是为了解土的疏密和干湿状态，供换算孔隙比、干密度等土的其他物理性质指标。同时，对于挡土墙土压力的计算，人工和天然斜坡稳定的设计与核算，地基承载力和沉降量的计算以及路基路面施工时压实程度的控制，皆不能脱离此项指标。该试验属于基础性试验，是岩土工程试验中必做项目。

一  试验方法及基本原理

土的密度或重度可根据以下关系求得：

密度计算公式：    (g/cm³)

重度计算公式：    (kN/m³)

式中  ——土样的质量，g；

——土样的体积，cm³；

——土样的重量，kN；

——重力加速度，m/s²；

二、密度试验方法（一）——环刀法

（一）基本原理

     环刀法适用于较均一的可塑粘性土，通过利用一定容积的环刀切取土样，使土样充满环刀，这样环刀的容积即为试样体积，然后称量试样加环刀的质量和环刀的质量，两者只差就是试样的质量。根据密度定义可计算出土的密度。环刀法简单方便，是目前最常用的试验方法。

（二）仪器设备

1. 环刀：内径61.8mm，高为20mm；

2. 天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g；

3. 测径卡尺；

4. 切土刀、钢丝锯、凡士林、玻璃板等。

（三）操作步骤

1. 测定环刀的质量及体积

用测径卡尺测量环刀的内径及高度，计算得环刀的体积。然后将环刀置于天平上称环刀质量。

2. 开样

将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带（野外送到实验室的原状土样都是用土样筒装好并进行严格的密封），开启土样筒取出土样。

3. 切取土样

在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，垂直下压环刀，并用切士刀沿环刀外侧将土样切削成略大于环刀的土柱，边压边削至土样伸出环刀。距离刃口约10mm用钢丝锯和切土刀将试样和环刀一起与土样断开。将切断下来的内含试样的环刀放于试验台面上，先削平环刀上端的余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上。然后削平环刀刃口一端的余土，使与环刀刃口齐平。如果是软土，可用钢丝锯整平试样两端。若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土轻轻补上。

4. 测定环刀与土样的质量

擦净环刀外壁，称量环刀加试样的质量，准确至0.1 g。

（四）试验记录与密度计算

（1）试验数据记录

将试验数据记录在表格中，记录表格可参见表1-4

表1-4  密度试验记录表（环刀法）

工程名称：             ；工程编号：            ；试验日期：               ；

试验者：               ；记录者：              ；校核者：                 。

（2）计算试样湿密度

试样的湿密度按下式计算，计算准至0.01 g/ cm³。

式中  ——试样的密度，g/ cm³

——环刀加试样的质量，g;

——环刀的质量，g

——试样的体积，大小等于环刀的容积，cm³。

（2）计算试样的干密度

试样的干密度按下式计算，计算准至0.01 g/ cm³。

式中  ——试样的干密度，g/ cm³

——试样的含水率，%;

6. 本试验需进行至少两次平行测定，既分别用环刀在土样上切取2～4个试样，分别测定其密度，取其平均值，其平均差值不得大于0.03 g/ cm³。

（四）注意事项

1.用环刀法切取土样时，取样环刀应垂直于土样面切取，并严格按试验步骤操作，下压环刀用力要均匀，下压一点将环刀周围的土削去一些，真正做到边压边削，不得急于求成，用力过猛，或图省事不削成土柱，直接将环刀一次性压入，这样非常容易使试样开裂和扰动，结果事半功倍。

2. 修平环刀两端余土时，不得在试样表面往返压抹，以免使土面收到更多扰动。

对于较软的土宜先用钢丝锯将土样锯成几段，然后用环刀切取，以免土体因上部受压而使下部变形，对带状土应注意切取样的代表性。

三、密度试验方法（二）——封蜡法

（一）基本原理

封蜡法是将已知质量的土块浸入融化的石蜡中，使试样有一层蜡的外壳，保持完整外形。通过分别称得带有蜡壳的土样在空气中和水中的质量，根据阿基米德原理，计算出试样体积，便可以测定土的密度。

（二）仪器设备

1. 石蜡及熔蜡设备（电炉和锅）；

2. 天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g

3. 其他：切土刀、烧杯、细线、温度计和针等。

（三）操作步骤

1. 切取土样

从原状土样中切取体积不小于30 cm³的代表性土样，削去松浮表土和尖锐菱角，使成较整齐的形状，系上细线置于天平盘上称得试样质量

2. 封蜡

手持线将试样徐徐浸入刚过熔点（温度50～70℃）的蜡液中，待全部浸没后立即提出，检查试样表面的蜡膜，当有气泡时用烧热的针刺破，再用蜡液补平，让其冷却。

3. 测定试样体积

（1）将冷却后的蜡封试样放在天平上称其质量。

（2）用细线将试样吊在天平的一端，浸没于盛有蒸馏水的烧杯中（如图1.9），称其在水中的质量。

（3）将试样从水中取出，擦干蜡封薄膜表面水分，置于天平上称量检查是否有水进入土样中，若此时试样质量大于浸水前的蜡封试样质量并超过0.03 g，则实验应重做。

图1.9 称蜡封试样在水中质量

（三）试验记录与密度计算

（1）试验数据记录

将试验数据记录在表格中，记录表格可参见表1-5

表1-5  密度试验记录表（蜡封法）

工程名称：           ；工程编号：          ；试验日期：             ；

试验者：             ；记录者：            ；校核者：               。

（2）试样密度计算

试样的密度按下式来计算，准确至0.01 g/ cm³。

式中  ——试样的质量，g；

——蜡封试样的质量，g；

——蜡封试样在水中的质量，g；

——在称重时该温度下蒸馏水的密度，g/cm³；

——事先求出的石蜡密度，一般以0.9g/cm³计；

——重力加速度，cm/s²。

5. 本实验须做两次平行测定，取其平均值，其平均差值不得大于0.03 g/ cm³

（四）注意事项

1. 在封蜡时应将土样徐徐浸入蜡中，并立即提上，以免蜡膜产生气泡和防止土样扰动。

2. 称蜡封试样质量时，应在另一砝码盘中放入一条与系试样等长度的细线，以平衡线的重量。

3. 在称蜡封试样浮重时，应注意勿使封蜡试样与烧杯壁接触，同时应排除附在其周围的气泡。

4. 蜡封后称土质量时，绑土块宜用细丝线。

（五）思考题

1. 什么情况下用环刀法测定土的密度？什么情况下用蜡封法？

2. 在环刀法中影响试验准确性的因素有哪些？

3. 为什么在土样封蜡时，要使石蜡刚过熔点，不能过高，也不能过低？

表1-8 水的密度

第二篇：土力学实验一 相对密度

实验一  相对密度、密度、含水量测定

A、实验目的

测定土的相对密度、密度和含水量，以了解土的疏密、干湿状态和含水情供计算土的其它物理指标和设计以及控制施工质量之用。

B、实验要求

   1、由实验室提供一份扰动土样，要求学生测定该上样的含水量、密度和该土

的相对密度；

2、根据实验结果要求学生确定该土的孔隙比（）、孔隙率（）、饱和度()、干土密度()及饱和土密度()等物理指标；

3、参观原状土样。

C、实验方法

一、相对密度实验(又称比重实验)

    土粒的相对密度是土在100℃—105℃下烘至恒重时土粒的密度与同体积4℃时纯水密度的比值。

（一）实验目的

测定土的相对密度(比重)，为计算土的孔隙比、饱和度以及为其它土的物理力学实验(如颗粒分析的比重计法实验、压缩实验等)提供必需的数据。

（二）实验方法

相对密度实验的方法取决于试样的粒度大小和土中是否含有水溶盐，如果水中不含水溶盐时，可采用比重瓶和纯水煮沸排气法。土中含有水溶盐时，要用比重瓶和中性液体真空排气法。粒径都大于5mm时则可采用缸吸筒法或体积排水法。本实验采用比重瓶和纯水煮沸排气法。

（三）仪器设备

1、比重瓶：容量100毫升：

2、天平：称量200克，感量0.001克；

3、恒量水槽：灵敏度±1℃；

4、电热砂浴（或可调电热器）；

5、孔径5mm土样筛、烘箱、研钵、漏斗、盛土器、纯水、蒸馏水发生器等。

（四）实验步骤

1、试样制备

将风干或烘干之试样约100克放在研钵中研碎，使全部通过孔径为5mm的筛，如试样中不含大于5mm的土粒，则不要过筛。将已筛过的试样在100℃—105℃下恒重后放入干燥器内冷却至室温备用。(此项工作由实验室工作人员负责完成)

2、将烘干土约15克，用漏斗装入烘干了的比重瓶内并称其质量，得瓶加上的质量m_l，准确至O.001克。

3、将已装入干土的比重瓶注纯水至瓶的一半处。

4、摇动比重瓶，使土粒初步分散，然后将比重瓶放在电热砂浴上煮沸(注意将瓶塞取下)。煮沸时要注意调节砂浴温度，避免瓶内悬液溅出。煮沸时间从开始沸腾时算起，砂土和粉土不小于30分钟，粉质粘土和粘土不小于1小时。本次实验因时间关系，煮沸时间由教师根据具体情况决定。

5、将比重瓶从砂浴上取下，注入纯水至近满，然后放比重瓶于恒温水槽内，待瓶内悬液温度稳定后(与水槽内的水温相同)，测记水温(T)，准确至0．5℃(注：本实验室槽内水温控制在20℃)。

6、轻轻插上瓶塞，使多余水分从瓶塞的毛细管上溢出(溢出的水必须是不含土粒的清水)。取出比重瓶，擦干比重瓶外部水分，称瓶加水加土的总质量()准确至0.001克。

（五）计算

按下式计算相对密度：

式中：— 干土质量，（克）；

      —瓶加土质量，克；

      —瓶质量（根据瓶号可查实验室表格得到），克；

    （六）有关问题的说明

    1、煮沸的作用是破坏试样中尚存的团粒和封闭的孔隙，排出空气以达到使土粒分散的目的。在规定的时间内，为防止带土粒的悬液从瓶中冲出，必须随时守候观察，当发现有可能冲出时，除可调节砂浴温度外，必要时可用滴管滴入数滴冷纯水，使稍微降温。

2、比重瓶的计算容积是指比重瓶从瓶塞顶部毛细管管口，以下部分的空间容积，因此无论称量或时，瓶中水面都必须与瓶塞毛细管管口子齐。

3、每组作两次测定，平行差值不得大于0.02，取其算术平均值，以两位小数表示。

二、密度实验(环刀法)

土的密度是指天然状态下单位土体积内湿土的质量。

   （一）实验目的

测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态。供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。

这里所指的密度是湿密度、除此之外还有干密度、饱和密度和浮密度。

    （二）实验方法

密度的测定，对一般粘性土采用环刀法，如试样易碎或难以切削成有规则的形状时可采用蜡封法、水银排开法、灌砂法等。本实验采用环刀法。

（三）仪器设备

1、环刀：内径60—80mm，高20mm，壁厚1.5—2.0mm；

2、天平：称量500克—1000克，感量0.1克；

3、直口切土刀、凡士林等。

    （四）实验步骤

1、按工程需要取原状土或人工制备所需要的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，用切土刀整平其上下两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样整平的面上。

2、用切土刀将土样上部修削成略大于环刀口径的土柱，然后将环刀垂直均匀下压，边压边削，至土样伸出环刀上口为止，削去环刀两端余土并修平土面使与环刀口平齐。

3、擦净环刀外壁，称环刀加土的质量()，准确至0.1克。

    4、记录、环刀号码以及由实验室提供的环刀质量()和环刀体积(V)。

（五）计算密度

按下式计算土的密度：

式中： —土的密度，又称湿密度，克／厘米³；

—环刀加土的质量，克；

—环刀的质量，克；

           一环刀体积，厘米’

(和可根据环刀号查实验室的表格得到)。

（六）有关问题的说明

1、用环刀切试样时，环刀应垂直均匀下压，防止环刀内试样结构被扰动。

2、夏天室温很高，为防止称质量时试样中的水分被蒸发，影响实验结果，宜用两玻璃片善住环刀上、下口称取质量，但计算时必须扣除玻璃片的质量。

每组做两次平行测定，平行差值不得大于0．03克／厘米’，取算术平均值作为最后结果。

三、含水量实验（烘干法）

土的含水量（也称土的湿度）是土在温度100—105℃下烘至恒重时失去的水分质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。

（一）实验目的

测定土的含水量，以了解土的含水情况，是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。

（二）实验方法

测定含水量的方法很多，其区别是土样干燥的方法不同，常用的有以下三种：

1、烘干法：在室内将湿土放入烘箱内，在100—105℃的温度下烘干，要求有机质含量<10％的土，一般均用此法求含水量。

2、酒精燃烧法：将酒精倒入土中，燃烧使其水分蒸发。此方法一般在野外现场测试，它的特点是速度快。

3、砂炒干法：砂土中含结合水少，可以放在铝锅中炒干，使其完全干燥，求出其含水量。

以上三种方法中，在实验室条件下，我们均采用第一种方法测定，其余二种方法在此不做实验，请同学们自己领会。以下用第一种方法(烘干法)测定含水量。

（三）仪器设备

1、烘箱：恒温烘箱；

2、分析天平：感量0.01克；

3、干燥器（用装有无水氯化钙干燥剂的玻璃干燥缸）；

4、烘土盒：又叫称量盒，每个烘土盒的质量都已称量，并登记备查。

（四）实验步骤

1、选取有代表性的试样约15—30克(砂土或不均匀土应不少于50克)，放入烘土盒内，并立即盖好盒盖，称烘土盒和湿土质·量(m₁)，准确至0.01克。记录m₁、烘土盒号码、烘土盒质量m3(由实验室提供)。

2、打开烘土盒盖，放入电烘箱中在温度100—105℃下烘至恒重。(烘干时间一般自温度达到100—105℃算起不少于6小时)。然后取出烘土盒，加盖后放入干燥器中，冷却至室温。

3、从干燥器中取出烘土盒，称烘土盒加烘干土的质量(m2)，准确至0.01克，并将此质量记入表格内。

4、实验须进行二次平行测定

（五）计算含水量

按下式计算含水量

（计算至0.1%）

式中：—试样中所含水的质量； —试样土颗粒的质量；

（六）有关问题的说明

1、含水量实验用的土应在打开土样包装后立即取用，以免水分改变，影响结果。

2、本实验须平行测定，每组以两次试样测定含水量，取其算术平均值作为最后成果。但两次试验的平行差值不得大于下列规定：

3、烘土盒中的湿试样质量称取以后由实验室负责烘干，同学们在24小时后抽时间来实验室称于试样的质量。

D、指示和建议

1、本次实验项目较多，事先必须做好预习。

2、建议从相对密度测定开始做，利用煮沸及放在恒温水槽内定温的时间做含水量和密度测定，必须善于安排王作，抓紧时间，同时要注意保证实验质量。

3、实验数据须当时立即直接填入表格，注意不要漏记仪器号码及其它必要数据。

4、计算及填写实验结果时，注意必要的位数和单位。计算时要画三相草图，尽可能在图上将数值填入，不要死代公式。

E、预习问题

1、密度、相对密度、含水量、孔隙比、孔隙率、饱和度、干土密度及饱和土密度的定义是什么?

2、什么时候必须测定土的密度、相对密度和含水量?实验结果有什么用处?

3、解释求相对密度的公式：

4、相对密度测定中煮沸的目的何在?放入恒温水槽的目的何在?应该特别注意做好哪些步骤，才能得到准确的实验结果?

实验报告一

一、实验记录

（一）相对密度实验（比重瓶煮沸法）

工程名称                            实验者                  

实验日期                            校核者                  

纯水密度=

（二）密度实验（环刀法）

工程名称                            实验者                  

实验日期                            校核者                  

（三）含水量实验（烘干法）

工程名称                            实验者                  

实验日期                            校核者                  

二、计算

三相草图（附计算数据）

孔隙比

孔隙率

饱和度

干土密度

饱和土密度