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1、精选优质文档-倾情为你奉上土力学学生实验指导书学 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 土木工程防灾减灾实验教学示范中心专心-专注-专业试验一 界限含水率试验1.实验目的和要求界限含水率试验的目的是测定土的液限、塑限，对黏性土进行工程分类，判断土的状态，供设计施工使用。本实验要求学生掌握液塑限联合测定仪的使用方法，并使用该仪器进行圆锥下沉深度的测试。能应用双对数坐标系采用作图的方法处理实验数据。2.实验原理对于同一种黏性土，土粒与土中水相互作用很显著，含水率的变化会产生力学性质的变化。黏性土随着土中含水率的不同，处于不同的状态。1911年瑞典科学家阿太堡（Atterberg）将土从液态
2、过渡到固态的过程分为流动状态、可塑状态、半固态、固态，并规定了各个界限含水率，称为阿太堡限度，分别为液限、塑限和缩限。土由可塑状态转为流动状态的界限含水率称为液限，用符号表示；土由可塑状态转为半固态的界限含水率称为塑限，用符号表示；土由半固态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应的界限含水率称为缩限，即土由半固态转为固态的界限含水率，用符号表示，低于缩限的土样含水率的减少不会引起土体积的缩小。所谓可塑状态，是指黏性土在某个含水率范围内，可用外力塑成任何形状而不产生裂纹，并且当外力移去后，仍能保持既得的形状，土的这种性能称为可塑性。液限和塑限为可塑状态的上限、下限含水率。土的界限
3、含水率决定于土的散布程度、颗粒形状、矿物成分以及填充于土的孔隙中的盐类成分和浓度，与土的生成条件有密切关系。界限含水率均用百分数表示，习惯上不带%符号。3.仪器设备1）电子天平：称量1000g，感量0.01g；2）烘箱：电热烘箱或温度能保持105110的其他能源的烘箱3）液、塑限联合测定仪：光电式4）试杯：内径为40mm，高度30mm5）其他：筛(孔径0.5 mm)、调土刀、调土皿、毛玻璃板、称量盒、研钵(附带橡皮头的研杵或橡皮板、木棒)干燥器、吸管、蒸馏水等。4.实验方法和操作4.1 土的含水率测定土的含水率是试样在105110下烘至恒重时所失去的水质量和干土质量的比值，用百分比表示。含水率
4、是土的基本物理性质指标之一，它是计算土的干重度、孔隙比、饱和度等必要指标，也是检测土工构筑物施工质量的重要指标。目前国内外测定含水率的方法有多种。但能确保质量，操作简便又能符合含水率定义的试验方法仍以烘干法为主。该方法是室内试验的标准方法，适用于有机质含量不超过干质量5%的土。采用烘干法测定土样含水率的步骤如下：1）称空的称量盒质量精确至0.01g；2）取具有代表性试样，粘性土为1520g，砂性土、有机土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，精确至0.01g。3）打开盒盖，将铝盒置入烘箱内，在105110的恒温下烘干 。烘干时间对粘性土不得少于8h，对于砂性土不得少于6h。对于含有
5、机质超过5%的土，应将温度控制在6570的恒温下烘干。4）将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称盒加干土质量，精确至 0.01g。 5）计算含水率： （1-1）式中： 土的含水量 （）； 水的质量（g）； 干土样的质量（g）。湿试样+盒质量（g）；干试样+盒质量（g）；空盒的质量（g）6）每份土样需进行两次平行测定，取其算术平均值作为该土样的含水率测定值。两次测定的差值不得大于下列数值：当含水率小于10%时为0.5%，当含水率大于10%小于或等于40%时为1%；当含水率大于40%时为2%。4.2圆锥法测液限1）土样制备：原则上采用具天然含水率的土样进行测定，当土样含水率较小
6、或因土样中含较多大于0.5mm的颗粒或较多的杂物时，可将土样风干研磨过0.5mm筛的土加蒸馏水调成均匀膏状，用玻璃板覆盖或放在盛水的干湿器中静止一昼夜，使水分浸透土样。2）将土样用调土刀充分调拌均匀后，分层装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样放在底座上。3）将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥仪手柄，保持锥体垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉入土中。放锥时要平稳,避免冲击。4）观察平衡锥下沉，放锥后约经5s，锥体入土深度恰好在10mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水率即为液限。5）若锥体入土深度超过或小
7、于10mm时，表示试样的含水率高于或低于液限，应该用小刀挖去粘有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在橡皮板或毛玻璃板上，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调边风干重新拌和，然后重复试验。直到椎体入土深度恰好为10mm为止。6）取出锥体，用小刀挖去粘有凡士林的土，然后取锥孔附近土样约1015g，放入称量盒内，测定其含水率，此时测出的含水率即为液限。4.3 搓条法测塑限塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水率，测定土的塑限的试验方法主要是滚搓法。滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径达3mm时产生裂缝并断裂，此时试样的含水率即为塑限。1）制备土样。取代表性天然含水率试样或
8、过0.5mm筛的代表性风干试样100g，放在盛土皿中加纯水拌匀，盖上湿布，静置24小时，使水分浸透。2）捏揉土样。将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，然后将试样捏扁，若出现裂缝，则表示其含水率已接近塑限。3）用手搓条。取接近塑限含水率的试样810g，先用手捏成手指大小的土团（椭圆形或球形），然后再放在毛玻璃上用手掌轻轻滚搓，滚搓时应以手掌均匀施压于土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动，在任何情况下土条不得有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度，在滚搓时不得从手掌下任何一边脱出。4）当土条搓至3mm直径时，表面产生许多裂缝，并开始断裂，此时试样的含水率即为塑限。若土条搓至3mm直径时，仍未产生裂缝
9、或断裂，表示试样的含水率高于塑限；或者土条直径在大于3mm时已开始断裂，表示试样的含水率低于塑限，都应重新取样进行试验。5）取直径3mm且有裂缝的土条35g，放入称量盒内，随即盖紧盒盖，测定土条的含水率，此时的含水率即为塑限。4.4 液塑限联合法测液限和塑限液、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm（或17mm）所对应的含水率即为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即塑限。该方法原理清晰、步骤简单，能快
10、速测定土的液、塑限。是目前实验室常用的测定土的液、塑限的方法。具体步骤如下：1）取有代表性的天然含水率或风干土样进行试验。如土中含大于0.5mm的颗粒或夹杂物较多时，可采用风干土样，用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎土块。试样必须反复研碎，过筛，直至将可的土块全部通过0.5mm的筛为止。2）取筛下土样200g左右，分开放入三个盛土皿中，用吸管加入不同数量的蒸馏水或自来水，土样的含水量分别控制在液限、塑限以上和它们的中间状态附近。用调土刀调匀，盖上湿布，放置18h以上。3）将制备好的土样充分搅拌均匀，分层装入土样试杯，用力压密，使空气逸出。对于较干的土样，应先充分搓揉，用调土刀反复压实。
11、试杯装满后，刮成与杯边齐平。4）接通电源，调平机身，打开开关，装上锥体。5）将装好的土样的试杯放在液塑限联合测定仪的升降座上，手推升降座上的拨杆，使试杯上升，土样表面和锥体刚好接触，指示灯亮起，停止转动拨杆，按测试键，同时锥体在自重作用下下沉，经5s后测读液晶显示器上显示的下沉深度，单位为mm。6）改变锥尖与土体接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm），重复上述步骤，测得锥体下沉深度值，允许误差为0.5mm。7）取椎体附近的试样不少于15g的土样两个，分别放入称量盒内，测定含水率。8）重复3）至7）步骤，对其它两个含水率的土样进行试验，测椎体的下沉深度和对应土样的含水率。液塑限联合测定应不
12、少于三点，圆锥下沉深度宜为34mm、79mm、1517mm。9）以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一条线上。当三点不在一条线上时，通过高含水率的点与其余两点连成两条直线，在下沉深度2mm处查得相应的2个含水率，当2个含水率的差值小于2%时，应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线。当两个含水率的差值大于等于2%时，应重做试验。10）在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限，查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限，查得下沉深度为17mm所对应的含水率为17mm液限，取值以百分数表示，准确至0.1%。11
13、）塑性指数应按下式计算： （1-2）式中：塑性指数； 液限（%）； 塑限（%）。12）液性指数应按下式计算： （1-3）式中：液性指数，计算至0.01； 天然含水率（%）； 5.注意事项1）含水率试验规定温度为105110，这是因为一方面取决于土的水理性质，另一方面参考国内外土工试验标准，多数以105110为其烘干温度。2）在进行含水率试验时，烘干后的试样应冷却后再称重，防止天平受热后影响称量精度，严重时会损坏天平，另外，还可以防止热土吸收空气中的水分。3）含有机质土在高温下经长时间烘干后，有机质特别是腐殖酸会在烘干过程中逐渐分解而不断损失，使测得的含水率比实际的含水率大，土中有机质含量越高误
14、差就越大。故本试验对有机质含量超过5%的土，并规定在6570的恒温下进行烘干。4）在界限含水率试验中，若使土变干些，只可在空气中晾干或用吹风机吹干，为加速水分蒸发，可以用调土刀搅拌或用手搓揉，绝不能加干土或用烈火烘烤。试验二 直接剪切试验1.实验目的和要求直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种方法。通常采用在同样深度取得的同一试样桶中的4个试样为一组，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪力进行剪切，求破坏时的剪应力，然后根据库伦定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角和黏聚力。该试验属于综合性试验，涉及库仑定律的验证、土的抗剪强度指标的测定等内容，是所有岩土工程必做的试验项目。该实验要求学生掌握直剪仪的使
15、用方法，并使用该仪器进行土体抗剪强度破坏值的测定；掌握采用作图法求土体的抗剪强度指标的方法。2.实验原理土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。测定土的抗剪强度，可以提供计算地基强度和地基稳定性的基本指标，即土的内聚力和内摩擦角。土的内摩擦角和内聚力与抗剪强度之间的关系由库仑公式表示： （2-1）直接剪切试验是目前工程实践中最广泛采用的一种。其实验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。这样，将同一制备的4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，得到其被破坏时的剪应力即为土的抗剪强度。然后根据库伦公式
16、确定土的抗剪强度指标内摩擦角和黏聚力。直接对试样施加剪力的设备叫直接剪力仪，常用的直接剪力仪根据施加剪应力的特点分为应力控制式和应变控制式两种。应力控制式是分级施加等量水平剪力于土样使之受剪，应变控制式是等速推动剪切容器使土样受剪。应力控制式施加砝码时易引起冲击力，已被逐渐淘汰，目前多以应变式控制为主。仪器的主要部件是剪切容器，由固定的上盒和活动的下盒（应变式）或固定的下盒与活动的上盒（应力式）等部件组成。试样置于上下盒之间，在试样上先施加预定的法向压力，然后以一定的速率分级施加水平力对试样进行剪切，直至试样被剪坏为止，此时在试样破坏面上因变形所产生的剪应力，可借助与上盒相接触的量力环的变形或
17、所加水平力与杠杆力臂比关系确定。为求得土的抗剪强度参数（），一般至少用45个试样，以同样的方法分别在不同的法向压力（、）的作用下测出相应的（、）的值，根据这些（、）值，即可在直角坐标图中绘出抗剪强度曲线。无论是饱和粘性土的抗剪强度试验，还是天然粘性土地基的加荷过程中，孔隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，需要一定的固结时间来完成。因此，土的固结过程，实质上也是土体强度不断增长的过程。对同一种土，即使在同一法向压力下，由于剪切前试样的固结过程和剪切试样的排水条件不同，其强度指标也是各异的，为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按剪切前的固结过程、剪切时的排水条件以及加荷快慢
18、情况，将直剪试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。（1）快剪法（或称不排水剪）快剪法就是在对试样施加法向压力和剪力时，都不允许试样产生排水固结。由于在直剪仪上下盒之间存在缝隙，要严格控制不排出一点水分是不可能的。为了尽量消除此种影响，一般在试样上放置不透水有机玻璃圆块代替透水石并在圆块周边涂抹凡士林，以阻止水分从孔隙中溢出。待施加预定的法向压力后，随即施加水平推力，并用较快的速度在35min内将试样剪坏。对于某些渗透性较强而又是高含水率低密度的土，如淤泥质软土等，甚至要求在3050s内剪损。此试验方法一般用来模拟现场土体的土层较厚，渗透性较小，施工速度较快，基本上来不及固结就加荷剪损的情况
19、。（2）固结快剪法先使试样在法向压力作用下达到完全固结，然后施加水平荷载进行剪切，在剪切时不让孔隙水排出，即不允许试样在剪切过程中发生固结，因此，在剪切时与快剪方法相同。固结快剪试验方法一般用来模拟现场土体在自重和正常荷载作用下已达到完全固结状态，以后又遇到突然施加荷载或因土层较薄、渗透性较小、施工速度较快的情况。（3）慢剪试验先使试样在法向压力下使之达到完全固结。根据土的渗透性大小，一般固结时间大致316h以上。之后使以慢速剪切，每次剪切历时14h左右。在每次施加水平荷重时，都得使土中水能充分排出，以消除其孔隙水压力影响，直至土样被剪坏为止。这种试验方法一般用来模拟现场土体充分固结后才开始逐
20、步缓慢地承受荷载的情况。一般工程的施工进度都不符和这种情况，所以在工程实际中较少直接采用。但此法所测得的强度指标可用于有效应力的分析。此外，由于无粘性土的渗透性大，即使快剪也会排水固结，所以规定对于无粘性土，可允许用一种剪切速率试验。对于正常固结的粘性土，无论在法向压力或剪应力作用下都是压缩的，所以在一般情况下，快剪的抗剪强度最小，固结快剪的抗剪强度增大，而慢剪的抗剪强度最大。3.仪器设备1）应变控制式控制直剪仪；2）环刀：内径61.8mm，高20mm；3）位移量测设：百分表。百分表量程应为10mm，分度值为0.01mm。4.实验操作步骤（1）试样制备：从原状土样中切取原状土试样，或制备给定干
21、密度和含水率的扰动土样，取相同条件下的试样45个，并测其密度，密度相差不大于0.03g/cm3。（2）检查仪器：1）检查竖向和横向传力杠杆是否水平，如不平衡，调节平衡锤使之水平；2）检查上下销钉和升降螺丝是否灵敏；3）检查百分表灵敏性；4）检查测力环两端是否与剪切容器和端承支点接触；将手轮逆时针方向旋转使推进器回到初始位置并与剪切容器脱离，然后将推进器的保险销拧开，检查螺母轮或蜗杆与螺丝槽有无脱离现象。（3）设定竖向压力：每组试验至少取4个样，在4种不同竖向压力下剪切，竖向压力由现场预期的最大压力决定。一般有两种加载方式，一种按照50kPa、100kPa、200kPa、300kPa加压，另一种
22、按照100kPa、200kPa、300kPa、400kPa加压。各垂直压力可一次轻轻施加，若土质松软，也可分次施加防止土样挤出。（4）试样安装与剪切（一）快剪试验1）对准上、下盒，插入固定销,以防止装样时上下盒错动。在下盒不透水板上放一张蜡纸（快剪不允许排水），将带试样的环刀平口向下，刃口向上，对准上盒盒口，在试样上面依次放蜡纸、洁净的不透水板和承压盖，然后垂直下压，将土样慢慢推入盒内，移去环刀。2）将剪切盒放到剪力仪架上，并将加压框架中心对准承压盖上顶珠。安装垂直位移量表，在量力环内安装百分表，然后顺时针方向徐徐转动手轮，直至量力环上量表指针突然微动，说明此时剪切盒与量力环已接触，手轮停止转
23、动，调整百分表读数为零。3）施加第一级竖向压力，拔去销钉，立即进行剪切（注意：剪切前一定要拔去销钉）。4）开始剪切，手轮以46r/min的均匀速率转动，每转2周测记量力环读数一次，直至量力环读数出现峰值（表针来回摆动或开始后退），说明此时试样已剪坏，记下峰值读数，继续剪切，一般剪至剪切变形达到4mm，若量力环读数继续增加，则剪切位移应达到6mm为止，停止剪切。5）剪切结束，反转手轮，卸去荷载，移去加压框架，取出剪切盒，观察剪切面破坏情况，并进行描述。6）另装试样，重复以上步骤，测定其他三种竖向压力下的抗剪强度。（二）固结快剪试验1）按快剪试验方法进行试样安装，但试样上下面的不透水纸改放湿滤纸和
24、洁净湿润的透水石；2）如系饱和试样，则在施加竖向压力5min后，往剪切盒水槽内注满水；如系非饱和土，仅在活塞周围包以湿棉花，防止水分蒸发；3）在试样上施加预定的竖向压力后，测记垂直变形读数。如每小时垂直变形读数变化不超过0.005mm，认为已达到固结稳定。4）试样达到固结稳定后，按快剪试样方法第3）6）要求进行剪切。（三）慢剪试验1）按快剪试验方式第1）条要求进行试样安装，按固结快剪试样方法第1）3）条要求进行试样固结。待试样固结后进行剪切，剪切速率应小于0.02mm/min，也可估算剪切破坏时间： （2-2）式中：达到破坏所经历的时间；固结度达到50%的时间2）剪坏标准按照快剪试验方法的第4
25、）条的规定选取3）剪切结束后，吸取剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力，垂直加压矿建、承压盖等；（5）计算剪切位移： （2-3）式中：剪切位移，0.01mm；量力环内百分表读数，0.01mm；手轮转数。（6）计算剪应力 （2-4）式中：剪应力，kPa；量力环率定系数，kPa/0.01mm（7）绘制剪应力与剪切位移关系曲线以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线，取曲线上剪应力的峰值或稳定值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。（8）求土的黏聚力及内摩擦角以抗剪强度为纵坐标，竖向压力为横坐标，绘出数据点。如这些数据点在一条直线上，直线的倾角即
26、为内摩擦角（），直线在纵坐标上的截距为内聚力（）；如果这些数据点不在一条近似的直线上，可按相邻的三点连接成两个三角形，分别得到两个三角形的重心，然后将两重心连成一直线，直线的倾角即为内摩擦角（），直线在纵坐标上的截距为内聚力（）。5.注意事项1）直剪试验方法的适用性快剪试验、固结快剪试验一般用于渗透系数小于10-6 cm/s的粘性土，而慢剪试验则对渗透系数无要求。对于砂性土一般用固结快剪的方法进行。2）加荷方法与固结标准对于正常固结土，一般在荷载100400kPa的作用下，可以认为符合库仑公式。如果在试验时，已可以确定现场预期的最大压力，则四个试验的垂直压力为：第一个是预期的最大压力，第二个为
27、比预期压力大的压力，第三第四个则小于预期的最大压力，而且这四级垂直压力的级差要大致相等。如果在试验时确定不了预期的最大压力，仍可用100，200，300，400kPa四级垂直压力。3）转动手轮施加水平剪应力前，应检查销钉是否拔下，拔下销钉后再进行剪切。4）手轮转动应均匀，不能忽快忽慢，尤其在接近破坏时会影响试验结果。5）每组几个试样应在同一层土上，密度不应超过允许误差。6）同一组试验最好在一台仪器中进行，以消除仪器误差。7）加砝码时应稳妥、避免振动。试验三 击实试验1.实验目的和要求击实试验的目的是测定试样在一定击实次数下或某种压实功能下的含水率与干密度之间的关系，从而确定土的最大干密度和最优
28、含水率，为施工控制填土密度提供设计依据。该实验属于综合性设计性实验，涉及土的天然含水率的测定、土的天然密度的测定、土的最大干密度的测定以及土的最优含水率的测定，是道路工程和铁路工程等其他填方工程的必做项目。该实验要求学生能够根据土样基本条件，预估土体的最大干密度和最优含水率；计算每个土样的加水量，并进行拌合；能够使用手动击实仪按照规范规定的要求对土样进行击实；完成测试土样的密度和含水率；并采用作图法，确定土样的最大干密度和最优含水率。2.实验原理在工程建设中，经常会遇到填土或松软地基，为了改善这些土的工程性质，常采用压实的方法使土变得密实。击实试验就是模拟施工现场压实条件，采用锤击方法使土体密
29、度增大、强度提高、沉降变小的一种试验方法。土在一定的击实效应下，如果含水率不同，则所得的密度也不相同，击实试验的目的是测定试样在一定击实次数下或某种压实功能下的含水率与干密度之间的关系，从而确定土的最大干密度和最优含水率，为施工控制填土密度提供设计依据。土由形状各异，大小不同的砂、粉土、黏土的颗粒所组成，土粒间存在着不少的孔隙，为水和空气所占有。压实的目的，是使土的颗粒重新组织，土中水和空气的含量发生变化，尽量自孔隙中溢出，并使包着的土颗粒互相靠拢，小颗粒挤入大颗粒的孔隙间得到最大的干密度。土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有着密切的关系，当压实功能和压实方法不变时，土的干密度先是随着含
30、水率的增加而增加，但当干密度达到某一最大值后，含水率的增加反而使干密度减小。能使土达到最大密度的含水率，称为最优含水率（或称最佳含水率），其相应的干密度称为最大干密度。土的压实特性与土的组成结构、土粒的表面现象、毛细管压力、孔隙水和孔隙气压力等均有关系，所以因素是复杂的。压实作用使土块变形和结构调整并密实，在松散湿土的含水率处于偏干状态时，由于粒间引力使土保持比较疏松的凝聚结构，土中孔隙大都相互连通，水少而气多。因此，在一定的外部压实功能作用下，虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于较薄的强结合水水膜润滑作用不明显，以及外部功能不足以克服粒间引力，土粒相对移动便不显著，所以压实效果就比
31、较差。当含水率逐渐加大时，水膜变厚、土块变软，粒间引力减弱，施以外部压实功能则土粒移动，加上水膜的润滑作用，压实效果渐佳。在最优含水率附近时，土中所含的水量最有利于土粒受击时发生相对移动，以致能达到最大干密度；当含水率再增加到偏湿状态时，孔隙中出现了自由水，击实时不可能使土中多余的水和气体排出，而孔隙压力升高却更为显著，抵消了部分击实功，击实功效反而下降。在排水不畅的情况下，经过多次的反复击实，甚至会导致土体密度不加大而土体结构被破坏的结果，出现工程上所谓的“橡皮土”现象。对压实过程机理的阐明包括毛管润滑理论、薄膜水作用理论、孔隙水压力理论以及表面物理化学理论等，其中以薄膜水作用理论最为常用。
32、薄膜水作用理论认为：含水率较小时，土粒由薄膜水包围，有较大的剪切阻力，击实时干密度低；当含水率增加，薄膜变厚，剪切阻力变小，干密度可达到最大；至增加到某一含水率，增加的自由水和封闭的气体充满土孔隙，因而干密度反随含水率增大而减小。用击实试验模拟现场土的压实，这是一种半经验的方法，由于现场土的压实与室内击实试验有着不同的工作条件，两者之间的关系是根据工程实践经验求得的，因此往往一个国家的不同部门就有着不同的击实试验方法和仪器，其试验标准也不同。由于击实试验在我国交通、水利部门应用较多，因此本实验结合国标和交通部门的技术标准来说明击实实验的相关内容。与国标相比，交通部门的各技术指标和试验方法差别不
33、大。表3-1列出了我国国标和交通部门的击实试验方法和设备的主要技术参数。表3-2列出了我国一般粘性土的最大干密度和最优含水率的经验值，可供试验时参考。对于细粒土，可参考塑限估计最优含水率，一般较塑限约小36%，对于砂性土接近3%，对于粘性土约为6%。表3-1 击实试验方法种类技术标准实验方法类别锤底直径cm锤重kg落高cm 试筒尺寸层数每层击数击实功kJ/m3最大粒径内径cm高cm容积cm3国标轻型5.12.530.510.211.6948325591.65重型5.14.545.715.211.621055562682.740交通部轻型法-152.5301012.799732759825-25
34、2.53015.21221773529838重型法-154.5451012.7997527268725-254.54515.2122177559268719-354.54515.2122177398267738表3-2 最大干密度和最优含水率经验值塑性指数最大干密度 (g/cm)最优含水率 (%)1.851310141.751.85131514171.701.75151717201.651.70171920221.601.6519213.仪器设备1）标准击实仪；2）烘箱及干燥器；3）天平（感量0.01g）4）台秤；（称量10kg，感量1g）；5）圆孔筛（孔径38mm，25mm，19mm和5mm
35、各一个）；6）拌和工具；7）其他：喷水设备，碾土器，盛土盘，量筒，推土器，铝盒，修土刀，平直尺等。4.实验方法和操作（1）制备土样。将具有代表性风干土样，或在低于60温度下烘干的土样，放在橡皮板上用木碾碾散，过5mm筛（轻型击实试验）或过20mm的筛（重型击实试验），将筛下的土样拌匀，并测定土样的风干含水率。（2）预估含水率。根据土的塑限预估最优含水率，加水湿润制备不少于5个含水率的试样，含水率依次相差为2%，且其中有2个含水率大于塑限，2个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限。用式（3-1）计算各个试样所需的加水量 （3-1）式中：所需的加水量，g； 风干土样的含水率，%； 风干土样的质量，g
36、； 要求达到的含水率，%；（3）配置土样，按预定含水率制备试样。取土样约2.5kg，平铺于不吸水平板上，用喷壶均匀喷洒预定的水量，充分拌匀，装入密闭容器中浸润。（4）装样击实，在进行击实试验之前，称量击实筒空筒质量。然后将击实筒固定在底座上，装好护筒，将拌好的土样分层装入击实筒内，对于轻型击实试验，分3层；对于重型击实试验，分5层，两层接触面应刨毛。每层所击击数根据所选定的参数进行，可参照表3-1。击实时，提起击锤与导筒顶接触后，使其自由垂直下落，每次锤击时应挪动击锤，使锤迹均匀分布在土面。击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。（5）用击实筒法测定土样密度。用削土刀小心沿护筒壁与土的
37、接触面划开，转动并取下护筒，注意勿将击实筒内土样带出，沿筒顶细心削平试样，拆除底板，如试样底面超出筒外，亦应削平，然后擦净试筒外壁，称出筒加土质量。采用击实筒法测定土样密度。 （3-2）式中：击实筒的体积，cm3；（6）用环刀法测定土样密度。用推土器将土样推出击实筒，准备2个直径为79.8mm，高度为20mm的环刀，称其单个质量，将环刀的刀口向下放在土样上面，用手将环刀垂直往下压，边压边用削土刀将环刀外侧的土往下削，直到土样完全装满环刀，截断土样，要求土样表面与环刀刀口平齐，削去两端余土。同样另外1个环刀也削入土样，分别称环刀与湿土的质量。按照公式（3-2）计算土样密度，式中的为环刀的体积。最
38、后，取2个环刀测定的密度的平均值作为该土样的密度，要求两个环刀测出的密度值应小于0.03g/cm3。否则，重新做实验。（7）烘干法测试土样含水率：从试样中心位置处取2个一定量的土样，测定含水率，2个土样的含水率的差值应不大于1%。（8）改变土样的含水率，按（2）步骤条预估的含水率，配置土样，按（2）（7）步完成其他4份土样的击实及密度和含水率的测试。（9）计算击实后的土样干密度：按式（3-3）计算击实后试样的干密度 （3-3）式中：干密度（g/cm3）准确至0.01g/cm3； 土样密度（g/cm3）；土样含水率，%（10）绘制关系曲线以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度和含水率的击实
39、曲线。曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最优含水率。如曲线不能绘出明显峰值点，应进行补点或重做。（11）计算饱和含水率 （3-4）式中：饱和含水率（%）； 土粒比重5.注意事项1）试验用土。一般采用风干土做试验，也有采用烘干土做试验的。实践证明，用烘干土做试验得到的最优含水率比用风干土试验小，而最大干容重则偏大。故以风干土做击实试验为合理。2）加水及浸润：加水方法有两种，及体积控制法和称重控制法，以称重法效果为好。洒水应均匀，浸润时间应符合有关规定。3）击实筒一般放在坚硬地面上或坚硬石头上进行试验。4）击实容器中的余土高度越大，其最大干密度有偏小的趋势。所以应控制余土高度符合试验规定，
40、否则试验作废。5）对于小于5的细粒土，可用单层法进行击实试验，但试筒中应放入垫块。6）超尺寸颗粒的校正：当试样中大于规定最大粒径的超尺寸颗粒的含量为530%时，按下式对试验所得的最大干密度和最优含水率进行校正（超尺寸的颗粒含量小于5%时，可不进行校正）。最大干密度按下式校正： （3-5）式中： 校正后的最大干密度(g/cm) 粒径大于5mm土的质量百分数（%）； 粒径大于5mm土粒的饱和面干比重，饱和面干比重是指当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量与相当于土粒总体积的纯水4。时质量的比值。 最优含水率按下式校正： （3-6）式中：校正后的最优含水率（%）； 超尺寸颗粒的吸水量（%）。试验所得的最优含水率（%）； 7）试验效果检验：检查击实试验曲线的右方是否与无空气饱和曲线接近平行且所有试验点均应在饱和曲线左边。其次，在同一规定击实标准下，级配不均匀的土所得的曲线较陡，土的密度越大；级配均匀的土所得的曲线平缓，土的密度小。一般的，土的塑性指数越高，其最大干密度愈小。