（岩土工程专业论文）低液限粉土的特性与压实技术研究.pdf

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h i g h t h e r e f o r e ，t h er e a s o n a b l ec o m p a c t i o n m e t h o d ，t e c h n o l o g y , a n dc r i t e r i o no fs i l to fl o wl i q u i dl i m i ta r ee n g i n e e r i n gp r o b l e m w h i c hw i l lb e e ns o l v e dd e s i d e r a t e l yi nh i g h w a yc o n s t r u c t i o ni ny e l l o wr i v e rp l a i n t h es o i lo fl o wl i q u i dl i m i td i f f e r s 、析t hg e n e r a is o i lo nc o n t a i no fm i n e r a l 、 d i s t r i b u t i o no fg r a n u l ea n dc o m p a c tm e c h a n i s m b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo f p e r f o r m a n c ei np h y s i c s 、m e c h a n i c sa n de n g i n e e r i n g ，t h ec o m p a c t i o nd e g r e ei s d i f f i c u l tt ob er e q u i r e d ，i f t h ec o m p a c tm e t h o do f m a d b c di sa d o p t e da c c o r d i n gt ot h e r u l e si nt h ea c t u a lc r i t e t i o n i no r d e rt oe x p l o r ec o m p a c tm e c h a n i s mo f s i l ta n dd e f i n e t ot h er e a s o n a b l ec o m p a c tm e t h o d 、c o n s t r u c t i o n a lt e c h n o l o g ya n dc o m p a c tc r i t e r i o n , e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n dt h e o r ya n a l y s i so ft h ec o m p o s i n go fs i l tg r a n u l e ，p h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ，c o m p a c t i o np r o p e r t ya n dc o m p r e s s i b i l i t ya r ec a r r i e do u t i nt h i st h e s i s a sar e s u l t ，i tc a nm a k eu pt h ei n s u f f i c i e n c yo fn a t i o n a lc r i t e r i o n t h e r e s e a r c ht a k e so nt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lm e a n i n g sf o rc u t t i n gd o w nt h er o a dd i s e a s e ， i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fp a v e m e n ta n ds u b g r a d e ，i n c r e a s i n gt h el i f e - u s e ，r e d u c i n g p r o j c o tc o s t t h ee x p e r i m e n t si nl a ba n ds p o t sa n dt h et h e o r ya n a l y s i sa r ep r i m a r ym e a n si n t h et h e s i s t h ec o n t e n t s i n c l u d e ：a s s a y i n go f s i l tg r a n u l e , t e s to f s p e c i f i cg r a v i t y , t e s t o fl i m i tc o n t a i n i n gm o i s t u r e ，t e s to ft h es t a n d a r dc o m p a c t i o n , t h ec o m p a c t i o nt e s tb y c h a n g i n gt e m p i n gp o w e ra n dg r a d e dm a t c h ，c o m p r e s s i n gt e s t , c o n c r e t i o nt e s t , t e s ti n s p o t so ft h ec o m b i n a t i o n s 、硝t hv a r i o u sc o m p a c t i o nt e c h n i c s t h et e s t i n g si ns p o t so f m o d u l u so f e l a s t i c i t ya n dc b ri na r e a sw i t hv a r i o u sc o m p a c td e g r e e ，a n ds oo n t h ea n a l y s i sa n dc o m p u t a t i o no ft h ee x p e r i m e n t sa n dt h er e s e a r c ho ft h e m e c h a n i s ms h o w ：f o rt h es u b g r a d eo fs i l tc o n s t r u c t e db a s e do nt h ea c t u a lc o m p a c t i o n t e c h n i c sa n dc r i t e r i o n ，t h e r ee x i s ta b o u t1 0 r a t i oo fa i r , h o w e v e rb yi m p r o v i n g c o m p a c tp o w e r t h ea c t u a lc o m p a c tm e t h o di sn o ts u i t e df o rt h i sk i n do fs o i l ，a n dt h e 2 山东大学硕士学位论文 c o m p a c tc r i t e r i o ni so nt h el o ws i d e ；t h ec o m p a c to fs i l ti st h ep r o c e s so f e x h a u s t 、 d r a i n a g e 、t h es h i ra n dr e a r r a n g e m e n to f g r a n u l e s ；t h ek e yo f c o m p a c t i o no f s i l ti st h e a p p r o p r i a t es w i n ga n df r e q u e n c y ；t h ev e l o c i t yo fc o m p a c t i o ni si m p o r t a n tf o r a s s u r i n gt h ec o m p a c tq u a l i t y ；t h em o d u l u so f e l a s t i c i t ya n dc b rt e s t e di ns p o t ss h o w t h a tt h er i g i d i t ya n dc a p a c i t yr e s i s t i n gd i s t o r t i o no fs u b g r a d ea r ee n h a n c e de f f e c t i v e l y b ya p p r o p r i a t et e c h n i c so f c o m p a c t i o na n dt h ee n h a n c e m e n to f c o m p a c t i o no f d e g r e e i nt h i st h e s i s ，m a n ya s p e c t so fs i l to fl o wl i q u i dl i m i ta r er e s e a r c h e ds y s t e m i c a l l y s u c ht h a tp r o p e r t yo fp h y s i c sa n dm e c h a n i c s 、p r o p e r t yo fe n g i n e e r i n g 、t e c h n i c so f c o u s t r t l c t i o n ai ns p o t sa n di n t e n s i t yo fs u b g r a d e a l lt h i sw i l lb em e a n i n gu s e df o r r e f e r e n c eo f d e s i g na n dc o n s t r u c t i o nb r o a d l yi nt h i sf i e l dl a t e r k e y w o r d s ：s i l to fl o wl i q u i dl i m i t c o m p a c tp e r f o r m a n c ed e g r e eo f c o m p a c t i o ni n t e n s i t yo f s u b g r a d e t e c h n i c so f c o n s t r u c t i o n 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 路基是公路的重要组成部分，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带 状构造物，承受由路面传来的荷载，必须具有足够的强度、稳定性和耐久性【”。 路基的强度与稳定性，是保证路面强度与稳定性的基本条件，路基填筑时的密 实度是提高路基的强度与稳定性的关键。压实可以充分发挥路基土和路面材料 的强度，可以减少路基、路面在行车荷载作用下产生的永久变形，还可以增加 路基土和路面材料的不透水性和强度稳定性。这对于增强道路的使用性能并延 长使用寿命是非常重要的。实践证明，采用高标准压实，是提高路基、路面应 有强度和稳定性的一项最经济有效的技术措施【2 】。长期以来，路基的压实标准不 论何种土类均采用压实度指标进行控制，标准千密度的确定一直沿用葡氏试验 法和修正葡氏试验法这在交通量低，轴载轻的六、七十年代是可行的，但进 入八十年代以来，随着交通量的迅猛增长和大轴载车辆的增加，现行压实标准 己越来越难以适应高速公路路基、路面强度与稳定性的要求。由于路基压实不 足导致新建和改建后的高等级公路路面产生早期损坏的现象屡见不鲜。如路基 不均匀固结沉降导致路面局部沉陷或产生纵向裂缝；地基处理不好和压实度不 够导致路面产生纵向裂缝；构造物两头路基沉陷导致“桥头跳车”；路面产生结 构性破坏等。因此，路基的压实对于公路的稳定性和使用耐久性具有十分重要 的意义。 公路路基的主体，是由岩土构筑而成，设计施工中将会遇到各种各样的地 质、地形、土质、岩质条件。由于我国土地资源相对匮乏，人均耕地少，为保 护有限的土地资源，必须因地制宜，充分利用当地丰富的材料作为路基填料。 由于不同材料自身的矿物成分、结构不同，其压实性能、压实标准与压实工艺 也应不同，不能用同一压实标准进行控制。针对材料自身性能进行压实标准与 压实工艺研究极其重要。路基压实理论随着路基填料范围的拓宽不断进步，目 前国内外的压实理论有静碾压理论、振动碾压理论、振荡碾压理论、冲击碾压 理论等，这些理论给予了现场施工有力的指导【3 l 。随压实理论发展相应而产生的 压路机有静碾压路机、振动压路机、振动碾、振荡压路机以及冲击压路机等。 路基填料的压实必须与碾压机械、压实工艺相结合才能取得好的压实效果。 粉土既不同于粘性土，又有别于砂土，具有独特的特性。粉土中的粉粒含 山东大学硕士学位论文 量较多，粗粒和粘粒含量极少1 4 1 。粉土在矿物组成、颗粒分布以及压实机理方面 均不同于一般土。近年来，黄河冲积平原修建的部分高速公路如济聊公路、菏 东公路，从其运营2 3 年后路况调查情况看，黄河冲积平原修建的高速公路路 面施工质量较好，杜绝了沥青路面的早期损害和前修后坏现象。但路面平整度 指标变化幅度较大，特别是桥头跳车现象普遍，个别桥头跳车严重，沥青路面 产生纵向裂缝，一定程度上降低了高速公路的服务水平，产生了不良社会影响【习。 造成上述病害的主要原因是路基的不均匀沉降。其中固然有施工和车辆超载等 方面的原因，但路基的压实不密或压实标准偏低是导致路基病害的一个主要原 因。因为该类粉土粉粒含量高，粘粒含量低，粒径均匀，近乎球形体堆积，常 规的压实方法和压实工艺难以压实。因此，系统地对粉土的各种特性进行试验 及理论分析、揭示粉土的内部结构与工程特性之间的关系、探索粉土的压实机 理、合理的施工工艺，就成为本课题亟待解决的问题。 滨( 州) ( 淄) 博高速公路路基穿过的整个区域为黄河冲积粉土，室内标准 击实试验表明：即使在最佳含水量和最大干密度下( 即压实度k - - 1 0 0 ) ，其空 气体积率v 。仍高达约9 6 ( 粘性土为2 6 ) ，这说明土中孔隙还未压实到密实 的程度，压实后的路基毛细管仍很发育，容易产生压缩变形，水稳性不好，易 冻胀翻浆。而且这类土粘性小，持水能力差，压实时最佳含水量难以控制，属 于难以压实的土类之一。所以研究的关键为该类土的压实性能、合理的压实标 准和压实工艺。 论文以室内试验、现场试验以及理论分析为主要研究方法。主要内容包括： 粉土的颗粒分析试验、比重试验、界限含水量试验、标准击实试验、改变击实 功和级配的击实试验、压缩试验、固结试验、现场不同碾压工艺组合试验以及 现场不同压实度区测试回弹模量和c b r 值等，通过分析提出压实标准、控制方 法以及合理的施工工艺这对保证粉性土路基的强度和稳定性，减少沥青路面 的早期损坏，加速我国高等级公路的建设，节约建设资金等具有较大的理论和 现实意义。 1 1 国内外研究现状 长期以来，国内外研究较多集中于沙漠地区的风积砂及含少量粉土的砂， 对黄泛作用形成的低液限粉土的物理、力学性质以及工程特性缺乏科学系统的 研究。国内工程界主要集中于对该类土的无机结合料稳定问题作了研究，经过 6 山东大学硕士学位论文 工程实践掌握了该类土的一些工程特性和施工经验，但还没有真正从压实机理 上认清问题的实质，没有从根本上解决低液限粉土的压实问题。 1 1 1 国外对粉性土填筑路基的压实研究状况 国外对粉性土的压实研究较少。河南省交通科学技术研究所的孙淑勤【6 】等通 过比较中、日公路土质路基压实控制方法，阐述了日本的土质路基的压实控制 方法：根据土的级配( 7 5 u r n 筛通过量) 划分控制标准，对7 5 u r n 筛通过量在2 0 以上的土用空气率v 。控制，对7 5 u r n 筛通过量不足2 0 的土用密度比d 。控制， 详细规定见表1 1 。 表i - 1日本土质路基压实标准和控制方法 标准值 方位樊翳 眭验理甘 压实度施工音木事 用孔璩单匕标准试验蛔粒土的比重试验 撕如时匕， 路床控制的土詹现场谴验土昀密度和古水量试验 蜘煳蛔卸时匕l 上层 用密度比d o标准试验土的击实标准试验m h ，- t 蔫足规定 矗控制盼土质现场毽验土的密度及古水量试验n 9 7 , 沉降量 库 用孔尊率匕标准试验蛐拉土的比t 试验4 ，哪釉时k 的古水奉 路库控倒的土质琨局试验土竹密度和吉水量试羹蝴韶郴啪铷耐匕l ， 下层 用密度比珥标准试验土的击实标准试验日h m 日m 镛 控翻的土质现场试验 土的密度厦舍水量试验n 9 2 用孔骧率匕标准试验细段土的比重试验- 竹岫卵 时匕 路埋控删的土厦现场试验土的密度和古水量试齄，a 铀7 5 啊时1 1 , l ， 上尼 用密度比皿标准试验土的击安标准试t 4 知日卸时 蕾确保夭热 矗控制的土晨现场试齄土竹峦度爰古水量试验 4 9 巍 音承牢或奠 埋 用孔腺事v -标准试验细牲土的标准试验? 巧岫知时v 钟 工机黛可丑 路堤控捌的土质现厮试验土的密度和古水量试验 娜馆q 槲v 蔗l 行的含水搴 下层 用密度比d 标准试验土的击实标准试验- t s u m 9 6 ，只在当时的局部低洼地带，沉积了 粉质粘土地层。除b 、e 点外，各点分两层取样，上下两层粉土的粉粒和粘土矿 物含量如图2 - 2 所示，地层的构造无论是垂直剖面还是水平方向上，均以粉砂土 和粉土夹薄层粘土构成。粉粒含量高，粘土矿物含量低。 骷土士量色宵矗愤膏 砼曼束_ 窟旁 善孵t i i q r 姒曩土表她i l l 毪， t t 仉 辟一晖5d l 铲鼍詹t 鼍属廿量羞色， 幢_ l 垃育章尼t ，膏 虹克一无虫化石晖4 铬n m 挪 毫曲 抽柚 b c d e 辰样直 x 翁往_ x 牯土r 铒 0 1 图2 1 占化县下河公社李村处全新世( q 4 ) 剖面【2 9 】图2 - 2 采集点粉粒和粘土矿物含量分布c 挣】 2 1 2 土的物质组成特点 2 1 2 1 土壤中的盐分 黄河三角洲地区，属暖湿带季风区。春旱，夏涝( 潮湿系数k 在7 8 月份为 1 8 ) ，晚秋又早。1 2 刁月份干燥寒冷，最低气温为1 0 ( 2 。土壤的含盐量和盐分 随潜水埋深而变化，地面高程 3 5 m 地区，潜水埋深2 3 m ，矿化良 3 9 1 ，最 1 3 犍巩n 色片“ 色短阳砉l聃帆默一棚辅弗，毫鱼9 耳“骺鸳能肛一肌矗张炻愧嚣扯瓤戤獬猫 山东大学硕士学位论文 高为4 6 7 9 l ，以n a c l 为主，c i 。占阴离子总量的8 0 田o ，阳离子以n a + 和k + 为 主，n a + 占阳离子总量的7 0 0 o - 8 0 。地面高程妈5 m 的地区，矿化度 5 0 9 l ， 以氯化物为主。c l q 矿占含盐量的8 0 以上，水溶盐以c l 和n a ? 为主，土中的盐 分与地下水矿化类型相一致。土壤盐渍化严重，属氯盐碱性土。 2 1 2 2 土的化学成分 表2 - i 土的化学组成 主要化学成分见表2 1 ，其特点是高硅( s i ) 铝( 舢) ，次为钙( c a ) 、钾、钠( k 2 0 十n a 2 0 ) 含量较高，硅铝率高，p h 值7 i 8 6 1 2 9 1 。 2 1 2 3 土的矿物组成 矿物组成见表2 - 2 。其特点是非粘土矿物含量高，占7 4 ，最高达8 9 。主 要由石英、长石、盐酸盐和云母等次生矿物砂粒组成。粘土矿物含量低，平均 占2 6 ，最低占l1 。伊利石和蒙脱石二者占粘土矿物总量的7 9 ，最高达8 4 。 与黄土高原及黄河中游第四系沉积土层相比，碳酸盐矿物含量丰富，以c a c 0 3 为主，蒙脱石含量高。这是因为三角洲陆相沉积物沉积过程中，受海洋的顶托 和侧渗作用【3 0 1 ，沉积间隙水富含k + 、n a + 、c a 2 + 和m 9 2 + 离子。碱性环境，c a 2 + 与 h c 0 3 结合成c a c 0 3 沉淀，m 矿+ 则易替代伊利石和高岭石晶格中的灿”，而形成 蒙脱石【2 9 l 表2 - 2土的矿物组成 1 4 山东大学硕士学位论文 2 2 室内击实试验研究 2 2 1 不同土质( 粉土、粘土) 的物性指标与颗分特点 丐测 i 、i 义。鞑二= 剖 、誉 3 塾 、沁。= = ! z j 蝣 懋 餐 繁￥ 艇 圭。：一。 lo 1 d ( _ ) o - o l 图2 - 3 黄河三角洲地区土的粒径分布曲线。 表2 3黄河三角洲地区土的粒径组成 注：不均匀系数c 垆d 。吐。；曲率系数o f p ( d 。) 土的颗粒分布特征如图2 - 3 和表2 3 所示。各采样点土的粒径分布曲线在整体 上呈较徒的凹面向上的形状。0 0 7 4 - - 0 0 0 2 m m 粉粒平均占9 7 ，其中8 0 的颗粒 集中在0 0 5 - - 0 0 0 5 m m 的范围内，d 5 ，c c = 1 3 的要求。 因此它是以粉粒为主，含粘粒极少的级配不良土。 土的可塑性界限含水量见表2 4 。粉性土粘粒含量极少，几乎全由原生矿物 组成，液限w l 却高于一般粉土。在塑性图上，它们落在塑性指数i p 1 0 的a 级以 上。其原因一是粘土矿物中亲水性大的蒙脱石矿物含量较高，对塑性指数影响 很大，二是土的p h 值高，土中k + 含量高，有利于伊利石的阳离子交换进行，提 高了土的吸水性。因此它的塑性指数不能真实地反映土中粘土矿物的含量和土 柏 o 芒蟠鑫茁=r霉照z霉r， 山东大学硕士学位论文 与石灰、水泥相互作用生成固化物量的能力。 表2 - 4 土的液塑限含水量 试样编号液限w l ( ) 塑限w p ( )塑性指数i p ( 按细粒土) a l3 2 82 i 8i l a 2 3 32 t 8 1 1 2 c l3 4 52 2 6 1 1 9 c 23 2 32 1 41 0 9 d l3 3 72 3l o 7 d 23 2 52 0 81 1 7 e3 3 82 0 21 3 6 2 2 2 室内击实成果分析 土样l 和土样2 分别取自山东省滨州黄河大桥处和东营孤岛处，粘性土取 自山东泗水。粉土和粘土分别取两组，按公路土工试验规程j t j 0 5 1 9 3 规程， 用筛分和比重计联合法测试粒径组成，见表2 5 。 表2 - 5土的颗粒组成 注：不均匀系数c u = d 。d , 。；曲率系数。一r ( d “。) 表2 - 5 显示，粉土l 的粉粒含量占5 5 7 ，砂粒占4 0 2 ，粘粒占4 。粉土2 的粉粒含量占7 0 1 ，砂粒占2 6 5 ，粘粒仅占3 5 ，为典型的粉土。粘土1 的砂 粒含量占3 1 ，粉粒占8 4 2 ，粘粒占1 2 7 ，粘土2 不含砂粒，粉粒占5 4 o ， 粘粒占4 5 9 。用1 0 0 9 锥的联合液塑性仪测试可塑性，结果见表2 6 。根据公 路土工试验规程j t j 0 5 1 9 3 口”土的分类法，粉土为含砂低液限粉土；粘土l 为低 液限粉质粘土，粘土2 为高液限粘土粉土不均匀系数c u 为4 2 和4 6 ，曲率系数 c c 为2 7 和i 4 ，不能同时满足c u 5 ，c c = i 一3 的要求，属级配不良土。 表2 6土的物性指标 竺鲨鍪錾竺差筮簦釜鲎 粉士i2 71 7 29 8 2 7 0 1 7 51 4 6 粉土2 2 9 9 1 9 i1 0 82 7 01 6 91 5 粘土i 4 8 2 0 12 7 92 7 51 9 11 4 堑主! !丝：! ! ：! ! ：翌 ! ：! ! ! ：! 标准击实采用公路土工试验规程j t j 0 5 1 9 3 规定的重型击实i i 2 法 试验结果见表2 7 。击实曲线如图2 - 4 图2 7 。 击实曲线分析：粉土l 击实曲线有两个驼峰，当含水量在1 0 1 4 6 之间 变化时，干密度变化较缓，超过1 i c o o 。后，干密度急速下降。显示了砂性土的 1 6 山东大学硕士学位论文 特点，原因为大于o 0 5 m m 的粗粉粒含量较高，表现为砂性土特点。与粉土1 相 比，粉土2 粒度更均匀，击实曲线呈宽缓的驼峰，击实曲线偏离饱和曲线( v l - o ) 更远，显示了级配不良粉性土压实后空气体积率仍较大的特点。与粘性土相比， 粉性土的击实曲线离饱和曲线距离较大，说明粉性土颗粒均匀，颗粒间的排列 压实较难，缺少小的颗粒填充孔隙，故孔隙大，所以密实度的提高，在于压实 工艺能否驱使颗粒处于最佳的排列状态粘土l 级配良好，粘土2 颗粒集中在 粘粒上，粘土l 比粘土2 击实曲线离饱和线更近，压实性能最好。 粉性土对压实性状影响的敏感粒级是 0 0 0 5 一o 0 0 2 m m 的颗粒含量，它直接 影响着粉性土压实及与水作用的能力，该部分颗粒可有效填充颗粒间孔隙，而 表2 5 显示该部分颗粒含量很少，不能有效填充颗粒间孔隙，所以，击实后仍有 较大孔隙，与饱和曲线距离较大。表2 5 显示粉土中中细砂和粗粒级的粉粒含量 较多，所以粉性土的压实曲线的左半部分与砂性土相似。 击实过程中，大于最佳含水量3 - - 3 5 的粉土试件有水渗出。粘性土即使在 含水量最大的最后一个试件，出现较大弹簧现象而无水渗出。 46 81 0 1 2 1 41 6 1 82 0 毖 含水量( _ ) 图2 - 4 粉土l 含水量干密度曲线 2 0 4 2 ，、1 9 6 张i 蕈：1 理8 r1 6 8 6 8l o 1 21 41 61 82 0 含水量( ) 图2 - 6 粘土i 含水量干密度曲线 2 0 2 逞1 眈 博1 8 2 蜘 h - 1 7 2 1 01 21 41 61 82 0 含水量( 薯) 图2 - 5 粉土2 含水量- 千密度曲线 鼍 魁 蜘 牛 1 0 1 5 含水量翟) 2 5 图2 - 7 粘土2 含水量干密度曲线 图2 - 6 和图2 - 7 为粘性土击实曲线。土中粘粒含量多。含水量小时，水被 1 7 成瑚埘m m 瑚胤：三届 一u；v鲻静巾 山东大学硕士学位论文 粘粒吸附，土粒外围水膜较薄，粒间分子引力大，击实功大部分转化成孔隙气体 压力，击实作用很难克服粒间联结力，导致颗粒移动与重新排列较难，因此很难 击实，干密度怕小。随含水量增加，土粒水膜变厚，粒间引力变弱，击实促 使气体排出，孔隙体积减小，易于颗粒的移动与冲填作用的进行。这个过程一直 进行到y d 达到最大值，此时的含水量为最佳含水量。含水量继续增高，孔隙水 不断增大，孔隙中的气体被封闭，击实作用不易将气体排出，土中水和气的孔隙 压力消散了大部分击实功，颗粒间的有效功较小，因此干密度减小如图2 - 6 和图2 7 所示。 无粘性土( 砂、砾等) 颗粒粒径大，孔隙连通，排水性能好，其压实主要 表现为颗粒间的移动填充。当处于干燥状态击实时，即= o ，土为二相体，击实 功全部转化为颗粒移动的动能，促使颗粒的移动与填充，干密度最大。随含水 量增加，击实功一部分消耗于孔隙水压力，颗粒间的孔隙水不易排出，促使颗 粒移动的功能减弱，因而干密度舶迅速减小到最小值。随含水量的继续增加， 水在土颗粒间起着润滑作用，使土的内摩阻力减小，干密度相增加，当达到饱 和状态( 即v a = o ) 时，土又变成二相体，此时振动击实，颗粒能自由地滑移与 填充，可获得最大干密度。所以无粘性土在干燥或饱和状态下可获得最大干密 度。击实曲线吲见图2 - 8 。 图2 - 8 无粘性土的击实曲线 图2 _ 4 和图2 5 为黄河冲( 淤) 积粉土的击实曲线，它即不同于粘性土， 又不同于无粘性土。击实曲线呈马鞍形，有两个驼峰。当含水量较低时，击实后 的干密度随含水量的增大而增大，出现第一个峰值。随着含水量的继续增加干密 度减小，随后变大出现第二个峰值，而后随含水量的增大干密度减小 当含水量低时，土中0 0 0 5 m m 的颗粒粘附在粗颗粒表面，颗粒形成近乎 山东大学硕士学位论文 球粒堆积结构，击实功只能促使颗粒错位移动，土中孔隙没有压缩和减小，因而 干密度丫d 较小当含水量增加一定量时，水起润滑作用，怕很快增加到第一峰值。 而后，随含水量增加，o 0 0 5 m m 的颗粒表面形成结合水膜，粉粒间的毛细引力 增大，粒间联结力增强，可抵消部分击实功，减弱了击实移动颗粒的作用，相 降低。随含水量不断增加，水膜逐步变厚，颗粒移动的自由度增大，击实促使颗 粒的重新排列，气体不断被排出，密度逐步增大到最大值( 第二个峰值) 。随含水 量继续增高，土中的孔隙水体积不断增加，击实引起的孔隙水压力越来越大，消 散了大部分击实功，所以丫d 下降。当含水量继续增大时，孔隙水压力继续增大， 有效应力减少，最后水从击实筒底渗出。 在低含水量和高含水量时，干密度迅速下降，说明不能在低和高含水量下 压实。与粘性土的饱和曲线相比，它的饱和曲线离击实曲线较远，说明常规的击 ( 压) 实方法，即便在最大干密度状态，土中的v a 仍较大因此标准的击实方 法不能获得粉土的最大密实度 2 2 3 击实功对粉土压实的影响 2 2 3 1 不同压实度时的孔隙比e 、空气体积率v a 、饱和度s r 对比 由表2 - 7 可知： ( 1 ) 空气体积率v 。：对应每个压实度，土中的v 。，粘土l ( 粘土2 粉土2 ，土的饱和度s r 是土中水的体积与孔 隙体积之比。粘土的压实过程是排气不排水、孔隙压缩过程，碾压时的含水量 是压实的关键指标。粉土的压实过程是颗粒移位、重排列过程，合适的振幅与 频率是粉性土压实的关键。粉性土与粘性土的压实工艺应不同。通过改变粉土 的级配，即提高粘粒部分的含量，可有效改变压实性能。 ( 3 ) 孔隙比e ：孔隙比e 是反映土体密实程度的重要物理指标，土的孔隙 率e ：粘土 粉土2 粉土1 ，说明粘性土压缩变形量大于粉性土；粘性土的排 1 9 山东大学硕士学位论文 气孔隙压缩使得发生以竖向压缩为主，粉性土的颗粒横向移位重排列使得以横 向位移为主。 ( 4 ) 对粘性土，对应同一个压实度( 干密度) ，在哪个含水量压实，土中 空气体积率是不一样的。可吸入的水量也不同。对于压实后含水量变化引起强 度迅速变化的粘土路基，在压实度要求的含水量高限还是低限压实很重要，这 也对合理确定粘性土的压实质量控制标准很重要。 表2 - 7孔隙比e 、空气体积率v a 、饱和度s r 随压实度的变化 府 纛 v a s r c(01 c o v as r掌 m i蛳 c as r c i 粉土i 0 p 1 5 9 36 0 0 6 5 9 9 7 9 唧 1 4 1 26 30 6 2 4 8 5 c o o p 9 3 67 3 0 5 4 35 5 h + l ， 1 3 4 96 68 2 9 + l ， 1 1 6 37 07 蛳p i5 2 0 5 75 1 1 3 0 9 m 0 d ” 1 8 8 65 3 9 6 粉土2 1 8 2 15 6 0 7 21 1 5 9 1 6 4 5 5 9 0 6 8 7 8 i1 2 0 66 8o ，5 9 87 1 3 d p 叫， 1 5 8 5 6 2 1 0 0 9 蛳d + i ， 1 4 0 56 56 6 蛳p i ， 1 3 2 06 3 7 4 3 如i ， 1 1 3 36 76 2 粘土i 嘞 1 0 5 47 0 0 5 4 8 5 9 3 8 6 17 50 5 1 54 7 3 8 08 7 0 4 4 0 1 9 9 娜+ i5 7 8 77 7 4 4 3 + l ， 5 8 98 3 3 2 i ， 1 4 1 8 6 79 0 3 i5 i i 9 97 0 7 6 粘土2 1 1 8 27 30 7 57 5 3 9 5 87 6 0 7 26 i5 0 8 8 7 0 6 2 73 o i 纽业! ：! ! 鹜：! ! 些虹：i 。2 ：! ! ! ! ： 注；一禽水盘，；婶一最佳水量。；n b ，一最佳含水量减去1 5 的水量lo ，o p ，一最佳古 水量加上1 5 的水量，i 讪一在某压实含水量下压实后还可吸入的水量，；v h 一空气体积率 c 一孔隙比；s r 一饱和度，。 表中各指标计算公式，( 粘土的比重：g s = 2 7 4 ；粉土的比重。o s 暑2 7 ) 勰= 鼍半山 换算干密度r d - - r d x k g c m 空气体积率v a - 1 0 0 1 0 0 r d ( 去+ 孟) - 饱和度s r = 业 山东大学硕士学位论文 2 2 3 2 孔隙比e 、空气体积率v a 、饱和度s r 随击实功的变化 a 1 8 5 01 7 5 h 攀l 6 5 1 5 5 1 0 1 2 徘戤) 1 8 2 0 2 2 - - _ - 7 0 击- 4 1 - - 9 8 击 一自1 3 0 击 * 一1 6 0 击- 一l 击+ 饱和曲线 含水量( ) + 7 0 击- u - 9 8 击 1 3 0 击h 1 5 0 击 * 一饱和曲线 图2 - 9 粉土含水量与千密度关系曲线图2 1 0 粘土2 含水量与干密度关系曲线 表2 8土的孔隙比e 、空气体积率v a 、饱和度s r 随击实功的变化 在不同击实功下的孔隙比e 、空气体积率、，a 、饱和度s r 随击实功的变化见 表2 8 及图2 9 、图2 1 0 图和表显示：随着击实功的增加，粉性土击实曲线背向饱和曲线移动， 击实功越高，最大干密度偏离饱和线越远；粘性土则相反。随击实功的增加， 粉性土的最大干密度增大，由1 6 6 9 c m 3 增加到1 7 2g c m 3 ，且击数超过1 6 0 击 后，最大干密度不再变化，最佳含水量随击实功的增加而减小随击实功的 提高，粉性土的空气体积率v a 波动于1 0 - - 1 3 之间；饱和度在7 0 左右波动， 击实功很高时，饱和度下降。粘性土的空气体积率v j 降幅变小；饱和度在8 6 左右波动，击实功很高时，饱和度上升。随着击实功的增加，土的干密度与 孔隙比：当击实功达到某值时，粉性土孔隙比趋于定值。随着击实功的增加， 粘性土的孔隙比降低，干密度在一定范围内线性增加。随着击实功的增加， 粉性土的击实曲线在大于最佳含水量。以后的右半段非常缓慢地趋近饱和曲 2 l 山东大学硕士学位论文 线：粘性土击实曲线的右半段较快地趋近饱和曲线。 上述说明，粉土的颗粒分布存在严重缺陷，砂粒和粉粒之间的孔隙没有更 多的细小粘粒来填充，颗粒形成近乎等粒堆积的“搭积木”式的构架。粉性土 的压实过程主要表现为颗粒的重排列，击实功的作用在于促使颗粒错位和移动， 使土中孔隙率降低，几乎表现不出土中孔隙气体的排出因为，随击实功增加， 粉土的e 变小，说明v v 减小，而v v = v a + v m ，v