3.2.2 尾矿的渗透特性
影响上游法筑坝尾矿库安全稳定性的诸多因素中，尾矿库的渗流状态是最重要的因素之一。只有深入分析尾矿库的渗流状态，才能确定合理的筑坝工程指标，选择合适的排渗方案，从而保证尾矿库的安全[65,73,74]。
目前，国内外对尾矿库进行渗流分析时很少考虑尾矿的渗透系数随填埋位置和时间的变化。近代土力学的研究表明，土的渗透特性与土中孔隙的多少和孔隙的分布情况密切相关。随着尾矿的排放，下部堆积尾矿的上覆土压力逐渐增加。在上覆土压力的作用下，尾矿将逐渐排水固结，随着固结的进行，尾矿孔隙比逐渐减小，而孔隙比的减小必然引起渗透系数的变化。堆积尾矿的渗透系数与上部固结压力和孔隙比之间存在何种关系是一个值得探讨的问题[75-76]。本文通过室内试验的方法，研究不同固结压力和孔隙比条件下各类尾矿的渗透系数变化情况，从而为尾矿库渗流稳定性分析提供科学依据。
（1）固结—渗透联合测定装置说明
①固结—渗透联合测定装置构造说明
现有技术中进行土样渗透试验主要仪器为《土工试验方法标准》[68]（GB/T50123-1999）中所述的“常水头渗透试验”中的常水头渗透仪和“变水头渗透试验”中的变水头渗透仪。上述仪器仅能进行单纯的渗透试验，但无法定量并均匀施加固结压力，因此很难精确得到孔隙比，导致试验数据不准确。
针对目前常见渗透试验装置存在的不足，为了减少同一试验中相同土样的制备数量和消除同一试验相同土样在制备过程中产生的误差，作者在70型渗透仪的基础上进行了合理改进，自行研制了固结—渗透联合测定装置，该装置不仅实现了定量、均匀施加固结压力，精确测定单一固结压力下的渗透系数的基本目的，而且实现了针对一个土样可以连续精确测定不同固结压力条件下土样的渗透系数，得到固结压力—孔隙比—渗透系数的定量变化规律，弥补了普通渗透装置由于无法定量、均匀施加固结压力，导致无法精确测定固结压力条件下土样的渗透系数，同时也不能连续测定不同固结压力下土样渗透系数的不足，提高了固结压力下渗透系数的测量精度而且大大减少了测定不同固结压力条件下土样渗透性的试验次数，该参数精度的提高使相关问题的研究更贴近实际。
固结—渗透联合测定装置的详细构造如图3.6所示：
图3.6 固结—渗透联合测定装置示意图 Fig. 3.6 Schematic plot of Osmotic Oedometer
固结—渗透联合测定装置构造说明：本装置的溢水孔亦是测量孔。通过加压活塞可以改变土样所承受的轴向荷载，加压活塞与加压筒的筒壁之间有间隙，水可在加压活塞与加压筒筒壁之间自由流动。
②试验方法：
a.将透水石放入加压筒的底部，在透水石上放一层滤纸并将土样放入加压筒的内腔中，在土样上再放一层滤纸，放上透水石并在透水石上放上加压活塞；
b.在支架两边分别安装1个百分表，并使两个百分表的触头分别顶在加压筒的上表面，在进水口上安装进水管，在溢水孔上安装流量计或在溢水孔外设置量筒，将本装置安装在固结试验台上；
c.通过安装在进水口上的进水管向加压筒内注水，使土样排气、饱和；
d.通过固结试验台施加一定的固结压力来模拟试样的不同压力状态，通过百分表读取土样的轴向变形量，当土样变形稳定时，测定渗透系数；
e.通过固结试验台改变固结压力，再次进行其他固结压力条件下的渗透试验。
（2）不同固结压力条件下尾矿固结渗透试验
①实验内容：使用固结—渗透联合测定装置采用常水头法分别测定阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿及混合尾矿、分层尾矿在0 kPa 、32.5 kPa 、65 kPa 、130 kPa 、260 kPa 、390 kPa 、780 kPa 、1170 kPa 八级固结压力下的渗透系数，每施加一级荷载后需等待沉降稳定后再测量其渗透系数，每个渗透系数测两次，固结稳定的
1—加压活塞； 2—加压筒； 3—进水口； 4—溢水孔； 5—支架； 6—透水石； 7—滤纸； 8—土样； 9—量筒。.
判别标准为每小时沉降量小于0.01 mm。取两次测量值的平均值作为该级荷载下的渗透系数。为了减小试验误差，所有试验均在常温下进行。
②砂类尾矿固结—渗透试验方法：砂类尾矿渗透系数很大，因此为避免由于透水石渗透系数小于砂类尾矿渗透系数而造成的测量结果错误，采用金属网代替透水石，并在金属网上边铺上一层粗砂代替滤纸作为反滤层来进行砂类尾矿的固结—渗透试验。
修正各砂类尾矿的实际固结数据，以消除两端反滤层及金属网压缩变形对试验结果的影响，得到不同固结压力条件下砂类尾矿的实际单位沉降量和孔隙比。
图 3.7 固结—渗透联合测定装置图 3.8 尾矿的固结—渗透联合试验
Fig. 3.7 Osmotic Oedometer Fig. 3.8 Osmotic Oedometer test of tailings
③阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿的渗透试验结果及分析
阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿，不同固结压力条件下孔隙比数据如表3.8
所示：
表3.8 阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿在各固结压力下的孔隙比数据 Tab. 3.8 Void ratio datas of all types of tailings under consolidation pressures
固结压力/kPa 孔隙比e
阿哈来 尾细砂 阿哈来 尾粉砂 阿哈来 尾粉土 阿哈来 原尾矿 同乃 尾粉砂 同乃 尾粉土 同乃 原尾矿 0 0.851 0.849 1.529 0.839 0.993 1.145 1.021 32.5 0.846 0.836 1.513 0.875 0.924 1.032 0.946 65 0.839 0.829 1.5 0.862 0.847 0.968 0.889 130 0.832 0.818 1.489 0.856 0.758 0.934 0.848 260 0.821 0.8 1.471 0.84 0.683 0.897 0.763 390 0.814 0.789 1.459 0.825 0.659 0.853 0.734 780 0.801 0.778 1.438 0.801 0.614 0.821 0.702 1170
0.784
0.769
1.424
0.797
0.598
0.782
0.679
根据表3.8绘制阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿孔隙比与固结压力关系曲线，如图3.9、3.10所示：
阿哈来原尾矿
孔
隙比e
固结压力P（kpa）
图3.9 阿哈来尾矿库各类型尾矿的e p -关系
Fig. 3.9 Relationship of e p - of all types of the A halai tailings
100
200
300
400
500
600
700
800
9001000110012001300
0.50
0.550.600.650.700.750.800.850.90
0.951.001.051.101.15孔隙比e
固结压力P（kpa）
图3.10同乃尾矿库各类型尾矿的e p -关系
Fig. 3.10 Relationship of e p - of all types of the Tong nai tailings
当固结压力增大时，各种尾矿试样的压缩规律与前面的压缩特性规律相近，但因有持续水流的作用，其结果有细微的差别，体现在阿哈来原尾矿和同乃尾粉土试样上，其孔隙比随固结压力的增大变化梯度稍大，阿哈来尾粉砂的最终孔隙比最小。
不同固结压力条件下尾矿土样渗透系数数据如表3.9所示：
表3.9 阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿在不同固结压力下的渗透系数数据 Tab. 3.9 Permeability coefficient datas of all types of tailings under consolidation pressures 固结压力/kPa 渗透系数/(10-2cm/s)
阿哈来 尾细砂 阿哈来 尾粉砂 阿哈来 尾粉土 阿哈来 原尾矿 同乃 尾粉砂 同乃 尾粉土 同乃 原尾矿 0 6.29 9.2 0.0891 0.58 0.095 0.0053 0.0065 32.5 6.19 8.18 0.0746 0.5 0.084 0.0042 0.0056 65 6.015 7.68 0.0669 0.42 0.077 0.0039 0.0052 130 5.804 6.98 0.0616 0.37 0.072 0.0037 0.0049 260 5.65 6.56 0.0565 0.34 0.068 0.0035 0.0047 390 5.54 6.31 0.0529 0.32 0.067 0.0032 0.0045 780 5.41 5.78 0.0486 0.3 0.066 0.0031 0.0044 1170
5.33
5.46
0.0465
0.29
0.065
0.0029
0.0043
根据数据表3.9绘制阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿渗透系数与固结压力关系曲线图3.11、3.12：
1300
0.0
1.0x10
-2
2.0x10-2
3.0x10-2
4.0x10-2
5.0x10-2
6.0x10-2
7.0x10
-2
8.0x10-2
9.0x10-2
渗透系数k （c m /s ）
固结压力（KPa）
图3.11 阿哈来尾矿库各类型尾矿k p -关系 Fig. 3.11 Relationship of k p - of all types of the A halai tailings
渗透系数k （c m /s ）
固结压力P（KPa）
图3.12 同乃尾矿库各类型尾矿k p -关系 Fig. 3.12 Relationship of k p - of all types of the Tong nai tailings
阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿试样渗透系数与孔隙比的相关关系，如表3.10所示：
表3.10 阿哈来、同乃各类型尾矿渗透系数与孔隙比的关系数据 阿哈
来
尾细砂
孔隙比e 0.851
0.846 0.839 0.832 0.821 0.814 0.801 0.784 渗透系数k
（10-2 cm/s ） 6.29 6.19
6.015
5.804
5.65
5.54
5.41
5.33
阿哈来 尾粉砂
孔隙比e 0.849 0.836 0.829 0.818 0.800 0.789 0.778 0.769 渗透系数k （10-2 cm/s ） 9.2 8.18
7.68
6.98
6.56
6.31
5.78
5.46
阿哈来 尾粉土
孔隙比e 1.529 1.513 1.500 1.489 1.471 1.459 1.438 1.424 渗透系数k （10-2 cm/s ） 0.0891 0.0746
0.0669
0.0616
0.0565
0.0529
0.0486
0.0465
阿哈来 原尾矿 孔隙比e 0.839 0.875 0.862 0.856 0.840 0.825 0.801 0.797 渗透系数k （10-2 cm/s ） 0.58
0.5
0.42
0.37
0.34
0.32
0.3
0.29
尾粉砂
渗透系数k （10-2
cm/s ） 0.095
0.084 0.077 0.072 0.068 0.067 0.066 0.065
同乃 尾粉土 孔隙比e 1.145 1.032 0.968 0.934 0.897 0.853 0.821 0.782 渗透系数k （10-2cm/s ） 0.005
3
0.0042
0.0039
0.0037
0.0035
0.0032
0.0031
0.0029
同乃 原尾矿
孔隙比e 1.021 0.946 0.889 0.848 0.763 0.734 0.702 0.679 渗透系数k （10-2 cm/s ）
0.0065
0.0056
0.0052
0.0049
0.0047
0.0045
0.0044
0.0043
根据表3.10中阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿渗透系数与孔隙比的关系作各尾矿土样的渗透系数与孔隙比的关系曲线，如图3.13~3.19所示：
1.0x10
2.0x10
3.0x10
4.0x10
5.0x10
6.0x10
渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.13 阿哈来尾细砂k e -关系
Fig. 3.13 Relationship of k e - of the A halai fine sand tailings
5.0x10
1.0x10
1.5x10
2.0x10
2.5x10
3.0x10
3.5x10
4.0x10
4.5x10
5.0x10
5.5x10
6.0x10
6.5x10
7.0x10
7.5x10
8.0x10
8.5x10
9.0x10
9.5x10
渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.14 阿哈来尾粉砂k e -关系
Fig. 3.14 Relationship of k e - of the A halai fine silty sand tailings
5.0x10
1.0x10
1.5x10
2.0x10
2.5x10
3.0x10
3.5x10
4.0x10
4.5x10
5.0x10
5.5x10
6.0x10
6.5x10
7.0x10
7.5x10
8.0x10
8.5x10
9.0x10
9.5x10
渗透系
数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.15 阿哈来尾粉土k e -关系
Fig. 3.15 Relationship of k e - of the A halai silty soil tailings
0.90
0.88
0.86
0.84
0.82
0.80
0.78
0.76
0.0
5.0x10
-4
1.0x10-3
1.5x10-3
2.0x10-3
2.5x10-3
3.0x10-3
3.5x10-3
4.0x10-3
4.5x10
-35.0x10-3
5.5x10-3
6.0x10-3
渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.16 阿哈来原尾矿
k e -关系 Fig. 3.16 Relationship of k e - of the A halai original tailings
5.0x10
1.0x10
1.5x10
2.0x10
2.5x10
3.0x10
3.5x10
4.0x10
4.5x10
5.0x10
5.5x10
6.0x10
6.5x10
7.0x10
7.5x10
8.0x10
8.5x10
9.0x10
9.5x10
渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.17 同乃尾粉砂k e -关系
Fig. 3.17 Relationship of k e - of the Tong nai silty sand tailings
5.0x10
1.0x101.5x10
2.0x102.5x10
3.0x103.5x10
4.0x10
4.5x10
5.0x105.5x10渗
透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.18 同乃尾粉土k e -关系
Fig. 3.18 Relationship of k e - of the Tong nai silty soil tailings
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65
0.0
5.0x10
-6
1.0x10-51.5x10-5
2.0x10-52.5x10-5
3.0x10-53.5x10-5
4.0x10-54.5x10-5
5.0x10
-55.5x10-56.0x10-56.5x10-5
渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.19 同乃原尾矿
k e -关系
Fig. 3.19 Relationship of k e - of the Tong nai original tailings
由图3.13～3.19可知，阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿的渗透系数均随着孔隙比的减小而减小，但是减小的程度不同，其中的阿哈来尾粉土、阿哈来原尾矿、同乃尾粉土减小了1倍左右。在孔隙比减小的初期阶段，各尾矿的渗透系数减小较快，而在孔隙比减小的后期阶段，阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿的渗透系数减小速度放缓。对于阿哈来尾矿库，尾粉砂的最初渗透系数最大，但随着孔隙比减小其渗透系数的下降速度却最快，最终的渗透系数小于尾细砂的渗透系数；尾粉土的渗透系数小于原尾矿的渗透系数，两者相差近1个数量级；原尾矿的渗透系数小于尾粉砂的渗透系数，也相差近1个数量级。对于同乃尾矿库，尾粉砂的渗透系数最大，原尾矿的次之，尾粉土的最小，尾粉砂的最终渗透系数是尾粉土的约20倍。
根据《水利水电工程地质勘察规范》[77]可知阿哈来尾粉土和阿哈来原尾矿为中等透水，阿哈来尾细砂和阿哈来尾粉砂为强透水；同乃尾粉砂为中等透水，同乃原尾矿和同乃尾粉土为弱透水。
④渗透系数随孔隙比的变化规律
《公路土工试验规程》[78]中认为很多砂类土的渗透系数k 与孔隙比e 的关系服从幂函数曲线关系。王崇淦[17]在其研究成果中验证了该规律。本文将各类尾矿的渗透系数k 与孔隙比e 的试验数据拟合为幂函数曲线关系，如a k Ce =的形式，拟合效果不理想。
欧孝夺[73]在其研究成果中认为所研究的尾矿砂土渗透系数和孔隙比可拟合为对数函数曲线关系。本文也尝试将铁尾矿的渗透系数k 与孔隙比e 的关系拟合为对数函数曲线关系，如12()k C Ln e C =+的形式，拟合效果也不是很理想。
经多次尝试后，发现渗透系数随孔隙比的变化符合高斯曲线关系，且曲线十分平滑，拟合效果良好，如图3.13~3.19所示。
其拟合关系式如下：
阿哈来尾细砂k e -曲线拟合方程：
()()()(
)
22
083.09.04083.00022.02053.0+-???+=e k π
（3.13）
阿哈来尾粉砂k e -曲线拟合方程：
()()()(
)
2
20221.0066.140221.0082.02048.0+-???+=e k π
（3.14）
阿哈来尾粉土k e -曲线拟合方程：
()()()(
)
2
2
197.0732.14197.0009.020004.0+-???+=e k π
（3.15）
阿哈来原尾矿k e -曲线拟合方程：
()()()(
)
22
057.0901.04057.00002.02003
.0+-???+=e k π
（3.16）
同乃尾粉砂k e -曲线拟合方程：
()()()(
)2
2
813.0829.14813.0003.020006.0+-???+=e k π
（3.17）
同乃尾粉土k e -曲线拟合方程：
()()()
(
)2
2
061.197.14061.100014.0200002.0+-???+=e k π
（3.18）
同乃原尾矿k e -曲线拟合方程：
()()()
(
)
2
2
663.0178.24663.00006.02000007.0+-???+=e k π
（3.19）
另外本文采用罗伦斯曲线拟合后的效果也比较理想。即阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿在固结压缩过程中渗透系数随孔隙比的变化规律符合高斯曲线、罗伦斯曲线规律，同时说明试验方法的改进增加了数据精度，使固结压力—孔隙比—渗透系数之间的关系更符合实际。此规律的获得可为尾矿库渗流和稳定性分析提供可靠依据。
试验中得到的两种尾粉土的固结渗透试验结果与一般砂的特性类似，而与一般的黏性土不同，这是因为尾粉土的结构情况与一般的黏性土具有很大差别。因为形成的时间较短，尾粉土中的黏粒含量相对较少，且尾粉土黏粒的颗粒大小比黏性土黏粒要大得多，因此在黏粒的概念上与一般黏性土的黏粒有区别，黏性土的微细颗粒能形成絮状结构而尾粉土的微细颗粒无法形成这种絮状结构。
（3）混合尾矿、分层尾矿固结—渗透试验 ①试验方法
本次试验仍采用自制的固结—渗透联合测定装置测定在不同固结压力下的混合尾矿、分层尾矿的渗透系数，按照前面3.2.1节中所述的质量比称取各级尾矿共300 g ，因为固结—渗透试验是由下部进水，所以将各级土样装填顺序调整为：下面一层为最细层，由下至上越来越粗，在最上层以上和最底层以下各加一层大于上下两层尾矿试样渗透系数的反滤层。本次试验采用的压力级别分别为：0 kPa 、32.5 kPa 、65 kPa 、130 kPa 、260 kPa 、390 kPa 、780 kPa 。试验步骤按照《土工试验方法标准》[68]的要求进行。
②混合尾矿与分层尾矿的渗透特性
a.阿哈来混合尾矿和分层尾矿的固结—渗透特性比较分析
在持续水流的作用下，两种阿哈来尾矿的孔隙比与固结压力的关系如表3.11所示：
表3.11 阿哈来混合尾矿和分层尾矿的孔隙比与固结压力关系数据
Tab. 3.11 Datas of void ratio and consolidation pressure of the A halai mixed tailings
and layered tailings
固结压力/kPa
孔隙比e
阿哈来混合尾矿
阿哈来分层尾矿
0 1.34 1.43 32.5 1.30 1.36 65 1.25 1.30 130 1.19 1.25 260 1.12 1.21 390 1.07 1.17 由试验数据绘制图形，得出各固结压力条件下阿哈来混合尾矿和分层尾矿试样孔隙比的变化规律，如图3.20所示：
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1.00
1.051.101.151.201.251.30
1.351.40
1.45孔隙比e
固结压力P（kpa）
图3.20 阿哈来混合尾矿和分层尾矿的e p -关系
Fig. 3.20 Relationship of e p - of the A halai mixed tailings and layered tailings
试验得出的不同固结压力条件下阿哈来混合尾矿和分层尾矿试样的渗透系数如表3.12所示：
表3.12 阿哈来混合尾矿和分层尾矿的渗透系数与固结压力关系数据 Tab. 3.12 Datas of permeability coefficient and consolidation pressure of the A halai mixed
tailings and layered tailings
固结压力/kPa
渗透系数/(10-5cm/s)
阿哈来混合尾矿
阿哈来分层尾矿
6.7
9.2
32.5 5.3 4.3 65 4.2 3.1 130 3.25 1.8 260 2.4 1.1 390 1.9 0.86 780 1.6 0.69
根据数据表3.12绘制阿哈来混合尾矿和分层尾矿渗透系数与固结压力关系曲线，如图3.21所示：
1.0x10
2.0x10
3.0x10
4.0x10
5.0x10
6.0x10
7.0x10
8.0x10
9.0x101.0x10渗透系数k （c m /s ）
固结压力kpa
图3.21 阿哈来混合尾矿和分层尾矿的k p -关系
Fig. 3.21 Relationship of k p - of the A halai mixed tailings and layered tailings
进而得到阿哈来混合尾矿和分层尾矿渗透系数与孔隙比的相关关系，如表3.13所示：
表3.13 阿哈来混合尾矿和分层尾矿渗透系数与孔隙比的关系数据
Tab. 3.13 Datas of permeability coefficient and void ratio of the A halai mixed tailings
and layered tailings
阿哈来混合尾
矿
孔隙比e
1.34 1.30 1.25 1.19 1.12 1.07 1.02 渗透系数k /（10-5cm/s ） 6.7
5.3
4.2
3.25 2.4 1.9 1.6 阿哈来分层尾
矿
孔隙比e
1.43 1.36 1.30 1.25 1.21 1.17 1.14 渗透系数k /（10-5cm/s ）
9.2
4.3
3.1
1.8
1.1
0.86
0.69
根据表3.13中的数据，绘制渗透系数与孔隙比的关系曲线如图3.22所示：
1.0x10
2.0x10
3.0x10
4.0x10
5.0x10
6.0x10
7.0x10
8.0x10
9.0x101.0x10渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.22 阿哈来混合尾矿和分层尾矿的k e -的关系
Fig. 3.22 Relationship of k e - of the A halai mixed tailings and layered tailings
b.同乃混合尾矿和分层尾矿固结—渗透特性对比。
在持续水流的作用下，同乃混合尾矿和分层尾矿在不同固结压力下的孔隙比数据，如下表所示：
3.14 同乃混合尾矿和分层尾矿孔隙比与固结压力的关系数据
Tab. 3.14 Datas of void ratio and consolidation pressure of the Tong nai mixed tailings
and layered tailings
固结压力/kPa
孔隙比e
同乃混合尾矿
同乃分层尾矿
0 1.45 1.64 32.5 1.38 1.57 65 1.32 1.52 130 1.25 1.47 260 1.19 1.43 390 1.15 1.39 780
1.12
1.34
根据表3.14，绘制孔隙比与固结压力的关系曲线如图3.23所示：
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1.00
1.051.101.151.201.251.301.351.40
1.451.501.551.60
1.65孔隙比e
固结压力kpa
图3.23 同乃混合尾矿和分层尾矿的e p -关系
Fig. 3.23 Relationship of e p - of the Tong nai mixed tailings and layered tailings
不同固结压力条件下同乃混合尾矿和分层尾矿试样渗透系数试验数据如表3.15所示：
表3.15 同乃混合尾矿和分层尾矿的渗透系数与固结压力关系数据
Tab. 3.15 Datas of permeability coefficient and consolidation pressure of the Tong nai mixed
tailings and layered tailings
固结压力/kPa
渗透系数/(10-5cm/s)
同乃混合尾矿
同乃分层尾矿
0 9.3 3.1 32.5 7.2 1.57 65 5.8 1.07 130 3.9 0.7 260 2.7 0.47 390 2.3 0.26 780
1.9
0.17
根据表 3.15，绘制同乃混合尾矿和分层尾矿的渗透系数与固结压力关系曲线，如图3.24所示：
1.0x10
2.0x10
3.0x10
4.0x10
5.0x10
6.0x10
7.0x10
8.0x10
9.0x101.0x10渗透系数k （c m /s ）
固结压力kpa
图3.24 同乃混合尾矿和分层尾矿的k p -关系
Fig. 3.24 Relationship of k p - of the Tong nai mixed tailings and layered tailings
进而得到同乃混合尾矿和分层尾矿的渗透系数与孔隙比数据，如表3.16所示：
表3.16 同乃混合尾矿和分层尾矿的渗透系数与孔隙比关系数据
Tab. 3.16 Datas of permeability coefficient and void ratio of the Tong nai mixed tailings and
layered tailings 同乃混合尾矿 孔隙比e
1.45 1.38 1.32 1.25 1.19 1.15 1.12 渗透系数k /（10-5cm/s ）
9.3 7.2 5.8 3.9
2.7
2.3
1.9 同乃分层尾矿
孔隙比e
1.64 1.57 1.52 1.47 1.43 1.39 1.34 渗透系数k /（10-5cm/s ）
3.1
1.57
1.07
0.7
0.47 0.26
0.17
根据表3.16，绘制同乃混合尾矿和分层尾矿渗透系数与孔隙比关系曲线，如图3.25所示：
1.0x10
2.0x10
3.0x10
4.0x10
5.0x10
6.0x10
7.0x10
8.0x10
9.0x101.0x10渗透系数k （c m /s ）
孔隙比e
图3.25 同乃混合尾矿和分层尾矿的k e -关系
Fig. 3.25 Relationship of k e - of the Tong nai mixed tailings and layered tailings
③阿哈来、同乃混合尾矿和分层尾矿渗透特性分析
以上四种尾矿样的渗透系数与孔隙比的关系均可采用高斯曲线拟合，如图3.22和3.25所示，方程如下：
阿哈来混合尾矿k e -曲线拟合方程：
()()()()2
2
67.0003.2467.00003.0200001.0+-???+=e k π
（3.20）
阿哈来分层尾矿k e -曲线拟合方程：
(
)()()
(
)
2
2
483.0987.14483.00007.02000005.0+-???+=e k π
（3.21）
同乃混合尾矿k e -曲线拟合方程：
()()(
)()
2
2
46.0613.1446.000006.02000008.0+-???+=e k π
（3.22）
同乃分层尾矿k e -曲线拟合方程：
(
)()()(
)
2
2
504.0189.24504.00002.020000009.0+-???+=e k π （3.23）
由表3.12和表3.15可知，阿哈来、同乃混合尾矿的渗透系数分别远大于阿哈来、同乃分层尾矿的渗透系数。混合尾矿整体渗透系数均一，分层尾矿由于各层粒径从下到上依次增大，导致其渗透系数由下到上逐渐增大。最底层粒度很小，其渗透系数非常小，虽然厚度不是很大，但足以使整体的尾矿试样渗透系数减小很多。根据《水利水电工程地质勘察规范》[77]可知阿哈来分层尾矿和同乃分层尾矿随着固结压力的增大，其渗透性能由弱透水降至微透水，同时同乃分层尾矿的渗透系数远小于阿哈来分层尾矿的渗透系数。说明分层尾矿的整体渗透系数亦和颗粒整体的粒度大小有关。
尾矿库内尾矿的固结程度由尾矿坝顶向上游方向逐渐降低，尾矿的粒度也是向上游方向逐渐减小。就渗透系数的平均值而言，尾矿坝坝顶处的渗透系数最大，往库内逐渐减小，所以尾矿坝内的尾矿渗透特性既是非均质的，总体上又是渐变的。随着滩面上堆积尾矿荷载的不断增加，下部尾矿在堆积荷载增加的过程中逐渐固结。在尾矿坝的垂直剖面上，由于尾矿堆积的厚度不同，固结压力也不同。上部的压力小，则固结程度低，渗透性好；下部的压力大，则固结程度高，渗透性差。因此，尾矿的渗透特性又是随时间和荷载而变化的。
层状分布结构使尾矿的粒度分布、固结特征和渗透特性的关系更加复杂，整体趋势是使尾矿在垂直方向上的渗透系数较水平方向小约10倍，这对尾矿库的
渗流必将产生巨大影响。
问答题 1.三轴试验中周围压力大小与工程实际荷载相适应，对吗？ 答：对的，并尽可能使最大周围压力与土体的最大实际荷重大致相等，也可按100kpa ，200kpa ，300kpa ，400kpa 施加。 2.在h-w 图中，怎么判断液限和塑限？ 答：h=2mm 时，对应含水率为塑限；h=17mm 时，对应含水率为液限。 3.在液限，塑限实验中，锥体弄脏了，怎么办？ 答：抹干净，涂少许凡士林即可再用。 4.环刀内壁涂一薄层凡士林，主要为了什么？ 答：主要为了取出土样时避免弄脏手，使内壁更干净。次要是为了容易取出。 5.击实试验中，怎么控制喷水的质量？ 答：将盛好土的盛土盘放在天平上，记录盘和土的质量，然后在天平上一边称量一边均匀喷水，直至加完所需水量。 6.实验室只有称量2000g 的天平，但现要称量3000g 的试样，怎么办？ 答：将盛土盘放在两个天平上，记录盘的质量 m 0，往盘上加土，直至两个天平上读数加起来等于 m 0 +3000g 简述题 1.三轴试验的结束条件是什么？ 答：当轴向量力环读数出现峰值，再剪3%~5%的垂直应变（或没有峰值时，轴向应变达到20%）后，试验结束。 2.三轴不固结不排水剪试验中怎样施加周围压力？ 答：开周围压力阀，施加所需的周围压力，周围压力大小应与工程实际荷重相适应，并尽可能使最大围压与土体最大实际荷重大致相等。也可按100kpa ，200kpa ，300kpa ，400kpa 施加。 3.UU 试验中怎么施加轴向压力？ 答：剪切应变速率宜每分钟应变0.5%~1.0%启动电动机，合上离合器，开始剪切。每产生0.2%或0.5%轴向应变时，测计测力环变形和孔隙水压力，直至土样破坏或应变量进行到20%为止。 4.简述含水率试验的过程。 答：1）取代表性试样15~30g ，对于砾类土，取100g 以上试样。放入铝盒内，迅速盖好盒盖，称量m 1，准确至0.01g 。称量结果减去铝盒质量m 0，得湿土质量m m m 0 1-=
《土力学原理》实验指导书
前言 土力学原理是研究土的物理、力学性质和土体及其相关结构受力变形以及常见基础设计的一门科学，是土木工程专业的一门重要技术基础课。 土是岩石风化而成的颗粒堆积物，广泛覆盖于地球表面，人类的生活和生产活动与之息息相关，而土木工程更是与之有着密不可分的联系：例如，桥梁及房屋建筑地基基础的稳定性和变形，山坡、土坝、路堤、路堑等各种自然或人工坡体的稳定性，各类挡土结构的受力和变形等都是土力学的研究内容，土力学广泛应用于建筑、交通、水利、港口工程等领域。 土力学原理课的主要内容包括土的物理性质、地基中的应力计算、土的压缩性及地基沉降计算、土的渗透性和渗流问题、土的抗剪强度、天然地基承载力、挡土结构上的土压力、土坡稳定分析等。 通过本课程的学习，学生应牢固掌握土力学的基本原理、计算分析方法和基本实验技能，初步具备分析和解决有关工程问题的能力。同时，为进一步学习基础工程、地基处理、路基工程、深基坑工程和地下工程等有关专业课打好基础。 土力学原理是实践性很强的一门课程，实验是本课程的重要实践环节。本课程实验学时有16学时，通过本书，可以有效指导学生从事各项实验操作，将有助于培养学生的动手操作能力。
实验考核方案 1、土力学原理实验项目在建筑工程实验室土工实验分室完成，是土木工程专业的专业基础课实验项目，为大三的学生开设。 2、学生进入实验室必须遵守《学生实验守则》等实验室的各项规章制度，自觉遵守实验纪律。 3、要爱护实验室的仪器设备，损坏仪器设备要赔偿。 4、学生进入实验室前必须进行课前预习，要熟悉本次实验的目的，实验方法，试验步骤等实验内容。 5、试验要积极主动，人人动手，积极参与并能熟练操作各种实验仪器，严格按试验规程进行试验。 6、实验报告格式为：简介试验目的、试验步骤、试验成果整理和试验成果分析。 7、必须认真地完成试验报告，试验报告字迹要清楚，必须按着要求自己编写，不得抄袭他人实验资料；不符合要求的实验报告打回应重做。 8、实验成绩评定等级为优、良、合格、不合格记载，成绩按20%计入本课程总评成绩。
土力学实验指导书淮海工学院土木工程学院
实验一含水率实验 一、实验目的 测定土的含水量，了解土的含水情况，是计算土的孔隙比、液性指数和其他物理力学性质不可缺少的一个基本指标。适用范围：粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。 二、试验方法 烘干法、酒精燃烧法、炒干法。本试验用烘干法。 三、试验原理 土的含水量是土在温度105～110O C下烘干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。 四、试验设备 烘箱：保持温度105～110O C的自动控制的电热烘箱、电子分析天平、铝制秤量盒、削土刀等。 五、操作步骤 1、先秤量好带有编号的盒盖、盒身的两个铝盒，分别记录重量数值g0并填入表1中。 2、从原状或扰动土样中，选取具有代表性的试样约15～30g或用切环刀土样时余下的试样；对有机质土、砂类土和整体状构造冻土取样为50g左右，放在秤量盒内，立即盖好盒盖，称盒盖、盒身及湿土的重量，准确至0.01g，将数值g1填入表1中。 3、打开盒盖，放入烘箱中在温度105～110O C下烘至恒重，烘干时间对粘性土、粉土不得少于8h,对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5%的土应将温度控制在65～70O C的恒温下烘至恒重。取出土样，盖好盒盖，秤重并记录干土及铝盒的重量，将数值g2填入表1中。 六、计算含水率 W=(g1-g2)/(g2-g0)×100% 其中W—含水率g0——铝盒重量，单位为g。 g1——铝盒加湿土的重量，单位为g。g2——铝盒加干土的重量，单位为g。 七、注意事项： 本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水率小于40%时为1%；当含水率等于、大于40%时为2%。取两个侧值的平均值，以百分数表示。
3.2.2 尾矿的渗透特性 影响上游法筑坝尾矿库安全稳定性的诸多因素中，尾矿库的渗流状态是最重要的因素之一。只有深入分析尾矿库的渗流状态，才能确定合理的筑坝工程指标，选择合适的排渗方案，从而保证尾矿库的安全[65,73,74]。 目前，国内外对尾矿库进行渗流分析时很少考虑尾矿的渗透系数随填埋位置和时间的变化。近代土力学的研究表明，土的渗透特性与土中孔隙的多少和孔隙的分布情况密切相关。随着尾矿的排放，下部堆积尾矿的上覆土压力逐渐增加。在上覆土压力的作用下，尾矿将逐渐排水固结，随着固结的进行，尾矿孔隙比逐渐减小，而孔隙比的减小必然引起渗透系数的变化。堆积尾矿的渗透系数与上部固结压力和孔隙比之间存在何种关系是一个值得探讨的问题[75-76]。本文通过室内试验的方法，研究不同固结压力和孔隙比条件下各类尾矿的渗透系数变化情况，从而为尾矿库渗流稳定性分析提供科学依据。 （1）固结—渗透联合测定装置说明 ①固结—渗透联合测定装置构造说明 现有技术中进行土样渗透试验主要仪器为《土工试验方法标准》[68]（GB/T50123-1999）中所述的“常水头渗透试验”中的常水头渗透仪和“变水头渗透试验”中的变水头渗透仪。上述仪器仅能进行单纯的渗透试验，但无法定量并均匀施加固结压力，因此很难精确得到孔隙比，导致试验数据不准确。 针对目前常见渗透试验装置存在的不足，为了减少同一试验中相同土样的制备数量和消除同一试验相同土样在制备过程中产生的误差，作者在70型渗透仪的基础上进行了合理改进，自行研制了固结—渗透联合测定装置，该装置不仅实现了定量、均匀施加固结压力，精确测定单一固结压力下的渗透系数的基本目的，而且实现了针对一个土样可以连续精确测定不同固结压力条件下土样的渗透系数，得到固结压力—孔隙比—渗透系数的定量变化规律，弥补了普通渗透装置由于无法定量、均匀施加固结压力，导致无法精确测定固结压力条件下土样的渗透系数，同时也不能连续测定不同固结压力下土样渗透系数的不足，提高了固结压力下渗透系数的测量精度而且大大减少了测定不同固结压力条件下土样渗透性的试验次数，该参数精度的提高使相关问题的研究更贴近实际。 固结—渗透联合测定装置的详细构造如图3.6所示：
土力学实验指导书 目录 土力学实验的目的 (1) 一、颗粒分析试验 (1) [附1-1]筛析法 (1) [附1-2]密度计法（比重计法） (2) 二、密度试验（环刀法） (5) 三、含水率试验（烘干法） (5) 四、比重试验（比重瓶法） (6) 五、界限含水率试验 (8) 液限、塑限联合测定 (8) 六、击实试验 (10) 七、渗透试验 (11) [附7-1]常水头试验（70型渗透仪） (11) [附7-2]变水头试验（南55型渗透仪） (12) 八、固结试验（快速法） (13) 九、直接剪切试验 (15) 十、相对密度试验 (16) 十一、无侧限抗压强度试验 (18) 十二、无粘性土休止角试验 (19) 十三、三轴压缩试验 (20)
土力学实验指导书 《土力学实验》的目的 土力学试验是在学习了土力学理论的基础上进行的，是配合土力学课程的学习而开设的一门实践性较强的技能训练课。根据教学计划的需要，安排试验内容，以突出实践教学，突出技能训练。 试验课的目的：一、是加强理论联系实际，巩固和提高所学的土力学的理论知识；二、是增强实践操作的技能；三、是结合工程实际，让学生掌握土工试验的全过程和运用实验成果于实际工程的能力。 《土力学实验》的内容及要求 土力学实验指导书是依据中华人民共和国水利部发布《土工试验规程》（SL237－1999）规范编写的。根据教学大纲要求，安排下列实验项目。也可根据实验学时选做。 一、颗粒分析试验 [附1－1] 筛分法 （一）试验目的 测定干土各粒组占该土总质量的百分数，以便了解土粒的组成情况。供砂类土的分类、判断土的工程性质及建材选料之用。 （二）试验原理 土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据颗粒组成对土进行分类，粗粒土主要是依据颗粒组成进行分类的，细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。颗粒分析试验可分为筛析法和密度计法，对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于0.075mm的土粒则用密度计法来测定。筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总量的百分数。 （三）仪器设备 1．标准筛：孔径10、5、2、1.0、0.5、0.25、0.075mm； 2．天平：称量1000g，分度值0.1g； 3．台称：称量5kg，分度值1g； 4．其它：毛刷、木碾等。 （四）操作步骤 1．备土：从大于粒径0.075mm的风干松散的无粘性土中，用四分对角法取出代表性 的试样。 2．取土：取干砂500g称量准确至0.2g。 3．摇筛：将称好的试样倒入依次叠好的筛，然后按照顺时针或逆时针进行筛析。振摇时间一般为10～15分钟。 4．称量：逐级称取留在各筛上的质量。 （五）试验注意事项 1．将土样倒入依次叠好的筛子中进行筛析。 2．筛析法采用振筛机，在筛析过程中应能上下振动，水平转动。 3．称重后干砂总重精确至 2g。 （六）计算及制图 1．按下列计算小于某颗粒直径的土质量百分数：
填空 土是由（固体颗粒）（液体水）和（气体）等三相的物质组成 土的颗粒级配分析方法有（筛析法）（比重计法）筛析法适用于粒径大于0.075mm的土。 土的级配越好，则土的级配曲线越（缓） 土中水包括（毛细水）（结合水）（重力水）（结晶水） 土处于固体状态时，仅含有（结合水） 土中封闭气体使土的透水性（降低） 土的结构包括（单粒结构）（蜂窝结构）和（絮状结构） 土的密度测定方法有（环刀法）（灌砂法）和（灌水法） 土的塑性指数IP越大，土中粘粒含量（越多） 土的灵敏度越大，结构受到扰动后，强度降低的（程度高） 土粒单元的大小，形状，排列及其联结关系等因素形成的综合特征成为（土的结构） 土产生渗流的最小水力梯度称为（初始水力梯度） 土产生流砂的最小水力梯度称为（临界水力梯度） 土粒承受和传递的应力称为（有效应力） 土体自重在地基中产生的应力称为（自重应力） 土的压缩试验是在（侧限变形）条件下完成的，压缩系数反映了（土的压缩性） 土的强度破坏通常是指（抗剪强度抗剪强度）破坏 土中某点处于极限平衡状态时，剪破面与最大主应力面成（45度+fai/2） 土的含水量增加，则粘聚力（下降），有效应力（增大）抗剪强度（增强） 土体中的剪应力等于土的抗剪强度时的临界状态，称为土的（极限平衡）状态 土的抗剪强度指标有（粘聚力C）和（内摩擦角fai） 土的含水量增加，土坡的稳定性（下降） 土体抵抗剪切破坏的极限能力称为（土的抗剪强度） 土的固结程度越高,强度一（越大） 土压力可分为（静止土压力Eo）(主动土压力Ea)(被动土压力Ep)在相同条件下，三种土压力的关系为（Eo
《土力学》实验指导书 周玲编 思源学院城市建设分院
目录 教学实验注意事项.............................错误!未定义书签。实验一土的密度试验 ........................错误!未定义书签。实验二土的含水量试验 .....................错误!未定义书签。实验三土的颗粒分析试验 .. (7) 实验四土的液限、塑限试验10 实验五土的压缩固结试验 (13) 实验六土的直接剪切试验 (16) 实验七土的击实试验19 参考资料： 1、《土工试验方法标准》 GB/T 50123-1999 2、《公路土工试验规程》 JTG E40-2007 3、《中华人民共和国行业标准土工试验规程》SL 237-1999
教学实验注意事项 为确保实验顺利进行，达到预定的实验目的，必须做到下列几点： 一、作好实验前的准备工作： 1．预习实验指导书，明确本次实验的目的、方法和步骤。 2．弄清与本次实验有关的基本原理。 3．对实验中所用到的仪器、设备实验前应事先阅读有关仪器的使用说明。 4．必须清楚地知道本次试验需记录的数据项目及数据处理的方法，并事前作好记录表格。 二、遵守实验室的规章制度： 1．实验时应严肃认真，保持安静。 2．爱护设备及仪器，并严格遵守操作规程，如发生故障应及时报告。 3．非本实验所用的设备及仪器不得任意动用。 4．实验完毕后，应将设备和仪器擦试干净，并恢复到原来正常状态。 三、认真做好实验： 1．注意听好教师对本次实验的讲解。 2．清点实验所需设备，仪器及有关器材，如发现遗缺，应及时向教师提出。 3．实验时，应有严格的科学作风，认真细致地按照实验指导书中所要求的实验方法与步骤进行。 4．对于带电或贵重的设备及仪器，在接线或布置后应请教师检查，检查合格后，才能开始实验。 5．在实验过程中，应密切观察实验现象，随时进行分析，若发现异常现象，应及时报告。 6．记录下全部测量数据，以及所用仪器的型号及精度、试件的尺寸、量具的量程等。 7．学生在完成试验全部规定项目后，经教师同意可进行一些与本实验有关的其它实验。 8．实验记录需要教师审阅签字，若不符合要求应重做。 四、写好实验报告 实验报告是实验的总结，通过写实验报告，可以提高学生的分析能力，因此实验报告必须由每个学生独立完成，要求清楚整洁，并要有分析及自己的观点。实验报告应具有以列基本内容： 1．实验名称、实验日期、实验者及同组人员。 2．实验目的、实验原理、方法及步骤筒述。 3．实验所用的设备和仪器的名称、型号。 4．实验数据处理、对实验结果的分析讨论。
园林学院 土力学实验报告 学生姓名 学号2009041001 专业班级土木工程091 指导教师李西斌 组别第三组 成绩
实验目录 前言 (1) 实验一含水量试验 (2) 实验二密度实验 (5) 实验三液限和塑限试验 (7) 实验四固结试验 (13) 实验五直接剪切试验 (18)
前言 土是矿物颗粒所组成的松散颗粒集合体，其物理力学性质与其他材料不同；土力学是利用力学的基本原理和土工试验技术来研究土的强度和变形及其规律性的一门应用学科。 土的天然含水率、击实性、压缩性、抗剪强度是水利工程中的四大问题，他们的好坏与否直接关系到水利工程的经济效益与安全问题，因此在工程中作好土料的指标实验，确定出相应标对水利工程具有十分重要的意义。
实验一 含水量试验 一、概述 土的含水率 是指土在温度105~110℃下烘干至恒量时所失去的水质量与达 到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。 含水率是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态，也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。 二、实验原理 土样在在105℃～110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后， 即可认为是干土质量s m ，挥发掉的水分质量为w s m m m =-。 三、实验目的 测定土的含水量，供计算土的孔隙比、液性指数、饱和度等不可缺少的一个基本指标。并查表可确定地基土的允许承载力 四、实验方法 含水率实验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内实验的标准方法。在此仅用烘干法来测定。 烘 烘干法是将实样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。 （一）仪器设备 （1）保持温度为105~110℃的自动控制电热恒温烘箱； （2）称量200g 、最小分度值0.01g 的天平； （3）玻璃干燥缸；
实验一：密度试验（环刀法） 一、概述 土的密度ρ是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的重要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的重要指标之一。土的密度一般是指土的天然密度。 二、试验方法及原理 密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎、难以切削的土，可用蜡封法，对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。 1．仪器设备 (1)恒质量环刀：内径6. 18cm(面积30cm2）或内径7. 98cm(面积50cm2），高20mm，壁厚1.5mm； (2)称量500g、最小分度值0. 1g的天平； (3)切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。 2. 操作步骤 (1) 按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。 (2) 在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削，至土样上端伸出环刀为止，根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片，以免水分蒸发。
(3)擦净环刀外壁，拿去圆玻璃片，然后称取环刀加土质量，准确至0. 1g。 环刀法试验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03 g/cm3.，并取其两次测值的算术平均值。 实验二：含水率试验（烘干法） 一、概述 土的含水率是指土在温度105-110℃下烘到衡量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。 二、试验方法及原理 含水率试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内试验的标准方法。烘干法是将试样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。 1．仪器设备 (1)保持温度为105110℃的自动控制电热恒温烘箱或沸水烘箱、红外烘箱、微波炉等其他能源烘箱； (2)称量200g、最小分度值0. 0lg的天平； (3)装有干燥剂的玻璃干燥缸； (4)恒质量的铝制称量盒。 2．操作步骤 (1)从土样中选取具有代表性的试样15~30g（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g)，放人称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0. 0lg。 (2)打开盒盖，将试样和盒一起放人烘箱内，在温度105^-110℃下烘至恒量。试样烘至恒量的时间，对于粘土和粉土宜烘8~10h，对于砂土宜烘6~8h。对于有机质超过干土质量5％的土，应将温度控制在65~70℃的恒温下进行烘干。 (3)将烘干后的试样和盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放人干燥器内冷却至室温。 (4)将试样和盒从干燥器内取出，称盒加干土质量，准确至0. 0lg。 烘干法试验应对两个试样进行平行铡定，并取两个含水率测值的算术平均值。当含水率小于40％时，允许的平行测定差值为1％；当含水率等于、大于40%时，允许的平行测定差值为2％。 实验三：土的压缩、固结试验 一、概述 标准固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形，且试样在每级压力下的固结稳定时间为24h。 二、试验方法与原理 1. 仪器设备 (1) 固结容器。由环刀、护环、透水板、加压上盖等组成，土样面积30cm2或50cm2，高度2cm。 (2）加荷设备。可采用量程为5～l0kN的杠杆式、磅秤式或气压式等加荷设备。 (3) 变形量测设备。可采用最大量程l0mm, 最小分度值0.0lmm的百分表，也可采用一准确度为全量程0. 2％的位移传感器及数字显示仪表或计算机。
土力学实训总结转眼间，一周的实训马上就要结束了。这才觉悟到时间如白驹过隙，过得飞快。现在想起刚学这门课的时候对什么都觉得不知道老师讲了也不是很懂。就连出去跟老师在外面的铁路线路上实习。自己也是看热闹。对于许多东西都事是而非。即便老师讲了对于初次接触的我也只是觉得好奇。根本忘了自己学习的目的。 在实训的过程中我根据任务指导书上的要求，通过查课本把自己以前没有搞懂的问题认真的全都弄明白了。在每一个细节上都很认真地完成了。尤其是缩短轨配置的计算，把自己以前老搞混淆的计算步骤现在也搞清楚了。对于自己不懂的地方我也虚心的请教同学、和老师。经过同学和老师的耐心讲解自己以前不会的也彻底懂了，自己由以前对这门课的讨厌也变得喜欢。 实习过程中我对土力学的：土的密度试验，土的界限含水率试验，土的剪切试验，土的固结试验以及土的击实试验，都有了了解。现将了解到的知识总结如下： 实验一土的含水率试验 （一）、试验目的 105—1100C下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。土在天然状态下的含水率称为土的天然含水率。所以，试验的目土的含水率指土在的：测定土的含水率。 （二）、烘干法试验 1.操作步骤 （1）取代表性试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土为50g,放入质量为m ，精确至0.01g. 的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m 1 （2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65——700C的恒温下烘至恒量。
（3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m 为，精确至0.01g 2 实验二土的密度试验 （一）、试验目的 测定土在天然状态下单位体积的质量。 （二）、试验方法与适用范围 1、操作步骤 。 （1）测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量m 1 （2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。 （3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。 （4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m 2 2、计算土的密度：按下式计算 3、要求：①密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于 0.03g/cm3，取两次试验结果的算术平均值；②密度计算准确至0.01 g/cm3. 实验三土的界限含水率试验 （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。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水量；塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水量。 本试验的目的是测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，共设计、施工使用。 实验四土的击实试验 （一）、试验目的 本试验的目的是用标准的击实方法，测定土的密度与含水率的关系，从而确定土的最大干密度与最优含水率。 轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土，重型击实试验适用于粒径小于20mm 的土。 （二）、计算与制图 以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，即为击实曲线。曲线峰值点的纵、横坐标分别代表土的最大干密度和最优含水率。如果曲线不能得出峰值点，应进行补点试验。 计算数个干密度下的饱和含水率。以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，在击实曲线的图中绘制出饱和曲线，用以校正击实曲线。 实验五土的固结试验 （一）、试验目的 本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。 （二）、试验方法
实验一土工参数测试综合试验 (一)、土样制备 1.概述 土样的制备是获得正确的试验成果的前提，为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可比性，应严格按照规程要求的程序进行制备。 土样制备可分为原状土和扰动土的制备。本试验主要讲扰动土的制备。扰动土的制备程序则主要包括取样、风干、碾散、过筛、制备等程序，这些程序步骤的正确与否，都会直接影响到试验成果的可靠性，土样的制备都融合在今后的每个试验项目中。 2.仪器设备 孔径0.5mm、2mm和5mm的筛；天平；击样器；切土刀；橡皮板；木锤；烘箱；喷水设备等。 3.扰动土样制备步骤 （1）将扰动土样进行土样描述，如颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度等，如有需要，将扰动土样拌和均匀，取代表性土样测定其含水量。 （2）将土样风干或烘干，然后将风干或烘干土样放在橡皮板上用木碾碾散，但应注意不得将土颗粒破碎。 （3）将分散后的土样根据各试验项目的要求过筛。对于物理性试验如液限、塑限等试验，过0.5mm筛；对于力学性试验土样，过2mm筛；对于击实试验、比重试验（比重瓶法），过5mm筛。 （4）为配制一定含水量的试样，根据不同的试验要求，取足够过筛的风干土样，按下面的公式计算加水量，把土样平铺于不吸水的盘内，用喷水壶喷洒预计的加水量，并充分拌和均匀，然后装入容器内盖紧，润湿一昼夜备用。 （5）测定润湿后土样不同位置的含水量（至少二个以上），要求差值不大于±1％。 （6）按下式计算干土质量： m s=m／(1＋0.01w h) 式中：m s ——干土质量（g）； m ——风干土质量（g）； w h ——风干含水量（％）。 （7）根据试样所要求的含水量，按式计算制备试样所需的加水量： m w= 0.01(w－w h)．m s 式中：m w ——土样所需加水质量（g）； m s ——干土质量（g）； w ——制备试样所要求的含水量（％）； w h ——风干含水量（％）。 （8）根据试验所要求的干密度按下式计算制备试样所需的风干含水率时的总土质量： m=(1＋0.01w h) ．ρd．V 式中：m——制备试样所需的风干含水量时的总土质量；
南华大学 城市建设学院土力学实验报告 2012/05/21
实验一：土的重度、含水率试验 实验名称：土的重度、含水量实验实验成绩： 实验同组人：罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名： 实验地点：城建西301 实验日期：2012年 03 月 28 日 实验目的： 1.熟悉土工实验中环刀、天平、烘箱等基本设备的操作方法； 2.通过本试验掌握土体的天然含水率试验方法，了解含水率指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标； 3.通过本试验掌握土体的天然密度试验方法，了解天然密度指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标。并初步了解土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪强度的关系。 实验原理： 土体中的自由水和弱结合水在105℃～110℃的温度下全部变成水蒸气挥发，土体粒质量不再发生变化，此时的土重为土颗粒质量加上强结合水质量，将挥发掉的水份质量与干土质量之比为土体含水率。即土体含水率是指土颗粒在105℃～110℃的温度下烘干（或酒精烧干）至恒重时所失去的水份质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。 单位体积土体质量称做土的密度，定义式为： p 0=m /V 式中：ρ －土样湿密度（g/cm3）； m －土样质量（g）； V－土样体积（cm3）。 实验室内直接测量的密度为湿密度(对原状土称作天然密度)。 ω0=m w/m s 式中：ω —土样含水率(％)； m w —土体所失去水分的质量(g)； m s —烘干后土颗粒质量(g)。 实验仪器设备（实验条件）： 1.恒温烘箱：恒温范围在105℃～110℃，温度控制精度高于±2℃； 2.天平：称量200g，最小分度值0.01g； 3.其它工具：铝盒(称量盒)、开土刀、干燥器、温度计等。 （a）环刀：内径61.8mm和79.8mm，高20mm； （b）天平：称量500g，最小分度值0.1g的天平； （c）其它工具：切土刀，玻璃板、钢丝锯，凡士林等 实验过程（内容、步骤、原始数据等）： (1)实验内容：
土力学 实验报告 姓名 班级 学号
含水量实验 一、实验名称：含水量实验 二、实验目的要求 含水量反映了土的状态，含水量的变化将使土的一系列物理力学性质指标 也发生变化。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指标不可缺少的一个基本指标。 三、试验原理 土样在100~105℃温度下加热，途中自由水首先会变成气体，之后结合水也会脱离土粒的约束，此时土体质量不断减少。当图中自由水和结合水均蒸发脱离土体，土体质量不再变化，可以得到固体矿物即土干的重。土恒重后，土体质量即可被认为是干土质量m s ，蒸发掉的水分质量为土中水质量m w =m-m s 。 四、仪器设备 烘箱、分析天平、铝制称量盒、削土刀、匙、盛土容器等。 五、试验方法与步骤 1.先称量盒的质量m 1，精确至0.01g 。 2.从原状或扰动土样中取代表性土样15~30g （细粒土不少于15g ，砂类土、有机质土不少于50g ），放入已称好的称量盒内，立即盖好盒盖。 3.放天平上称量，称盒加湿土的总质量为m 0+m ，准确至0.01g 。 4.揭开盒盖，套在盒底，通土样一样放入烘箱，在温度100~105℃下烘至质量恒定。 5.将烘干后的土样和盒从烘箱中取出，盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温。 6.从干燥器内取出土样，盖好盒盖，称盒加干土质量m 0+m s （准确至0.01g ） 。 六、试验数据记录与成果整理 含水量试验（烘干法）记录 计算含水量：%100) () ()(000?++-+= s s m m m m m m w 实验日期 盒质量 m 0/g 盒+湿土质 量（m 0+m ）/g 盒+干土质 量（m 0+m s ） /g 水质量/g 干土质量m s /g 含水量w/% 1 2 3 4=2-3 5=3-1 4/5
土力学实验报告参考书 （3-5人1份、其实验步骤学生可自行适当简化） 含水率试验 一、实验目的 测定土的含水率，是指土在温度100～105℃下烘到恒量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示，为验证型试验。 二、实验条件 烘箱；电子天平；称量盒；干燥器等。 三、实验内容 用烘干法测定，取土样20—30克，在100°—105°温度下，烘6—8小时，称干土质量，计算出含水量。 四、实验步骤 （1）取代表性土样 15～30 g ，放入称量盒内，立即盖好盒盖，放天平上称量，准确至0. 1g 。 （2）揭开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度105～110℃下烘至质量恒定。 （3）将烘干后的土样，盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温，称干土质量（准确至0.1g ）。 （4）按下式计算含水率 （5）本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值 五、实验结果 六、讨论 七、参考文献 密度试验 一、实验目的 测定土的密度，了解土的疏密程度和干湿状态。指土的单位体积质量，其单位为g/cm 3，为验证型试验。 二、实验条件 环刀；电子天平；修土刀，刮刀，凡士林油等。 三、实验内容 环刀法测定，用60cm 3环刀开出土样，两面刮平，称出单位体积质量，计算出密度。 四、实验步骤 （1）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在试样上。 （2）用修土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下 %100)()()(?-++-+= m m m m m m m w s s
压，边压边削，到土样伸出环刀为止。 （3）用刮土刀仔细刮平两端余土，注意刮平时不得使土样扰动或压密。 （4）擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量，准确至0.1g 。 （5）按下式计算土的密度： 五、实验结果 六、讨论 七、参考文献 比重试验 一、实验目的 测定土粒的比重 G s ，是土粒在温度105～110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积 4℃时纯水质量的比值，为验证型试验。 二、实验条件 烘箱、比重瓶、恒温水槽、砂浴、温度计、纯水、孔径2mm 筛等。 三、实验内容 用比重瓶法测定：取烘干土样20克，放入比重瓶内，加蒸馏水放在电砂浴上，煮30—40分钟，使土粒分散并排出气体，加清水至满，沉淀8—10小时，称重计算出比重。 四、实验步骤 （1）将烘干土过2mm 筛，然后取20g ，装人比重瓶内，称试样和瓶的总质量，准确至 0.001g 。 （2）将纯水注入比重瓶中至一半处，将瓶放在砂浴上煮沸30—40分钟，煮沸时间自悬液沸腾时算起，避免瓶中悬液溢出瓶外。 （3）将煮沸冷却至室的纯水，注满比重瓶，塞紧瓶塞。 （4）将比重瓶置于恒温水槽内，待瓶内水温稳定，且瓶内上部悬液澄清，然后取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g 。称量后应立刻测出瓶内水的温度，准确至0.5℃。 （7）根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得瓶、水总质量。 （8）按下式计算比重： 式中：G s ——土的比重； V m ρ= T G m m m m m m G w bws b bs bw b bs s --+-=
土力学学习心得与总结 土力学是工程力学专业的一门专业课，经过2个多月的学习，我 对专业知识有了新的理解和掌握。为了巩固所学的理论知识，提高同学之间的合作能力与动手能力，学校为我们专业开设土力学实验课程。土力学实验我们供选作了5个有代表性的实验，分别是:1、颗粒分析试验2、界限含水率（稠度）试验3、渗透试验4、压缩试验5、直接剪切试验。 我们做试验的顺序基本上是和理论课程同步的。我们首先做的实 验是颗粒分析试验。粒分析试验是测定干土中各颗粒含量占该土总质量的百分数，土的大小、级配和粒组含量是土的工程分类的重要依据。由于我们选用的土粒粒径小于0.075mm，因此我们选用了密度计法。这次试验做起来还算是比较轻松，但处理数据却有一定的困难，这个也是土力学试验这一门课的比较明显的特点。这次土力学试验规范了我写试验报告的模式，相比这对于以后我写报告会有很大的帮助。为了更好的将土的液塑限指标和土的含水率联系起来，我们又做了界限含水率（稠度）试验。这个试验在处理数据时要注意用电子天平测出的是土和盒子的质量，因此，要减去盒子的质量才能的出土的质量。 为了让我们进一步的体验土的渗透性这一个特点，我们又做了渗 透试验。这个试验是基于达西定律建立起来的理论。经过理论的推导可以得知渗流速度是和土的渗透系数和水力梯度有关的，根据土的种
类的不同，我们选用了常水头试验和变水头试验两个试验方案。这个试验也提高了我们的团队协作能力。 压缩试验相对来说是比较简单的一个试验。这个试验和最后一个直接剪切试验有点相似。在做直接剪切试验中要注意有一个步骤是把销钉去掉后才加载的，结果我们忘记了去销钉，幸亏老师的提醒，我们才把这个错误改过来。做试验要讲究一个认真仔细。 以上是我对这一学期土力学试验的一个小结，我从这次总结中也学到了好多东西。总的来说，土力学试验对我的提高还是很大的。 模板,内容仅供参考
《土力学》实验指导书 浙江理工大学建筑系 2011年6月
《土力学》实验指导书 目录 教学实验注意事项 (2) 实验一土的密度试验 (4) 实验二土的含水量试验 (5) 实验三土的颗粒分析试验 (7) 实验四土的液限、塑限试验10 实验五土的压缩固结试验 (13) 实验六土的直接剪切试验 (16) 实验七土的三轴剪切试验19 浙江理工大学科艺学院建筑系第页22页，共 1 《土力学》实验指导书 教学实验注意事项
为确保实验顺利进行，达到预定的实验目的，必须做到下列几点： 一、作好实验前的准备工作： 1．预习实验指导书，明确本次实验的目的、方法和步骤。 2．弄清与本次实验有关的基本原理。 3．对实验中所用到的仪器、设备实验前应事先阅读有关仪器的使用说明。4．必须清楚地知道本次试验需记录的数据项目及数据处理的方法，并事前作好记录表格。 5．除了解实验指导书中所规定的实验方案外，亦可多设想一些其它方案。 二、遵守实验室的规章制度： 1．实验时应严肃认真，保持安静。 2．爱护设备及仪器，并严格遵守操作规程，如发生故障应及时报告。3．非本实验所用的设备及仪器不得任意动用。 4．实验完毕后，应将设备和仪器擦试干净，并恢复到原来正常状态。三、认真做好实验： 1．注意听好教师对本次实验的讲解。 2．清点实验所需设备，仪器及有关器材，如发现遗缺，应及时向教师提出。 3．实验时，应有严格的科学作风，认真细致地按照实验指导书中所要求的实验方法与步骤进行。 4．对于带电或贵重的设备及仪器，在接线或布置后应请教师检查，检查合格后，才能开始实验。
浙江理工大学科艺学院建筑系第页22页，共 2 《土力学》实验指导书 5．在实验过程中，应密切观察实验现象，随时进行分析，若发现异常现象，应及时报告。 6．记录下全部测量数据，以及所用仪器的型号及精度、试件的尺寸、量具的量程等。 7．教学实验是培养学生动手能力的一个重要环节，因此学生在实验小组中虽有一定的分工，但每个学生都必须自己动手，完成所有的实验环节。8．学生在完成试验全部规定项目后，经教师同意可进行一些与本实验有关的其它实验。 9．实验记录需要教师审阅签字，若不符合要求应重做。 四、写好实验报告 实验报告是实验的总结，通过写实验报告，可以提高学生的分析能力，因此实验报告必须由每个学生独立完成，要求清楚整洁，并要有分析及自己的观点。实验报告应具有以列基本内容： 1．实验名称、实验日期、实验者及同组人员。 2．实验目的。 3．实验原理、方法及步骤筒述。 4．实验所用的设备和仪器的名称、型号。 5．实验数据及处理。 6．对实验结果的分析讨论。 浙江理工大学科艺学院建筑系第页22页，共 3 《土力学》实验指导书 实验一土的密度试验
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（e ）、孔隙率（n ）、饱和度(r S )、干土密度(d ρ)及饱和土密度(sat ρ)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(4m )准确至0.001克。 （五）计算 按下式计算相对密度： C w wT m m m m ds ??-+= 44300ρρ