定土的擊實(shí)試驗(yàn)

第五章?lián)魧?shí)試驗(yàn)第一節(jié)擊實(shí)試驗(yàn)的根本原理一、根本概念土的壓實(shí)性工程中，用于填筑路堤等的填料均處于松散的三相狀態(tài)，在以機(jī)械方法施加擊實(shí)功能料時(shí)，常用干密度 表示填土的密實(shí)性。d擊實(shí)試驗(yàn)土地基設(shè)計(jì)施工中不行缺少的重要試驗(yàn)工程。復(fù)作用下，顆粒重排列，其固相密度增加，土地基設(shè)計(jì)施工中不行缺少的重要試驗(yàn)工程。復(fù)作用下，顆粒重排列，其固相密度增加，回彈現(xiàn)象。因此，土的擊實(shí)過程，即不是固結(jié)和粒組在不排水條件下的重組構(gòu)過程。圖擊實(shí)儀國(guó)內(nèi)常用的擊實(shí)試驗(yàn)儀器如圖，主 1—擊實(shí)筒；2—護(hù)筒；要包括擊實(shí)筒和擊錘兩局部，儀器型號(hào)和試 3—導(dǎo)筒；4—擊錐；5—底板驗(yàn)方法不同，其尺寸參數(shù)各異。擊實(shí)曲線室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，一般是備用同一土質(zhì)不同含水率的數(shù)個(gè)土樣，通常5～6個(gè)，分別拌和算土樣的干密度： d

〔5—1〕式中——擊實(shí)后土樣的干密度，g／cm3；d——擊實(shí)后土樣的濕密度，g／cm3；w——擊實(shí)后土樣的含水率，%。中繪制～w曲線，如下圖，該曲線即稱為擊實(shí)曲線。10d10圖擊實(shí)曲線最大干密度和最優(yōu)含水率峰值的上凸形，其峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干密度即為土的最大干密度，常用dmax表示，與其相對(duì)應(yīng)的含水率即為土的最優(yōu)含水率，常用w

表示，如下圖。opt土的最優(yōu)含水率一般在塑限四周〔既wP

〔2～3%，約為液限的～倍。這是由于土的含水率較小時(shí)，土粒四周的結(jié)合水膜較薄，連接較牢，土粒不易移動(dòng)，故難以擊實(shí)；當(dāng)含在最優(yōu)含水率時(shí)，水膜厚度適中，土粒連接較弱，又不存在多余的水分，故易于擊實(shí)，使土少。壓實(shí)度工程實(shí)踐中用壓實(shí)度來掌握粘性土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功能擊實(shí)的最大干密度之比，用百分?jǐn)?shù)表示。我國(guó)土壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，Ⅰ、Ⅱ級(jí)土石壩填土的壓實(shí)度應(yīng)到達(dá)95%～98%，Ⅲ～Ⅴ級(jí)92%。填土地基的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)可參照這一規(guī)定。外表壓實(shí)法和重錘夯實(shí)法表層壓實(shí)法是利用機(jī)械碾壓或機(jī)械振動(dòng)對(duì)填土其壓實(shí)功能影響深度較小，在填土工程中通常分層碾壓，壓實(shí)后的厚度掌握在30～40cm左右，該方法也用于處理表層厚度較小的脆弱地基。重錘夯實(shí)法是利用重錘自由下落時(shí)的沖擊能來夯實(shí)填土或淺層地基量、錘底直徑、落距以及土質(zhì)等因素有關(guān)。二、土的擊實(shí)性擊實(shí)土樣的含水率特性圖曲線右上方的一條線是飽和度為100%的飽和曲線。它表示當(dāng)土在飽和狀態(tài)時(shí)的含水率與干密度之間的關(guān)系。依據(jù)土的三相比例關(guān)系可以導(dǎo)出飽和曲線的表達(dá)式為：wsat

(1d

1 )100 〔5—2〕Gs w式中w

sat

——飽和含水率，％；G——土粒比重或相對(duì)密度；s——水的密度，g／cm3；w——土的干密度，g／cm3。d即使加大擊實(shí)功能亦不能將土中受困氣體排盡，故被擊實(shí)的土體不行能到達(dá)完全飽和的程的緣由。對(duì)于一般粘性土來說，其最大干密度(峰點(diǎn))所相應(yīng)的飽和度約為80％左右。這是100%。擊實(shí)功能對(duì)最大干密度和最優(yōu)含水率的影響土的最優(yōu)含水率和最大干密度與擊實(shí)功能的大小親熱相關(guān)。如圖〔a〕是某一粉質(zhì)粘土10、20、30、40、60用較大的擊實(shí)功能在較小的含水率狀態(tài)下薄，抵抗土粒移動(dòng)的力較大，只有用較大的擊實(shí)功能才能抑制這種抵抗力最大干密度。 mg

擊數(shù)對(duì)對(duì)土擊曲線的影響 mgaaNmaNmaxoptN〔b〕最大干密度和最優(yōu)含水率與擊實(shí)功能的關(guān)系圖不同擊實(shí)功能對(duì)擊實(shí)性的影響圖〔b〕中曲線顯示，擊實(shí)功能愈大，所得的擊實(shí)效果較好，得到的最大干密度愈大。最大干密度增加緩慢。這是由于土被擊實(shí)到達(dá)肯定密實(shí)程度后，土粒已經(jīng)移動(dòng)到的位置，當(dāng)增加填土料的含水率，在較小的擊實(shí)功能作用下獲得肯定的干密度。三、影響土擊實(shí)性的主要因素以上分析可知，影響土的擊實(shí)性的主要因素包括土質(zhì)狀況〔礦物成分和粒度成分、土所處的狀態(tài)〔含水率〕和擊實(shí)條件〔擊實(shí)功能。5-1〔〕或土的級(jí)配良好，土能在較小的含水率下得到較大的干密度。塑性指數(shù)IP最大干密度塑性指數(shù)IP最大干密度相應(yīng)的最優(yōu)含水率dmaxw〔%〕＜10＞＜1310～14～13～1514～17～15～1717～20～1.017～1920～22～19～21制。率偏低時(shí)，壓實(shí)土具有分散構(gòu)造特征，均勻性好，強(qiáng)度較高，較脆硬，但浸水簡(jiǎn)潔產(chǎn)生附加沉降；當(dāng)含水率偏高時(shí)，壓實(shí)填土具有分散構(gòu)造特征，可塑性大，變形穩(wěn)定，但強(qiáng)度較低。含水率狀況，選擇適宜的施工含水率。擊實(shí)特征，當(dāng)含水率較低時(shí)，增加擊實(shí)功能有效地增加填土的密度，如含水率較高，只在擊實(shí)密度的增加就沒有效果。圖土的干密度與擊實(shí)功能的關(guān)系1—w=12%；2w=16%；3w=20%四、擊實(shí)試驗(yàn)應(yīng)留意的幾個(gè)問題關(guān)于試驗(yàn)用土使用風(fēng)干或烘干土問題以在擊實(shí)試驗(yàn)中，應(yīng)用風(fēng)干土作試驗(yàn)更為合理。試驗(yàn)加水拌和浸潤(rùn)與養(yǎng)護(hù)問題12小時(shí)，甚至一晝夜，粉質(zhì)土可適當(dāng)縮短浸潤(rùn)時(shí)間，使有充分時(shí)間浸透，使之干濕均勻。土樣重復(fù)使用問題最大干密度差異也越大，故一般狀況下土樣不宜重復(fù)使用，而應(yīng)承受土做試驗(yàn)。關(guān)于擊實(shí)容器中余土的高度問題于擊實(shí)容器中余土高度不一所產(chǎn)生的影響在操作中，要嚴(yán)格掌握余土高度〔GB/T50123-1999〕中規(guī)定，擊實(shí)完成后，試樣超出擊實(shí)筒頂面的高度不大于6含粗顆粒的計(jì)算校正問題由于擊實(shí)筒的尺寸限制〔GB/T50123-1999〕中規(guī)定，輕型擊實(shí)儀540土料在一樣擊實(shí)功能作用下的最大干密度和最優(yōu)含水率不同，故對(duì)試驗(yàn)結(jié)果需要進(jìn)展校正。525%〔土粒呈片狀30%〔土粒呈渾圓狀即細(xì)土粒能夠到達(dá)最大干密度。所以,實(shí)際土料的最大干密度和最有含水率需要依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展校正。輕型擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度和最優(yōu)含水率的校正公式為：1最大干密度校正1/55max55

1P

〔5—3〕MAX

GW s2式中/max

——校正后試樣的最大干密度g/c3； ——擊實(shí)試樣的最大干密度〔g/cm3〕maxP——粒徑大于5mm土的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%；5G 5mm〔既飽和面干狀態(tài)時(shí)土粒的比重。2s最優(yōu)含水率校正，準(zhǔn)確值%w/ w

(1P)Pw

〔5—4〕opt

opt

5 5 ab式中w/opt

——校正后試樣的最優(yōu)含水率%；w ——擊實(shí)試驗(yàn)試樣的最優(yōu)含水率%；optw ——粒徑大于5mm土粒的吸著水含水率%。ab當(dāng)土中含有大于5毫米顆粒超過30％時(shí)，這些顆粒會(huì)在土中形成骨架作用，使土的物特地性的試驗(yàn)。試驗(yàn)成果檢驗(yàn)線較平緩，土的密度小。此外還須留意，土的塑性指數(shù)越高，最大干密度越小。實(shí)踐資料說明，粘性土的最優(yōu)含水率一般接近塑限值，或近似地取～(平均倍液限含水率。此外，在擊實(shí)試驗(yàn)中還應(yīng)使錘擊的間歇時(shí)間超過土的回彈后效時(shí)間(一般彈性變形的恢復(fù)需幾秒鐘)，由于過快錘擊則錘擊的局部能量，會(huì)局部地被回彈作用力所抵銷，故壓實(shí)效果欠佳，試驗(yàn)中尤應(yīng)留意。關(guān)于最大干密度的計(jì)算下式估算最大干密度的大?。? wGs式中Gs

——土顆粒比重；

dmax

1w Gopt s ——水的密度，g／cm3；ww ——最優(yōu)含水率，按當(dāng)?shù)亻啔v或取〔wopt

+2〕%；P 0．950．960．97。其次節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)型擊實(shí)試驗(yàn)方法一、根本原理擊實(shí)試驗(yàn)的目的是在室內(nèi)利用擊實(shí)儀的含水率〔最優(yōu)含水率〕和此時(shí)的干密度〔最大干密度，借以了解土的壓實(shí)特性，作為選試驗(yàn)是指承受特地的擊實(shí)儀和規(guī)定的擊實(shí)方法給土體施加給肯定的擊實(shí)功能。本試驗(yàn)分為輕型擊實(shí)和重型擊實(shí)，我國(guó)以往承受輕型擊實(shí)試驗(yàn)較多，水庫路基填土均承受輕型擊實(shí)試驗(yàn)，輕型擊實(shí)試驗(yàn)分三層擊實(shí)，適用于粒徑小于5mm的粘性土；于粒徑不大于20mm的土，假設(shè)分三層擊實(shí)，則最大粒徑不得大于40mm。同時(shí)，在輕型擊實(shí)試驗(yàn)中，對(duì)試樣中粒徑大于5mm的土質(zhì)量小于或等于試樣總質(zhì)量的30%時(shí)，需要對(duì)最大干密度和最優(yōu)含水率進(jìn)展校正。二、儀器設(shè)備擊實(shí)儀：主要由擊實(shí)筒和擊錘組成。輕型擊實(shí)試驗(yàn)和重型擊實(shí)試驗(yàn)的擊實(shí)儀主要參5-2、圖和圖。單位體積擊實(shí)功(kJ/單位體積擊實(shí)功(kJ/3)試驗(yàn)錘底直徑錘質(zhì)量落距擊實(shí)筒護(hù)筒高度方法(mm)(kg)(mm)內(nèi)徑(mm)筒高(mm)容積(c)(mm)輕型5130510211650重型5145715211650〔a〕輕型擊實(shí)筒 〔b〕重型擊實(shí)筒圖擊實(shí)筒1—護(hù)筒；2—擊實(shí)筒；3—底板；4—墊塊〔a〕擊錘 〔b〕擊錘圖擊錘2—導(dǎo)筒；3—硬橡皮墊；4—擊錘同時(shí)，擊實(shí)儀要滿足下面要求：擊實(shí)試驗(yàn)分輕型擊實(shí)試驗(yàn)和重型擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)儀的擊實(shí)筒和擊錘尺寸如表5-1和圖，圖；擊錘要配導(dǎo)桿，導(dǎo)桿與擊錘之間要有足夠間隔使擊錘自由下落；電動(dòng)掌握的擊錘〔輕型°，重型45°〕〔重型擊實(shí)儀中心點(diǎn)每圈加一擊。天平稱量200g0.01g2kg1g；臺(tái)秤稱量10kg5g；推土器〔無推土器時(shí)，可用刮刀和修土刀將試樣從擊實(shí)筒中取出；5mm、20mm40mm；其他：噴水設(shè)備、碾土設(shè)備、修土刀、小量筒、盛土盤、測(cè)含水率設(shè)備、保濕器等。三、操作步驟制備土樣〔分為干法和濕法兩種〕干法制備取代表性風(fēng)干〔或在＜60℃下烘干〕土樣放在橡皮板上用木碾碾散，過5mm〔重20mm40mm〕15～20kg〔50kg〕備用，測(cè)土樣風(fēng)干含水率。依據(jù)土的塑限預(yù)估土的最優(yōu)含水率，按依次相差約25～6峰值。預(yù)加水量按下式計(jì)算：mm 0 0.01(w

w)w 10.01w 1 00式中m——制備試樣所需的加水量，g；wm——風(fēng)干土樣的質(zhì)量，g；0w——風(fēng)干土樣含水率，%；0w——制樣要求到達(dá)的含水率，%。1按預(yù)定含水率制備試樣，每個(gè)試樣取，平鋪于不吸水的平板〔或調(diào)土盤〕上，用2412濕法制備取自然含水率狀態(tài)下的代表性土樣20k〔重型為50k5mm〔20mm40mm〕篩，將篩下土樣拌勻測(cè)其自然含水率。5個(gè)含水率，具體方法和干法制備土樣一樣。分別將自然含水率的土樣風(fēng)干或加水進(jìn)展制備，留意保證制備好的土樣水分均勻分布。分層擊實(shí)將擊實(shí)筒放在堅(jiān)硬的地面上，在擊實(shí)筒內(nèi)壁涂一薄層潤(rùn)滑油并與底座連接好，稱取肯定量的試樣倒入擊實(shí)筒內(nèi)，分層擊實(shí)，其中輕型擊實(shí)試樣質(zhì)量2～5kg，分三層，每層254～10kg5694為305mm，重型為457mm。錘跡必需均勻分布于土面。第一層擊完后，安裝套環(huán)、重復(fù)上述6mm。卸下護(hù)筒，用直刮刀修平擊實(shí)筒頂部的試樣，撤除底板，試樣底部假設(shè)超出筒外也應(yīng)修平，擦凈筒外壁，稱量筒與試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至1g，并計(jì)算試樣濕密度。用推土器將試樣從擊實(shí)筒內(nèi)推出，取兩個(gè)代表性試樣〔如在土樣中心處取樣〕測(cè)其含水率，21%。按上述1〔〕工作。四、成果整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)可記錄在相應(yīng)表格中，記錄表格見表5-3計(jì)算試樣含水率、濕密度和干密度d含水率w計(jì)算公式〔

m2w 1mm22 0濕密度計(jì)算公式〔準(zhǔn)確至0.01g/c3：mV干密度d

計(jì)算公式為式1〔準(zhǔn)確至0.01g/c3。式中m、mm1 2 0

——分別為含水盒加濕土質(zhì)量、含水盒加干土質(zhì)量和含水盒質(zhì)量，g；m——擊實(shí)后試樣質(zhì)量，大小等于擊實(shí)筒加試樣質(zhì)量減去擊實(shí)筒質(zhì)量，g；V——擊實(shí)筒體積，cm3。計(jì)算飽和含水率計(jì)算飽和含水率公式為式—繪制擊實(shí)曲線以干密度w為橫坐標(biāo)，在直角坐標(biāo)系中繪制擊實(shí)曲線，同時(shí)繪制飽和曲d線曲線上峰值點(diǎn)相應(yīng)的縱坐標(biāo)為該土的最大干密度 相應(yīng)的橫坐標(biāo)為最優(yōu)含水率wmax opt〔圖。如不能連成完整曲線時(shí)應(yīng)補(bǔ)點(diǎn)，土樣不宜重復(fù)使用。