土工击实试验中预估最优含水率的方法.docx

2009 年 7 月第 7 期 总第 429 期水运工程Port & Waterway EngineeringJul. 2009No. 7 Serial No. 429土工击实试验中预估最优含水率的方法黄雄, 林荃, 陈静（中交第四航务工程勘察设计院有限公司岩土测试中心，广东 广州 510230）摘要：通过对以往所做的土工击实试验数据进行分析与统计，得到不同试验条件下的预估最优含水率的定量计算方法， 为今后的工作提供指导。关键词：击实试验； 最优含水率； 土工试验中图分类号：TU 411.91文献标志码：B文章编号：1002-4972（2009）07-0157-04Predicting method of optimum water content in geotechnical compaction testHUANG Xiong, LIN Qquan, CHEN Jing（Geotechnical testing centre of CCCC-FHDI Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510230, China）Abstract: According to the analysis and statistics of the data of geotechnical compaction test, we obtained the quantitative calculation method of predicting the optimum water content under different test conditions, which can provide a guidance for future work.Key words: compaction test; optimum water content; geotechnical test在土木工程所涉及到的道路、堤坝、机场等 填筑或加固及建筑基础回填等工程建设中，需要 对天然地基或人工填料进行夯实与压密。通过室 内土工击实试验，可得到填料含水率与干密度之 间的关系曲线，从而得到最优含水率及相应的最 大干密度，为工程设计或现场施工时配置含水率 提供可供参考的数据。而在室内土工击实试验过 程中，含水率的准确配置关系到试验的一次性到 位，也是整个试验中最难把握的部分，这就要求 我们在试验开始时准确地预估土样的最优含水率。 准确地预估最优含水率可以大大缩短试验周期， 提高生产效率。1研究现状目前国内外岩土界对击实试验的研究，重点 在于对土性最优含水率最大干密度的关系的分析，期望通过对其关系的量化确定，直接由土 体物性指标得到现场压实中的最优含水率和最大 干容重。对室内土工击实试验研究相对较少，对 室内土工击实试验中预估最优含水率方法的研究 则更少。目前国内文献与期刊形成的室内土工击实试 验中预估最优含水率方法主要有：国标规定1，根据土的塑限预估最优含水率。 陈仲颐2等指出，土的最优含水率的大小随土的性质而异，试验表明最优含水率约在土的塑限附近。 高大钊3等指出，可取 wop=wP 或 wop=wP+2。 刘卫中等4通过对轻型击实试验结果的整理和总结得到，当 wP21.0%时，采用 wop=wP 预估最优 含水率；当 21.0%wP31.0%时，采用 wop=wP- 10%预估最优含水率。收稿日期：2009-06-19 作者简介：黄雄（1981），男，硕士，从事岩土测试工作。Li5提出土的全压实特性方程5，由 wL，D50，D60， D30，IP，Gs 等 7 个指标以及如下 6 个公式得到 w 与 d 的对应关系方程式：Sm=65.48+0.657wL（1）wm=18.07-3.08lgD50（2）n=3.425+1.168D60/D30（3）P=4.62+0.471 (wm-Ip)（4） nn 质，而对于填筑工程而言，往往采用均匀含砂、 砾、粉粒、黏粒等各粒径组的级配良好的土，以 求得较好的密实效果。在土工试验过程中，对含砂、砾较多的土往 往采用过 0.5 mm 筛后再进行塑液限测定。如此得 到的塑限用以预估最优含水率将使得配置的含水 率大大偏离真实的最优含水率。理论与经验都说明，黏性土中加入砂砾后，S=Sm-Sm ( wm-w ) n+1wm +P（5）wm(wm-w)n+Pn其塑限将随着砂砾含量增加而相应地减小。故对d=Gs (1+wGs/S)目前对此问题的研究存在如下 3 点不足：（6）含砂砾的土进行含水率预估时，采用过筛后所得 的塑限应适当减小。关于液塑限和黏土含量的理1） 文献缺少对试验制样、试验标准、仪器设 备规格的交代，而不同试验条件得到的最优含水 率具有较大的差别。这种情况必然会导致数据的 离散性，从而看不出最优含水率与土的物性之间 的对应关系。目前，击实试验制样的方法有烘干法、风干 法、湿法 3 种，常采用的 3 种土工试验标准 GB/ T501231999 土工试验方法标准1、JTG E40 2007 公路土工试验规 程6 及 DL/T53552006水电水利工程土工试验规程7中均没有对制样方 法进行明确限定。室内土工击实试验分为轻型和重型两大类， 土的最大粒径要求、分层与击数、仪器设备的规 格与尺寸随着试验方法与标准的不同而不同，并 较大地影响着试验的结果。2） 据以往经验，细粒土 (d0.5 mm） 预估其最优含水率尤其不合适。实际上，土的塑限是属于黏性土范畴内的性论 上 的相互关系可参见 Seed, Woodward 和Lundgren （1964） 部分论文所述。通过对以上的分析可以看出：目前的预估最 优含水率的方法具有不可操作性，对其作出进一 步的研究具有较大的理论和实践意义。2最优含水率的预估方法以下所述内容与引用数据均限定于标准重型 击实试验，塑液限由锥重 76 g 联合测定仪锥沉量 10 mm 时测定。2.1细粒土 （d0.5 mm） 最优含水率的预估方法 粗粒土的最优含水率显然不能套用细粒土的公式，其值受到超过 0.5 mm 粒径的粗颗粒的百分0.5 mm 的粗颗粒的百分含量。2.3不同试验条件下最优含水率的预估方法目前我国各行业的土工击实试验标准和条件 不尽相同，本论文讨论的影响最优含水率值的不 同试验条件主要包括：轻型或重型试验方法；不 同制样方法；不重复或重复使用土样、余土高度。1） 轻型或重型击实试验。击实试验分为轻型或重型击实试验两类，其 本质的区别在于击实功的不同，不同的击实功会 得到不同的最大干密度和最优含水率。也就是说， 由标准击实试验得到的最大干密度是相对于某个 标准击实功条件下的最大干密度，并不是理论上 的绝对最大干密度。一般认为，随着击实功的增加，最大干密度 相应地增加，而最优含水率相应地减小，即轻型 击实试验最优含水率较高，而重型击实试验最优 含水率较低，两者数值相差约为 2%，即：wop（ 轻型）- wop（ 重型）2% 2） 不同的制样方法。土样的制备方法包括烘干、风干或湿法 3 种。制 样方法不同，其最优含水率也会有所差别。有资 料显示 12-13：干法得到的最优含水率比湿法要小， 其中烘干土的最优含水率最小12，14。此现象以黏性表 2 公式计算最优含水率与试验所得最优含水率的对比编号塑限 wP塑性指数 IP试验所得最优含水率 wop/%公式 （1） 计算最优含水率 w*op/%误差/%117.29.8014.613.61.0219.110.8015.014.90.1314.811.3013.412.60.8414.110.5011.712.10.4520.022.0017.917.30.6619.030.0020.618.32.3721.020.0020.117.42.7820.08.0015.914.91.0921.020.0018.117.40.71029.216.6023.021.21.81121.011.3017.316.01.31217.912.3016.614.52.11319.16.7015.614.11.5出处 参考文献8参考文献9参考文献10参考文献11土较为明显，粉质黏土次之，其原因是烘干影响 了土样中胶粒的性质。故黏性土一般不宜采用烘 干法，而应采用风干法或湿法来制备土样。3） 不重复或重复使用土样。原则上击实试验不能重复使用土样，但国标 对此并无明确指出。一般认为，重复击实土样一方面会使土中的 部分颗粒破碎，改变级配；另一方面土被击实后 较难恢复到原来的松散状态，特别是对高塑性土， 再次加水时难以浸透，从而对实验结果产生影响。 据资料 9,15显示：采用重复的土样进行击实试验， 会导致最优含水率略为变小，其差值小于 1%。4） 余土高度。余土高度对击实试验结果的影响本质上还是 击实功的影响。理论上的击实曲线指的是余土高 度为零时的干密度与含水率之间的关系曲线。但 实际操作过程中，保证余土高度为零难以做到， 故国标规定：超出击实筒顶的试样高度应小于 6 mm。 当余土高度过大时，实际的击实功减小，从而使 最优含水率增大。3 结语在总结、分析了目前关于预估最优含水率的 研究现状后，对大量的试验资料进行了整理和分 析，提出了土工击实试验中预估最优含水率的方 法。具体得到了如下 3 点结论：得到了细粒土最 优含水率的预估公式；得到了粗粒土最优含水率 的预估公式；除了土的本身性质外，最优含水率 的大小还受到试验条件和方法的影响，对其中影 响较大的轻型或重型击实试验、不同的制样方法、 不重复或重复使用土样、余土高度 4 个方面进行 了分析。至此，关于土工击实试验中预估最优含水率的问题就得到了较为完整的解决。按照论文提供值，一般来说，无需再进行补点工作，大大缩短 了试验周期，提高了生产效率。但是，由于土的性质的复杂性和多变性，所 参考的试验数据仍不能完全反应各类土的差别。 故文中提出的两个公式，仍需要在今后的实践中 不断修正和改进。参考文献：1 GB/T50123-1999 土工试验方法标准S.2 陈仲颐, 周景星, 王洪瑾. 土力学M. 北京: 清华大学出 版社, 1994.3 高大钊, 袁聚云. 土质学与土力学M. 3 版. 北京: 人民交 通出版社, 2001.4 刘卫中, 曾国良. 关于轻型击实试验制备试样加水量的 探讨J. 西部探矿工程, 2005(12): 150-151; 153.5 Li Hua. The Family of Compaction Curves for Fine grained Soils and Their Engineering Behaviors D. Alberta: University of Alberta, 2001.6 JTG E40-2007 公路土工试验规程S.7 DL/T5355-2006 水电水利工程土工试验规程S.8 唐延钦. 低液限粉土的特性与压实技术研究D. 济南: 山 东大学, 2006.9 宋晓晨. 大连机场升降带回填土力学特性实验研究D.大连: 大连理工大学, 2007.10 曹喜仁, 王浩, 万智. 细粒土的压实特性与土体物理性 质的关系研究J. 中南公路工程, 2007(1): 28-32.11 陶秀珍. 黏性土室内击实标准探讨 J. 岩土工程学报, 1985, 7(4): 96-103.