土力学实验教程

第1章 绪论 1
　　1.1　土力学实验的任务与意义 1
　　1.2　土力学实验的作用 2
　　1.3　现代室内土力学实验的主要内容 3
　　1.4　土力学实验的一般原则和流程 4
　　1.4.1　服务于岩土工程实践的土力学实验 5
　　1.4.2　服务于岩土工程科学研究的土力学实验 6
　　1.5　室内实验技术发展展望 19
　　1.6　习题 20
第2章 土体工程分类标准 21
　　2.1　粒组划分 21
　　2.2　液限与塑限 23
　　2.3　土的分类和代号 23
　　2.4 常用的土体分类 24
　　2.4.1　有机质土的判定 24
　　2.4.2　巨粒类土的分类 25
　　2.4.3　粗粒类土的分类 25
　　2.4.4　细粒类土的分类 26
　　2.5　土按简易鉴别分类法分类 29
　　2.6　土样描述 30
　　2.7　习题 31
第3章 土体试样制备 32
　　3.1　原状土样的采集 32
　　3.1.1　土样质量等级 32
　　3.1.2　取样工具 33
　　3.1.3　原状土样的采集方法 34
　　3.1.4　特殊土层的取土方法 37
　　3.1.5　钻孔中取样的一些要求 38
　　3.2　试样的制备 38
　　3.2.1　仪器设备 39
　　3.2.2　原状土试样的制备 39
　　3.2.3　扰动土试样的制备 41
　　3.2.4　关于试样制备的若干说明 45
　　3.3 试样的饱和 46
　　3.3.1　仪器设备 47
　　3.3.2　试样饱和步骤 47
　　3.3.3　关于试样饱和的几点说明 50
　　3.4　习题 50
第4章 土体基本物理特性实验 51
　　4.1　三相草图与三相指标 51
　　4.1.1　三相草图 51
　　4.1.2　三相指标 52
　　4.2　密度实验 54
　　4.2.1　环刀法 54
　　4.2.2　蜡封法 56
　　4.2.3　灌砂法 57
　　4.2.4　灌水法 61
　　4.3　比重实验 62
　　4.3.1　比重瓶法 63
　　4.3.2　浮力法 65
　　4.3.3　虹吸筒法 67
　　4.4　含水率实验 67
　　4.4.1　烘干法 68
　　4.4.2　酒精燃烧法 69
　　4.4.3　接触式土体含水率实时监测方法简介 69
　　4.4.4　非接触式土体含水率实时监测方法简介 73
　　4.5　颗粒分析实验 75
　　4.5.1　筛分法 75
　　4.5.2　密度计法 79
　　4.5.3　移液管法 85
　　4.6　颗粒分析实验数据处理的电子表格法 87
　　4.6.1　颗粒分析实验数据处理电子表格界面 87
　　4.6.2　数据处理过程 88
　　4.6.3　应用实例 89
　　4.7　习题 90
第5章 土体物理状态实验 92
　　5.1　界限含水率实验 93
　　5.1.1　液塑限联合测定法 93
　　5.1.2　缩限测定方法 96
　　5.2　相对密度实验 99
　　5.2.1　*小干密度实验 99
　　5.2.2　*大干密度实验 101
　　5.3　液塑限联合测定实验数据处理的电子表格法 103
　　5.3.1　操作说明 103
　　5.3.2　计算示例 104
　　5.4　习题 106
第6章 击实实验 107
　　6.1　压实原理 107
　　6.1.1　细粒土的压实性 107
　　6.1.2　无黏性土的压实性 108
　　6.2　仪器设备 109
　　6.3　操作步骤 110
　　6.3.1　土料准备 110
　　6.3.2　安装击实仪并分层击实 111
　　6.3.3　在其他含水率条件下重复击实实验 112
　　6.4　数据记录与处理 112
　　6.5　关于击实实验的讨论 113
　　6.5.1　压实功对击实结果的影响 113
　　6.5.2　粗粒土和巨粒土的*大干密度实验 114
　　6.6　习题 115
第7章 压缩固结实验 117
　　7.1　基本原理 117
　　7.1.1　土的压缩性 117
　　7.1.2 土的一维固结理论 119
　　7.2　实验仪器及实验步骤 120
　　7.2.1　实验仪器 120
　　7.2.2　实验步骤 121
　　7.2.3　注意事项 123
　　7.2.4　其他类型的固结实验 123
　　7.3　实验数据的记录及分析 124
　　7.3.1　压缩指标的计算 124
　　7.3.2　固结系数的求解 125
　　7.4　压缩固结实验数据处理的电子表格法 128
　　7.4.1　电子表格简介 129
　　7.4.2　土性参数与实验数据导入 131
　　7.4.3　固结实验电子表格法计算 132
　　7.4.4　压缩实验电子表格法计算 134
　　7.5　习题 136
第8章 直剪实验 137
　　8.1　实验原理与类型 137
　　8.1.1　直剪实验设备 137
　　8.1.2 直剪实验的类型 138
　　8.1.3　直剪实验的优缺点 139
　　8.1.4　土的渗透性对强度指标的影响 140
　　8.1.5　土体结构对其抗剪强度的影响 140
　　8.2　实验步骤 141
　　8.2.1　快剪实验 141
　　8.2.2　固结快剪实验 143
　　8.2.3　慢剪实验 143
　　8.2.4　砂土的直剪实验 144
　　8.2.5　四联动直剪实验 144
　　8.2.6　大型直剪实验 144
　　8.3　数据处理与记录 145
　　8.4　注意事项 146
　　8.5　直剪实验数据处理的电子表格法 148
　　8.5.1　电子表格简介 148
　　8.5.2　计算示例 150
　　8.6　习题 152
第9章 三轴剪切实验 153
　　9.1　理论基础 153
　　9.1.1　强度准则 153
　　9.1.2　三轴实验类型 155
　　9.1.3　3种实验强度指标之间的关系 156
　　9.2　仪器设备 158
　　9.2.1　常规三轴仪 158
　　9.2.2　其他配套设备 160
　　9.3　试样制备 161
　　9.3.1　试样尺寸 161
　　9.3.2 原状土试样制备 162
　　9.3.3　扰动土试样制备 163
　　9.3.4　正常固结土试样制备 164
　　9.3.5　砂类土试样制备 164
　　9.4　试样饱和 165
　　9.4.1　真空饱和法 165
　　9.4.2　水头饱和法 166
　　9.4.3　反压饱和法 166
　　9.4.4　二氧化碳置换饱和法 167
　　9.4.5　试样饱和度对实验结果的影响 167
　　9.5　试样的安装、固结与剪切 168
　　9.5.1　实验前的准备工作 168
　　9.5.2　不固结不排水剪实验（UU实验） 169
　　9.5.3　固结不排水实验（CU实验） 172
　　9.5.4　固结排水实验（CD实验） 173
　　9.5.5　剪切前阀门的状态与剪切速率 173
　　9.6 关于三轴实验的一些说明 174
　　9.6.1　注意事项 174
　　9.6.2　其他三轴实验类型简介 175
　　9.6.3　其他类型三轴仪简介 176
　　9.7　实验数据处理 178
　　9.7.1　计算公式 178
　　9.7.2　制图和强度指标求解 179
　　9.8　三轴实验数据处理的电子表格法 181
　　9.8.1　三轴实验数据分析的电子表格法 181
　　9.8.2　CD实验计算实例 185
　　9.8.3　CU实验计算实例 189
　　9.8.4　UU实验计算实例 193
　　9.9　基于三轴实验数据的UH模型参数标定 197
　　9.9.1　UH模型基本简介及参数物理意义 197
　　9.9.2　基于三轴实验数据标定UH模型参数电子表格法示例 202
　　9.10　基于三轴实验数据的CSUH模型参数标定 212
　　9.10.1　CSUH模型基本简介及参数物理意义 212
　　9.10.2　基于三轴实验数据标定CSUH模型参数电子表格法示例 216
　　9.10.3　基于多种实验数据标定CSUH模型参数电子表格法简介 223
　　9.11　习题 227
第10章 渗透实验 228
　　10.1　渗透系数的测定原理 228
　　10.1.1　常水头渗透实验 228
　　10.1.2　变水头渗透实验 229
　　10.1.3 渗透系数的影响因素 230
　　10.2　常水头渗透实验方法 230
　　10.2.1　仪器设备 230
　　10.2.2　实验步骤 230
　　10.2.3　实验记录与处理 232
　　10.3　变水头渗透实验方法 232
　　10.3.1　仪器设备 232
　　10.3.2　实验步骤 233
　　10.3.3　实验记录与数据处理 234
　　10.4　注意事项 234
　　10.5　常水头渗透实验数据处理的电子表格法 235
　　10.6　变水头渗透实验数据处理的电子表格法 238
　　10.7　习题 240
第11章 非饱和土土水特征曲线的测量 241
　　11.1　压力板法 243
　　11.1.1　测量原理 243
　　11.1.2　仪器设备 244
　　11.1.3　实验步骤 245
　　11.1.4　实验记录及结果整理 246
　　11.1.5　注意事项 246
　　11.1.6　应用实例 247
　　11.2　滤纸法 248
　　11.2.1　测量原理 248
　　11.2.2　仪器设备 248
　　11.2.3　标定滤纸含水率?基质吸力关系曲线 249
　　11.2.4　实验步骤 250
　　11.2.5　实验记录及结果整理 252
　　11.2.6　应用实例 252
　　11.3　露点水势仪法 253
　　11.3.1　测量原理 254
　　11.3.2　仪器设备 254
　　11.3.3　实验步骤 255
　　11.3.4　实验记录及结果整理 256
　　11.3.5　注意事项 257
　　11.3.6　应用实例 257
　　11.4　土水特征曲线的联合快速测量方法 258
　　11.5　习题 260
第12章 非饱和土渗透系数的测量 261
　　12.1　湿润锋前进法 261
　　12.1.1　测定原理 261
　　12.1.2　仪器设备 263
　　12.1.3　实验步骤 264
　　12.1.4　实验记录及结果整理 265
　　12.1.5　应用实例 265
　　12.2　瞬时剖面法 267
　　12.2.1　测定原理 267
　　12.2.2　实验装置和步骤 268
　　12.2.3　数据分析 269
　　12.3　注意事项 270
　　12.4　宽饱和度范围内的渗透系数联合测量方法 270
　　12.4.1　基本思路 270
　　12.4.2　案例分析 271
　　12.5　习题 273
第13章 振动三轴实验 274
　　13.1　动三轴实验发展历程及实验原理 274
　　13.1.1　动三轴实验发展历程 274
　　13.1.2　动三轴实验原理 275
　　13.2　理论基础 276
　　13.2.1　循环荷载下土体典型响应 276
　　13.2.2　土的动应力?动应变关系 279
　　13.2.3　动剪切模量和阻尼比 280
　　13.2.4　动强度 284
　　13.2.5　液化判定 285
　　13.3　实验方法 287
　　13.3.1　仪器设备 287
　　13.3.2　试样制备、饱和、安装、固结与加载 288
　　13.3.3　振动三轴实验类型 290
　　13.3.4　动强度（抗液化强度）实验（不排水动三轴实验） 291
　　13.3.5　动力变形特性实验（以固结不排水实验为例） 291
　　13.3.6　动力残余变形特性实验（排水动三轴实验） 292
　　13.4　计算结果 293
　　13.5　数据处理 294
　　13.5.1　动强度（抗液化强度） 294
　　13.5.2　动模量与阻尼比 295
　　13.5.3　动力残余变形 297
　　13.6　应用实例 298
　　13.6.1　实验土样 298
　　13.6.2　实验步骤与方案 299
　　13.6.3　动剪切模量原始数据与数据分析 300
　　13.7　习题 301
第14章 土体微观结构测量实验 303
　　14.1　水银压入实验 303
　　14.1.1　水银压入实验的基本原理 303
　　14.1.2　采用冷冻干燥法制备水银压入实验所需的干燥土样 305
　　14.1.3　水银压入实验的实验步骤 305
　　14.1.4　水银压入实验的注意事项 308
　　14.2　核磁共振实验 309
　　14.2.1　核磁共振的基本原理 309
　　14.2.2　核磁共振的实验步骤 315
　　14.2.3　核磁共振实验的数据分析案例 319
　　14.2.4　核磁共振实验的注意事项 321
　　14.3　习题 329
附录A 不同等级土样要求的取样工具和方法 330
附录B 水的黏滞系数表 331
附录C 密度计法中的温度校正值 332
附录D 密度计法中的土粒相对密度校正值 333
附录E 视频资源索引表 334
参考文献 337