擊實試驗過程中最大干密度和最優(yōu)含水率影響因素分析

1、    擊實試驗過程中最大干密度和最優(yōu)含水率影響因素分析日期: 2010-2-13 8:55:49瀏覽: 7來源: 學(xué)海網(wǎng)收集整理作者: 佚名摘要 在工程建設(shè)中，為了提高填土的強(qiáng)度，增加土的密實度，降低其透水性和壓縮性，常將填土夯實。夯實土樣是最簡單易行的土質(zhì)改良方法，土樣經(jīng)夯實后，土體變得密實又堅硬，對工程很有利，所以工程上利用干密度作為夯實的質(zhì)量檢驗指標(biāo)。室內(nèi)擊實試驗就是模擬工程現(xiàn)場的夯實原理，利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實儀和操作規(guī)程，對土料施加一定的沖擊荷載使之壓實,從而確定所需的最大定干密度和最優(yōu)含水率，作為選擇填土密度、夯實次數(shù)等主要依據(jù)。在擊實試驗的過程

2、中，影響土的最優(yōu)含水率和最大干密度因素較多，通過對這些影響因素的分析，提高土的擊實效果，達(dá)到擊實試驗的目的。 關(guān)鍵詞 擊實試驗 壓實 最大干密度 最優(yōu)含水率 在工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到填土壓實的問題，例如修筑道路、堤壩、飛機(jī)廠、運動場、擋土墻、埋設(shè)管道、建筑物地基的回填等。為了提高填土的強(qiáng)度，增加土的密實度，降低其透水性和壓縮性，通常用分層壓實的辦法來處理地基，通過對土的最優(yōu)含水率和最大干密度的研究來提高土的擊實效果。土的最優(yōu)含水率和最大干密度可用室內(nèi)擊實試驗來測得，室內(nèi)擊實試驗采用擊實儀法，是用錘擊實土，使土密度增大，測定土樣在一定壓實功能作用下達(dá)到最大密度時的含水率(最優(yōu)含水率)和此時的干密度

3、(最大干密度)，借以了解土的壓實特性，作為選擇填土密度、施工方法、機(jī)械碾壓或夯實次數(shù)以及壓實工具等的主要依據(jù)。試驗時將符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的同一種土，配制成若干份不同含水率的試樣，用同樣的壓實能量分別對每一份試樣進(jìn)行擊實后，測定各試樣擊實后的含水率w和干密度d ，從而繪制含水率與干密度關(guān)系曲線，此關(guān)系曲線稱為壓實曲線，如圖1所示。在壓實曲線上的干密度的峰值，稱為最大干密度dmax；與之相對應(yīng)的含水率，稱為最優(yōu)含水率Wo，它表示在擊實功能一定的情況下，達(dá)到最大干密度時的含水率。 目前國內(nèi)常用的室內(nèi)擊實試驗方法有輕型擊實試驗和重型擊實試驗兩種。輕型擊實試驗方法主要適用于水庫、堤防、鐵路路基填土；重

4、型擊實試驗方法主要適用于高等級公路填土和機(jī)場跑道等。試驗規(guī)程有兩種，一是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-1999土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)1，二是中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ051-93公路土工試驗規(guī)程2。兩種規(guī)程對擊實試驗的目的、適用范圍、儀器設(shè)備以及試驗條件分別有不同的規(guī)定，下面以JTJ051-93公路土工試驗規(guī)程為試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，說明在擊實試驗過程中影響土的最優(yōu)含水率和最大干密度的一些主要因素。 1 試驗部分 1.1 儀器和試驗條件 JTJ051-93公路土工試驗規(guī)程中的擊實試驗所用儀器主要部件和試驗條件應(yīng)符合表1的規(guī)定。 表1 儀器主要部件和試驗條件 試驗方法 類別 錘底 直徑 (m)

5、錘質(zhì) 量 (kg) 落高(m) 試筒尺寸 層數(shù) 每層擊數(shù) 擊實功(kJ/m3) 最大 粒徑 （m） 內(nèi)徑(m) 高 (m) 容積(m3)     輕型法 .1 .2 0.05 0.05 2.5 2.5 0.30 0.30 0.10 0.15 0.127 0.12 0.997 2.177 3 3 27 59 598.2 598.2 0.25 0.38 重型法 .1 .2 0.05 0.05 4.5 4.5 0.45 0.45 0.10 0.15 0.127 0.12 0.997 2.177 5 3 27 98 2 687.0 2 677.2 0.25 0.

6、38 1.2 試樣制備 (1)干土法(土重復(fù)使用) 將具有代表性的風(fēng)干或在50溫度下烘干的土樣碾散，對于小試筒,按四分法取篩下的土約3 kg，對于大試筒, 同樣按四分法取篩下的土約6.5 kg 。估計土樣風(fēng)干或天然含水率,如風(fēng)干含水率低于開始含水率太多時,可將土樣鋪于一不吸水的盤上，用噴水設(shè)備均勻地噴灑適當(dāng)用量的水,并充分拌和,悶料一夜備用。 (2)干土法(土不重復(fù)使用) 由于擊實曲線一定要出現(xiàn)峰值點,由經(jīng)驗可知,最大干干密度的峰值往往都在塑限含水率附近,根據(jù)土的擊實原理, 峰值點就是孔隙比最小的點,所以至少要準(zhǔn)備5個試樣, 分別加入不同水分,其中2個含水率高于塑限（按2%3%含水率遞增）,

7、2個含水率低于塑限（按2%3%含水率遞減）, 攪拌勻后悶料一夜備用。 (3)濕土法(土不重復(fù)使用) 濕土法主要適用于高含水率土,配制試樣時可省略過篩步驟,用手揀除大于25 mm或38 mm的粗石子既可。保持天然含水率的第一個土樣，可既用于擊實實驗。其余的試樣分成小土塊分別風(fēng)干，含水率按2%3%遞減。 1.3 操作步驟 (1) 分層擊實 將擊實筒固定在剛性底板上，裝好護(hù)筒，在擊實筒內(nèi)壁涂薄層凡士林油，取制備好的試樣26 kg，分層倒入筒內(nèi)，整平表面，分層進(jìn)行擊實。擊實時，落錘應(yīng)鉛直自由落下，錘跡必須均勻分布于土面上，擊實后試樣略高于筒頂(不得大于6 mm)。 (2) 稱擊實筒加土的質(zhì)量用修土刀沿

8、套環(huán)內(nèi)壁削挖后，扭動，取下套環(huán)，齊筒頂削平土樣，拆除底板，擦凈筒外壁，稱量，準(zhǔn)確至1 g。 (3) 測含水率用推土器推出筒內(nèi)試樣，在土樣中心處取兩個各約150300 g的土樣，平行測其含水率，平行誤差應(yīng)小于1。 按上述1、2、3步驟，依次將不同含水率的幾個試樣進(jìn)行分層擊實和測定工作。 1.4數(shù)據(jù)整理 (1)計算密度按下式分別計算擊實后土的濕密度和干密度d，計算至0.01×103 kgm3。 mV     d（1w）     式中：m 擊實后濕土質(zhì)量，kg；V 擊實筒容積， m3；W 含水率，小數(shù)計。 (2

9、) 繪制曲線以干密度d為縱坐標(biāo)，以w為橫坐標(biāo)，繪制壓實曲線。曲線上峰值點所對應(yīng)的數(shù)值即分別為該土的最大干密度和最優(yōu)含水率，如圖1所示。如曲線不能給出峰值點，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點試驗。 2最大干密度和最優(yōu)含水率影響因素與結(jié)果分析 2.1擊實功能的影響 我們知道壓實就是指土體在壓實能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力，產(chǎn)生位移，土顆粒重新排列，使土中的孔隙減小，密實度增大。壓實功能是指每單位體積所消耗的能量，壓實功能愈大，得到的最優(yōu)含水率愈小，相應(yīng)的最大干密度愈高，可見壓實功能是影響擊實效果的一個重要因素，通過壓實功能影響擊實效果的主要表現(xiàn)有： （1）土樣的重復(fù)使用與否的影響土樣的重復(fù)使用與否在原理上是有差異的，

10、重復(fù)使用土樣時，擊實功能對土的影響較大，不重復(fù)使用土樣時，土所受功能影響較小，兩者的最優(yōu)含水率和最大干密度略有不同1。表2、表3是對同一種土,分別采用土樣不重復(fù)使用和土樣重復(fù)使用的干土法所做的擊實試驗結(jié)果對比。 表2 土樣不重復(fù)使用時的擊實試驗結(jié)果 最大干密度dmax=2.01×103 kgm3 最優(yōu)含水率wop=8.1 含水率（10-2） 5.7 8.1 10.0 12.9 15.6 干密度（kg/m3） 1.98×103 2.02×103 2.00×103 1.95×103 1.86×103 表3土樣重復(fù)使用時的擊實試驗結(jié)果 最大

11、干密度dmax=2.00×103 kgm3 最優(yōu)含水率wop=9.9 含水率（10-2） 5.6 8.5 10.1 12.5 15.8 干密度（kg/m3） 1.94×103 1.99×103 2.00×103 1.96×103 1.85×103 從表2和表3可看出，兩者的最大干密度基本相近，但最優(yōu)含水率卻有所不同，土重復(fù)使用時的最優(yōu)含水率要比土不重復(fù)使用的要大。產(chǎn)生最優(yōu)含水率的變化的主要原因是土體在反復(fù)受擊實功能的影響下,即土體在擊實錘的反復(fù)夯打下，土體的顆粒結(jié)構(gòu)及膠結(jié)狀況發(fā)生了變化，使土體的粒徑變細(xì)，而造成土粒的比表面積增大。土粒

12、的比表面積的變化，使土體的性質(zhì)具有一定的粘性土的特征，所以其最優(yōu)含水率相應(yīng)發(fā)生了變化。 （2）余土高度的影響試樣擊實后總會有部分土超過筒頂高,這部分土柱稱為余土高度。標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗所得的擊實曲線是指余土高度為零時的單位體積擊實功能下土的干密度和含水率的關(guān)系曲線。也就是說，此關(guān)系曲線是以擊實筒容積為體積的等單位功能曲線，但由于在實際的操作中總會存在或多或少的余土高度，如果余土高度過大，則壓實曲線上的干密度就不再是一定功能下的干密度，試驗結(jié)果的誤差會增大2。表4分別是對同一土樣按同一含水率，在擊實后余土高度控制在36 mm與711 mm時的干密度的結(jié)果對比。從表4可知,余土高度控制在711 mm時的

13、干密度要比余土高度在36 mm低2040kg/m3。這是因為隨著余土高度的增加, 試樣的單位體積相對增大,則試樣所受的單位體積擊實功能相應(yīng)減小。 表4 不同余土高度時干密度試驗結(jié)果 試    樣 1# 2# 3# 4# 5# 大約余土高度(m) 0.003 0.003 0.004 0.005 0.006 干密度(kg/m3) 1.86×103 1.87×103 1.85×103 1.84×103 1.84×103 試    樣 6# 7# 8# 9# 10# 大約余

14、土高度(m) 0.007 0.008 0.009 0.009 0.011 干密度(kg/m3) 1.83×103 1.83×103 1.82×103 1.81×103 1.80×103 （3）每層試樣高度對結(jié)果的影響按照執(zhí)行規(guī)范，擊實試驗時,試樣是分3層裝入試筒的, 每層試樣高度宜相等,兩層交界處的土面應(yīng)刨毛每層試樣高度約為筒高的三分之一。表5是對同一種土進(jìn)行擊實試驗時，每層試樣高度基本一致（約為筒高的三分之一）與不一致的干密度比對結(jié)果。從表5中可看出, 1#和2#樣的每層試樣高度基本一致（約為筒高的三分 表5 每層試樣高度不同時干密度試驗結(jié)果

15、 試樣 第1層 第2層 第3層 干密度(kg/m3) 1# 4.0 3.9 4.1 1.85 ×103 2# 3.8 3.9 4.1 1.86 ×103 3# 2.2 5.8 4.0 1.83 ×103 4# 4.2 2.5 5.3 1.84 ×103 5# 5.4 4.0 2.6 1.83 ×103 之一）,其干密度約為1.85×103 kg/m3,3#、4#、5#樣的每層高度都不一致，其干密度比1#和2#樣要低10 kg/m330 kg/m3。我們知道,如果裝入試筒的試樣的每層高度均等時，土體的這時所受的擊實功能是最大的，則其干密

16、度也是最大的。當(dāng)有一層高度大于筒高的三分之一時，由于體積相對增大，則其所擊實功能相對減小，土體的密實度相對變??；當(dāng)這一層土體高度小于筒高的三分之一時，土體浪費掉了一部分能量（擊實功能），土體總體承受的擊實功能減弱，使土體的壓實不能達(dá)到最大。 2.2試樣中大顆粒（碎石）均勻性的影響 送檢的試樣中常夾有較大的不易破碎的顆粒，如碎石等，對最優(yōu)含水率和最大干密度結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定的影響。在實際的試驗中，先將較大顆粒（碎石）篩出，然后將篩出的大顆粒（碎石）均勻地?fù)饺朊糠菟渲频脑嚇又?，不要出現(xiàn)彼多此少的情況，否則試樣的干密度會出現(xiàn)異常，表6是對同一種土按同一含水率,分別摻入不同含量大顆粒（碎石）所做的

17、擊實試驗結(jié)果對比。 表6大顆粒（碎石）摻入量不同時干密度試驗結(jié)果 試樣 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 大顆粒(碎石)摻入量（10-2） 2 2 2 3 3 4 5 6 干密度(kg/m3) ×103 1.82 1.83 1.83 1.85 1.84 1.86 1.88 1.89 從表6可看到試樣中的大顆粒（碎石）摻入量均勻時，試樣的干密度基本保持一致，而大顆粒（碎石）摻入量不均勻時，試樣的干密度呈現(xiàn)一定的離散性，由圖1可知，壓實曲線是由不同的干密度和對應(yīng)的含水率繪制而成，干密度如果不正確的話，這對繪制的壓實曲線產(chǎn)生較大的影響，從而影響最大干密度和最優(yōu)含水率的結(jié)果準(zhǔn)確

18、性。 2.3含水率對最大干密度的影響 土中的含水率是影響擊實效果的一個重要因素。由圖.1的擊實曲線可知，峰值干密度對應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率,能得到最大干密度dmax,，對于同一種土干密度越大，其孔隙比就愈小，所以dmax,相應(yīng)于實驗所達(dá)到的最小孔隙比，在某一含水率下，將土壓至最密，理論上就是將土所有的氣體都從土中排出，使土達(dá)到飽和，得到理論上的最大壓實曲線，即Sr=100%的壓實曲線，稱為飽和曲線3。土中含水率太大或太小都不能達(dá)到最大干密度。含水率太小，土中基本上只有強(qiáng)結(jié)合水，強(qiáng)結(jié)合膜太薄，因為粒間有摩阻力及引力，土顆粒間不易移動，不易密實。含水率太大，土中的自由水要占據(jù)一定的空間，土也不易

19、密實。當(dāng)土中的含水率為最優(yōu)含水率時，土中具有一定的弱結(jié)合水膜，土粒間的弱結(jié)合水膜起到一定的潤滑作用，使土顆粒易移動，并填充孔隙或擠密，從而能夠達(dá)到最大密實度。 2.6土的性質(zhì)對最大干密度的影響 在一定的擊實功作用下，土的最優(yōu)含水率和最大密實度與土的性質(zhì)有關(guān)。在土的性質(zhì)中，土的粒徑的不同對土的壓實性會有不同的影響。我們知道土都是由大小不同的土粒組成的，即不同的土有著不同的粒徑級配，隨著顆粒大小及粒徑級配的不同,土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化.例如粗顆粒的礫石,具有很大的透水性,完全沒有粘性和可塑性；而細(xì)顆粒的粘土則透水性很小，粘性和可塑性較大等。隨著土粒越細(xì)、土的液限就越高、塑性變得越大，在一定的功能下，土體就越不容易被擊實。對于顆粒級配良好的土較粗顆粒間被較細(xì)顆粒所填充，因而有較好的壓實性能，而顆粒級配不好的土在同樣的壓實條件下，壓實性能往往較差。表7列出了幾種不同的土的最優(yōu)含水率和最大干密度。 表7 幾種不同