地基土击实试验成果-工程地质与土工试验检测

一、工作任务

通过地基土击（压）实试验知识的学习，学生应能够承担以下工作任务：

（1）掌握最优含水率和最大干密度的基本概念和影响因素。

（2）掌握击实试验的操作步骤及数据采集和成果的整理分析。

（3）了解试验的原理及注意事项。

二、相关配套知识

（一）最优含水率和最大干密度

1.击实（压实）性

在振动、夯击、碾压等冲击载荷的反复作用下，土的体积减小、密度提高的性质叫作土的击实（压实）性。

在同一击实功（锤的质量、落距、层数、击数等为一定）下将同一土样击实，可以得到不同的干密度。按土的干密度和含水率资料可以作出如图 11-1（a）所示的ρd-w曲线，这种关系曲线叫作击实曲线。

分析上述击实曲线可知，当含水率较低时，干密度 ρd随着含水率w的增加而增加，这说明击实效果在逐步提高；当含水率超过某一限值wopt后，干密度则随着含水量w的增加而降低，这表明击实效果在逐步下降.在击实曲线上出现一个干密度 ρd的峰值，即最大干密度ρdmax ，相应于这个峰值的含水量就是最优含水率wopt。

2.影响击实效果的因素

1）含水率

土的击实是由于土粒在冲击载荷作用下互相挤拢，并把大部分气体从孔隙中排出的结果。当含水率较小时，土中主要是强结合水，土粒周围的结合水膜较薄，土粒之间具有很大的电分子引力，阻止了土颗粒的移动，土粒不易挤紧，所以土的干密度较小。当含水率增加时，土粒的结合水膜加厚，土粒间的联结力减弱，土粒移动时的阻力较小，锤击后土粒易于挤紧，所以土的干密度逐渐增加。当含水率大于最佳含水率时，空气所占体积减小，土中除结合水外还有自由水，空气被自由水包围而处于封闭状态，孔隙水和空气在短时间的击实作用下来不及被挤出，土粒就难以移动挤紧，所以土的干密度又随含水率的增加而减小，如图11-1（a）所示。

图11-1 击实曲线

2）击实功

不同的击实次数，击实曲线的形态基本不变，但位置却发生变动。随着击实次数的增加，曲线向左上方移动，如图 11-1（b）所示。这说明土的最优含水率和最大干密度不是常数。随着击实次数的增加，土的最大干密度增加，而最优含水率却减少。这是因为击实次数越多，击实功越大，就越容易克服土粒移动的阻力，因而可在较低含水率下达到较大的干密度。

在同一含水率下，土的干密度随着击实次数的增加而增加，但是这不仅浪费了击实功能，而且增加的效果有一定的限度。只有在最优含水率下，才能以最小的击实功能达到对应的最大干密度。

3）土的类型和颗粒级配

在同一含水率下，土中黏粒越多，黏粒周围的结合水膜则越薄，土粒移动的阻力也越大，击实也越困难。所以最优含水率的数值随土中黏粒含量的增加而增大，而最大干密度却随土中黏粒含量的增加而减小。一般情况下，黏土的最优含水率比砂土的大，而最大干密度比砂土的小。

级配良好的土，颗粒大小不均匀，在击实作用下容易形成紧密结构。因此，同类型的土，由于颗粒级配不同，最优含水率和最大干密度也不同。

（二）击实试验

击实试验测定试样在标准击实功作用下含水率与干密度之间的关系，从而确定该试样的最优含水率和最大干密度。

本试验分轻型击实和重型击实。轻型击实试验单位体积击实功约为 600 kJ/m3，重型击实试验单位体积击实功约为2 700 kJ/m3。

1.仪器设备

本试验应采用下列仪器设备：

（1）击实筒：钢制圆柱形筒，该筒配有钢护筒、底板和垫块，如图11-2所示。

图11-2 击实筒（单位：mm）

1—护筒；2—击实筒；3—底板；4—垫块。

（2）击锤：击锤必须配备导筒，锤与导筒之间要有相应的间隙，使锤能自由下落，并设有排气孔，如图11-3所示。击锤可用人工操作或机械操作，机械操作的击锤必须有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度均匀分布的装置。

图11-3 击锤与导筒（单位：mm）

1—提手；2—导筒；3—硬橡皮垫；4—击锤。

（3）推土器：螺旋式推土器或其他适用设备。

（4）天平：称量200 g，分度值0.01 g。

（5）台秤：称量15 kg，分度值5 g。

（6）标准筛：孔径为5 mm、20 mm、40 mm。

（7）其他：碾土设备、喷水设备、切土刀、称量盒、烘箱等。

2.试样制备

试样制备分为干法和湿法两种。

1）干法制备试样

干法制备试样应按下列步骤进行：

（1）将代表性试样风干或在低于50 °C温度下进行烘干。烘干后以不破坏试样的基本颗粒为准。将土碾碎，过5 mm、20 mm或40 mm筛，拌和均匀备用。试样数量，小直径击实筒最少20 kg，大直径击实筒最少50 kg。

（2）按烘干法测定试样的风干含水率。按试样的塑限估计最优含水率，在最优含水率附近选择依次相差约2% 的含水率制备一组试样至少5个，其中2个含水率大于塑限、2个小于塑限、1个接近塑限。加水量可用下式计算

式中 ——所需加水量（g）；

m0——风干试样质量（g）；

w0——风干试样含水率（%）；(www.xing528.com)

w′——要求达到的含水率（%）。

（3）按预定的含水率制备试样。根据击实筒容积大小，每个试样取2.5 kg或6.5 kg，平铺于不吸水的平板上，洒水拌和均匀，然后分别放入有盖的容器里静置备用。高塑性黏性土静置时间不得小于24 h，低塑性黏性土静置时间可缩短，但不应小于12 h。

2）湿法制备试样

湿法制备试样应按下列步骤进行：将天然含水率的试样碾碎过5 mm、20 mm或40 mm筛，混合均匀后，按选用击实筒容积取5份试样，其中一份保持天然含水率，其余4份分别风干或加水达到所要求的不同含水率。制备好的试样要完全拌匀，保证水分均匀分布。

3.操作步骤

试验操作应按下列步骤进行：

（1）称取击实筒质量（ m1）并作记录。

（2）将击实仪放在坚实的地面上，安装好击实筒及护筒（大直径击实筒内还要放入垫块），内壁涂少许润滑油。每个试样应根据选用试验类型按表11-1规定，分层击实。每层高度应近似，两层交界处层面刨毛，所用试样的总量应使最后的击实面超出击实筒顶不大于 6 mm。击实时要保持导筒垂直平稳，并按相关试验类型的层数和击数，以均匀速度作用到整个试样上。击锤应沿击实筒周围锤击一遍后，中间再加一击。

（3）击实完成后拆去护筒，用切土刀修平击实筒顶部的试样，拆除底板，当试样底面超出筒外时，也应修平，擦净筒的外壁，称筒和试样的总质量（ m2），准确至5 g。

（4）用推土器将试样从筒中推出，从其中心取2个代表性试样按烘干法测定含水率。

（5）试样不宜重复使用。对易被击碎的脆性颗粒及高塑性黏土的试样不得重复使用。

（6）按以上步骤进行不同含水率试样的击实。

4.成果处理

试验结果应按下列公式计算及制图。

（1）击实后试样的湿密度

式中 ρ——击实后试样的湿密度（g/cm3），计算至0.01 g/cm3；

m2——击实后筒和湿试样质量（g）；

m1——击实筒质量（g）；

V——击实筒容积（cm3）。

（2）击实后试样的干密度

式中 ρd——击实后试样的干密度（g/cm3），计算至0.01 g/cm3；

w——含水率（%）。

（3）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，如图11-4所示。曲线上峰值点的纵横坐标分别表示该击实试样的最大干密度和最优含水率。若曲线不能绘出正确的峰值点，应进行补点。

图11-4 ρd - w 关系曲线

（4）试验所得的最大干密度和最优含水率需校正时，应按以下公式进行：

① 校正后试样的最大干密度

式中 ——校正后试样的最大干密度（g/cm3），计算至0.01 g/cm3；

——粒径小于5 mm、20 mm或40 mm的试样试验所得的最大干密度（g/cm3）；

Ps——试样中粒径大于5 mm、20 mm或40 mm的颗粒含量的质量分数；

ρa——粒径大于5 mm、20 mm或40 mm的颗粒毛体积密度（g/cm3）。

② 校正后试样的最优含水率

式中 ——校正后试样的最优含水率（%），计算至0.01%；

wopt ——粒径小于5 mm、20 mm或40 mm的试样试验所得的最优含水率（%）；

wx——粒径大于5 mm、20 mm或40 mm颗粒吸着含水率（%）。

（5）饱和含水率

式中 wsat——饱和含水率（%），计算至0.1%；

ρs——试样颗粒密度（g/cm3），对于粗粒土，则为试样中粗细颗粒的混合密度；

ρw——4 °C时水的密度（g/cm3）。

（6）计算数个干密度下试样的饱和含水率，以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制出饱和曲线，如图11-4所示。

5.数据记录

记录格式应符合表11-11的要求。

表11-11 击实试验记录