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土的实验
2007-11-08 20:14:01 阅读163 评论1 字号：大中小
土的击实试验步骤
土的CBR实验
土的压实性
工程建设中广泛用到填土，例如路基、土堤、土坝、飞机跑道、平整场地修建建筑物等，都是把土作为建筑材料按一定要求和范围进行堆填而成。
显然，未经压实的填土，强度低，压缩性大且不均匀，遇水易发生塌陷等现象。
因此，这些填土一般都要经过压实，以减少其沉降量，降低其透水性，提高其强度。
特别是高土石坝，往往是方量达数百万方甚至干百万方以上，是质量要求很高的人工填土。
进行填土时，通常采用夯实、振动或辗压等方法，使土得到压实。
土的压实就是指填土在压实能量作用下，使土颗粒克服粒间阻力而重新排列，使土中的孔隙减小、密度增加，从而使填土在短时间内得到新的结构强度。
土的压实在松软地基处理方
面也得到广泛应用。
实践经验表明，压实细粒土宜用夯击机具或压力较大的辗压机具，同时必需控制土的含水量。
对过湿的粘性土进行辗压或夯实时会出现软弹现象，填土难以压实；对很干的粘性土进行辗压或夯实时，也不能把填土充分压实。
因此，含水量太高或太低的填土都得不到好的压密效果，必须把填土的含水量控制在适当的范围内。
压实粗粒土时，则宜采用振动机具，同时充分洒水。
两种不同的做法说明细粒土和粗粒土具有不同的压密性质。
11.2.1 粘性土的压实性
研究粘性土的压实性可以在试验室或现场进行。
在试验室内研究土的压实性是通过击实试验进行的。
试验的仪器和方法见《土工试验方法标准GBJ123-88》。
试验时将某一种土配成若干份具有不同含水量的土样。
将每份土样装入击实仪内，用完全同样的方法加以击实。
击实后，测出压实土的含水量和干密度。
以含水量为横坐标，干密度为纵坐标，绘制含水量-干密度曲线如图11-3所示。
这种试验称为土的击实试验。
图11-3 粘性土的击实曲线
1. 最优含水量与最大干密度
在一定的压实功能（在试验室压实功能是用击数表示的）下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量。
在图11-3所示的击实曲线上，峰值干密度对应的含水量就是最优含水量。
同一种土，干密度愈大，孔隙比愈小，所以最大干密度相应于击实试
验所能达到的最小孔隙比。
在某一含水量下，将土压到最密，理论上就是将土中所有的气体都从孔隙中赶走，使土达到饱和。
将不同含水量所对应的土体达到饱和状态时的干密度也点绘于图11-3中，得到理论上所能达到的最大压实曲线，即饱和度为 =100%的压实曲线，也称饱和
曲线。
该曲线可用下述公式表示：
（11-1）
按照饱和曲线，当含水量很大时，干密度很小，因为这时土体中很大的一部分体积都是水。
若含水量很小，则饱和曲线上的干密度很大。
当时，饱和曲线的干密度应等于土粒相对密
度。
显然松散的土是无法达到这一密度的。
实际上，试验的击实曲线在峰值以右逐渐接近于饱和曲线，并且大体上与它平行。
在峰值以左，则两根曲线差别较大，而且随着含水量减小，差值迅速增加。
土的最优含水量的大小随土的性质而异，试验表明约在土的塑限附近。
有各种理论解释这种现象的机理。
归纳起来，可以这样理解：当含水量很小时，颗粒表面的水膜很薄，要使颗粒相互移动需要克服很大的粒间阻力，因而需要消耗很大的能量。
这种阻力可能来源于毛细压力或者结合水的剪切阻力。
随着含水量增加，水膜加厚，粒间阻力减小，颗粒就容易移动。
但是，当含水量超过最优含水量以后，水膜继续增厚所引起的润滑作用已不明显。
这时，土中的剩余空气已经不多，并且处于与大气隔绝的封闭状态。
封闭气体很难全部被赶走，因此击实曲线不可能达到饱和曲线，也即击实土不会达到完全饱和状态。
注意到，这里所讨论的是粘性土，粘性土的渗透性很小，在击实的过程中，土中的水来不及渗出，在压实的过程中可以认为含水量保持不变，因此必然是含
水量愈高得到的压实干密度愈小。
2．压实功能的影响
压实功能是指压实单位体积土所消耗的能量。
击实试验中的压实功能可用下式表示：
(11-2)
式中E —压实功能；
W —击锤的质量，在标准击实
试验中击锤质量为2.5kg；
d—落距，击实试验中定为0.30m;
N —每层土的击实次数，标准试
验为27击；
n—铺土层数，试验中分3层；
V—击实筒的体积，为。
每层土的压实次数不同，即表示压实功能有差异。
同一种土，用不同的功能压实，得到的压实曲线如图11-4所示。
曲线表明，压实功能愈大，得到的最优含水量愈小，相应的最大干密度愈大。
所以，对于同一种土，最优含水量和最大干密度并不是恒值，而是随着压密功能而变化的。
同时，从图中还可以看到，含水量超过最优含水量以后，压实功能的影响随含水量的增
加而逐渐减小。
压实曲线均靠近于饱和曲线。
图11-4不同压实功能的击实曲线
3.填土的含水量和辗压标准的控制
由于粘性填土存在最优含水量，因此在填土施工时应将土料的含水量控制在最优含水量左右，以期用较小的能量获得最大的密度。
当含水量控制在最优含水量的左侧时 (即小于最优含水量)，压实土的结构常具有絮凝结构的特征。
这样的土比较均匀，强度较高，较脆硬，不易压密，但浸水时容易产生附加沉降。
当含水量控制在最优含水量的右侧时（即大于最优含水量），土具有分散结构的特征。
这样的土可塑性大，适应变形的能力强，但强度较低，且具有不等向性。
所以，含水量比最优含水量偏高或偏低，填土的性质各有优缺点。
因此，要根据对填土提出的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量进行压实，一般选用的含水量要
求在范围内。
图11-5粗粒土的击实曲线
要求填土达到的压密标准，工程上采用压实度控制。
压实度的定义为：
(11-3)
我国土坝设计规范中规定，Ⅰ、Ⅱ级土石坝，填土的压实度应达到95%–98%以上，Ⅲ至V级土石坝，压实度应大于92%–95%。
填土地基的压实标准也可参照这一规定。
式中的标准压实功能规定为·m/m3，相当于压实试验中每层土夯击27次。
11.2.2无粘性土的压实性
砂和砂砾等无粘性土的压实性也与含水量有关，不过不存在最优含水量问题。
一般在完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到较大的干密度。
潮湿状态，由于毛细压力增加了粒间阻力，压实干密度显着降低。
粗砂在含水量为4-5%左右，中砂在含水量为7%左右时，压实干密度最小，如图11-5所示。
所以，在压实砂砾时要充分洒水使土料饱和。
无粘性土的压实标准，一般用相对密度控制。
以前要求相对密度达到以上，近年来根据地震震害资料的分析结果，认为高烈度区相对密度还应提高。
室内试验的结果也表明，对于饱和的无粘性土，在静力或动力的作用下，相对密度大于时，土的强度明显增加，变形显着减小，可以认为相对密度是土的力学性质的一个转折点。
同时由于大功率的振动辗压机具的发展，提高辗压密实度成为可能。
所以，我国现行的《水工建筑物抗震设计规范》规定，位于浸润线以上的无粘性土要求相对密度达到以上，而浸润线以下的饱和土，相对密度则应达到–。
这些标准对于有抗震要求的其它类型的填土，也可参照采用。
[例题1-1] 某土料场土料的分类为低液限粘土(CL)，天然含水量 21%，土粒相对密度。
室内标准功能压实试验得到最大干密度 1.85g/cm3。
设计中取压实度 %宜，并要求压实后土的饱和度。
问该土料的天然含水量是否适于填筑碾压时土料的含水量应控制为多大
[解] 1.求压实后土的孔隙比
由式(11-3)，填土的干密度
则压实后土的孔隙比
假设土粒的体积，则
孔隙的体积
土粒的质量
2．求碾压含水量
根据题意，按饱和度控制含水量。
因此，水的体积为：
则水的质量
因此，填土的含水量
即辗压时土料的含水量应控制在18%左右。
料场土的含水量超过3%以上，不太适宜直接
填筑，最好进行翻晒处理。
