综合性实验指导书
实验名称：土的物理性质试验
实验项目性质：综合性
所涉及课程：土力学与地基基础
计划学时：4学时
一、实验目的
1．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、饱和度和其他物理力学性质不可缺少的一个基本指标。
2．测定土粒的比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为其他土的物理力学试验(如颗粒分析的比重计法试验、压缩试验等)提供必需的数据。
3．测定土的液限时含水量，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类以及估算地基土承载力等的一个依据；测定土的塑限，并与液限试验和含水量试验结合，来计算土的塑性指数和液性指数，作为粘性土的分类以及估算地基土承载力的一个依据。
二、实验内容
给定某一具体土样，测定土的含水量、比重、含水量、液限、塑性以及无凝聚性土的最大孔隙比与最小孔隙比等指标。
三、实验（设计）仪器设备和材料清单
1．烘箱，采用温度能保持在105～110℃的电热烘箱；天平，称量500g，感量0.01g；干燥器、铝盒等。
2．比重瓶，容量100cm3或50cm3；分析天秤，感量0.001g，称量200g；砂浴（或可调电加热器）；真空抽气设备；温度计，测定范围0～50℃，精确至0.5℃；其他，恒温水槽、烘箱、蒸馏水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为5mm筛等。
3．液、塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关；试样杯，直径40～50mm，高30～40mm；天平：称量200g，感量0.01g；其他，烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。
四、实验要求
1．实验中的具体操作步骤见附件，如遇问题要及时向指导教师提出。
2．实验中出现的仪器故障必须及时向指导教师报告，不可随意自行处理。
五、实验步骤及结果测试
1．实验步骤
应尽可能选用具有代表性的天然含水量的土样若干份，选用一定的方法分别测定土的含水量、比重、含水量、液限、塑性以及无凝聚性土的最大孔隙比与最小孔隙比等指标。
2、结果测试
对每一个实验结果，指导教师应对学生进行提问，学生应该快速的回答出得出实验结果的整个过程。
六、考核形式
1．考核的方式
指导教师与各组组长对实验每一个成员共同进行考核，考核成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五等。
2．成绩评定标准
（1）认真、正确完成实验，实验报告写的字迹秀美，条理阐述清楚、得当，程序完善，顺理成章。实验结果正确，能够熟练掌握各种测量仪器的应用，考核成绩定为优秀。
（2）认真、正确完成实验，实验报告写的字迹工整，条理阐述清楚，程序完善。实验结果正确，能够比较熟练掌握各种测量仪器的应用者，考核成绩定为良好。
（3）较为认真地完成实验，实验报告写的比较好，条理阐述比较清楚，符合程序规定。实验结果基本正确，能较好的掌握各种测量仪器的应用者，考核成绩定为中等。
（4）较为认真地完成实验，实验报告写的字迹比较潦草，但条理阐述还算清楚。实验结果基本正确，会使用各种测量仪器者，考核成绩定为及格。
（5）不认真做实验或抄袭别人的实验报告，实验结果不正确，不能正确的使用各种测量仪器者，考核成绩定为不及格。
七、实验报告要求
1．认真完成实验报告，报告要用攀枝花学院实验报告纸，作图要用坐标纸。
2．报告中出现的图、表格必须用直尺画。
3．应在理解的基础上简单扼要的书写实验原理，不提倡大段抄书。
4．应结合具体的实验现象和问题进行讨论，不提倡纯理论的讨论，更不要从其它参考资料中大量抄录。
5．实验报告的分数与报告的篇幅无关。
八、思考题
1．土的物理性质一般包括哪些？每种性质的测定包括哪些方法？
2．一定量的土样如何综合有序的将其性质进行测定？
附件：
试验一 含水量试验
土的含水量(也称土的湿度)是土在温度100～105℃下烘到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、试验目的
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、饱和度和其他物理力学性质不可缺少的一个基本指标。
二、试验方法
本试验采用烘干法测定。烘干法适用于粘性土、砂土和有机质含量土类
三、仪器设备
1. 烘箱 采用温度能保持在105～110℃的电热烘箱；
2. 天平 称量500g，感量0.01g；
3. 其它 干燥器、铝盒等。
四、操作步骤
1. 称空铝盒的质量，准确至0.01g。
2. 取代表形试样15～30g，放入铝盒内，并立即盖好盒盖，称试样加铝盒的质量，准确至0.01g。
3. 揭开盒盖，将盒盖套在盒底下，一起放入烘箱，在100～105℃下烘至恒定质量。烘干时间对粘性土不得少于8 h，对砂性土不得少于6 h。对有机质超过5％的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘干。
4. 将烘干的试样与盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干样加铝盒的质量，准确至0.01g。
五、试验注意事项
1. 刚刚烘干的土样要等冷却后才称重；
2. 称重时精确至小数点后二位。
3. 本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。
含水率（%） |
＜10 |
10~40 |
＞40 |
允许平行差值（%） |
0.5 |
1.0 |
2.0 |
六、计算公式
按下式计算土的含水率：
(计算至0.1％)
式中：W－含水量；
－铝盒加湿土质量（g）；
－铝盒加干土质量（g）；
－铝盒质量（g）。
试验二 比重试验
一、试验目的
测定土粒的比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为其他土的物理力学试验(如颗粒分析的比重计法试验、压缩试验等)提供必需的数据。
二、试验方法
通常采用比重瓶法（适用于粒径小于5mm的各类土），在用比重瓶法测定土粒体积时，必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度，可用沸煮法或抽气法排除土内气体。所用的液体为蒸馏水。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性溶液，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时，必须采用抽气法排气。
三、仪器设备
1. 比重瓶容量100cm3或50cm3；
2. 分析天秤 感量0.001g，称量200g；
3. 砂浴（或可调电加热器）；
4. 真空抽气设备；
5. 温度计 测定范围0～50℃，精确至0.5℃；
6. 其他 恒温水槽；烘箱、蒸馏水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为5mm筛等。
四、操作步骤
1. 取有代表性的风干土样约100g，充分研散并全部过5mm的筛。将过筛风干土及洗净的比重瓶在100～105℃下烘干，取出后置于干燥器内冷却至室温称量后备用。
2. 将比重瓶烘干，冷却后称得瓶的质量。
3. 称烘干试样15g，经小漏斗装入比重瓶中，称得瓶加试样的质量。
4. 将已装有干试样的比重瓶，注蒸馏水至瓶的一半处，稍加摇动后放在砂浴上煮沸排气。煮沸时间自悬液沸腾时算起，粘土约1h，粉土、砂土约0.5h。煮沸时应注意不使土粒溢出瓶外。然后，将比重瓶取下冷却。
5. 将事先煮沸并冷却的蒸馏水注入瓶中，如是短颈比重瓶，应注水近满瓶，如是长颈瓶，注水至略低于刻度处，然后置于恒温水槽内（水温20℃），使瓶内外水温相同。
6. 取出比重瓶，用滴管加蒸馏水至满瓶（或刻度），擦干瓶表面，称得瓶、试样和水的总质量。
7. 倾去悬液，洗净比重瓶，注入与试验时同温度的煮沸过的蒸馏水近于满瓶（或刻度）然后放入恒温水槽15min，取出后用滴管加蒸馏水至满瓶（或刻度），擦干瓶表面，称得瓶及水的质量。
8. 用中性液体代替蒸馏水测定可溶盐、粘土矿物或有机质含量较高的土的土粒密度时，常用真空抽气法排除土中空气。抽气时真空度应接近0.101325MPa，从达到0.101325MPa时算起，抽气时间一般为1～2h，直至悬液内无气泡逸出为止，其余步骤同前。
五、试验注意事项
1. 煮沸（或抽气）排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，并防止煮干。必须将土中气体排尽，否则影响试验成果。
2. 必须使瓶中悬液与蒸馏水的温度一致。
3. 称量必须准确，必须将比重瓶外水分擦干。
4. 若用长颈式比重瓶，液体灌满比重瓶时，液面位置前后几次应一致，以弯液面下缘为准。
5. 本试验必须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。
六、计算公式
试样的密度（
），应按下式计算：
（精确至0.01g/cm3）
式中：ms—土粒的质量（g）；
m1—瓶加水加土的质量（g）；
m2—瓶加水的质量（g）；
—t℃时蒸馏水的密度（g/cm3）。
表1 不同温度时水的密度
水温℃ |
4.0～12.5 |
12.5～19.0 |
19.0~23.5 |
23.5~27.5 |
27.5~30.5 |
30.5~33.0 |
水的密度（g/cm3） |
1.000 |
0.999 |
0.998 |
0.997 |
0.996 |
0.995 |
试验三 界限含水量试验（液塑限联合测定法）
一、试验目的
细粒土由于含水量不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量；塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。
测定土的液限时含水量，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类以及估算地基土承载力等的一个依据；测定土的塑限，并与液限试验和含水量试验结合，来计算土的塑性指数和液性指数，作为粘性土的分类以及估算地基土承载力的一个依据。
二、试验方法
土的液限试验：采用锥式法。
土的塑限试验：采用搓条法。
土的液、塑限试验：采用液塑限联合测定法。
本次试验采用液塑限联合测定法（适用于粒径小于0.5mm颗粒组成及有机质含量不大于干土质量5%的土）。
三、仪器设备
1. 液、塑限联合测定仪：包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关；
2. 试样杯：直径40～50mm，高30～40mm；
3. 天平：称量200g，感量0.01g
4. 其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。
四、操作步骤
1. 本试验宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时应过0.5mm筛。
2. 当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g；采用风干试样时，取0.5mm筛下的
代表性土样200g，分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近
液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。
3. 将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面。
4. 将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。
5. 调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座、使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上），取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水率。
6. 按3～5的步骤分别测试其余2个试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。液塑限联合测定应不少于三点。
五、试验注意事项
1. 土样分层装杯时，注意土中不能留有空隙。
2. 每种含水率设三个测点，取平均值作为这种含水率所对应土的圆锥入土深度，如三
点下沉深度相差太大，则必须重新调试土样。
六、计算与制图
1. 计算含水量
(计算至0.1％)
式中 W－含水量；
－秤量盒加湿土质量（g）；
－秤量盒加干土质量（g）；
－秤量盒质量（g）。
2. 绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线
以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数纸上绘制h～w的关系曲线。如图1所示。
（1）三点连一条直线。
（2）当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。
（3）当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。
3. 确定液限、塑限
在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限WL；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限WP，以百分数表示，准确至0.1％。
4. 计算塑性指数和液性指数
塑性指数： 
液性指数： 
式中W、WL、WP分别为天然含水率、液限及塑限。
图1 圆锥入土深度与含水率关系图
