不同含水率压实黄土的压缩变形试验.doc

不同含水率下压实黄土的压缩变形试验一、实验设计本次试验采用预湿法调整含水率，所谓预湿法，就是对土样首先进行预增湿然后放入保湿器令水分扩散均匀的方法。在试验操作过程中避免破坏到土样表层的结构，避免土样受到冲刷，本次试验采用注射器加水的方法。击实后切取环刀（规格为30cm2，高度为2cm），试验土样均为环刀样，为了加快水分扩散均匀的时间，采用双面加水的方式，通过计算目标称重，在天平上向环刀缓慢注水至指定值。具体操作为通过向环刀中加水的方法调整含水率到设定值，在保湿器中放置24小时，24小时后再次称量，再次少量加水进行微调。因为试验用土的原始含水量较低，所以主要进行增湿试验，少部分土样需要减湿，减湿采用晾干法。试验的含水率值设定为10%、15%、20%、25%（延安黄土的塑限为11%左右，液限为26%左右）。试样准备好后采取固结试验来测定土样的压缩变形性质。现场取样一般认为钻探取土对土体的结构性扰动较大，探井取土由人工从井壁切取后腊封，相对来说后者取样方法对于试验所得参数误差较小。由于本次试验采用的是击实后的黄土来进行试验研究分析，这两种方法对于本试验的影响近于没有。因此根据现场情况及其他试验项目需要采用合适方法。该样取自延安新区建设工程的第十三合同段，采用机械挖探井法，挖直径60厘米的探井，人工刻槽，每米取两大一小原状样。图3-1 机械开挖探井 图3-2 人工取样二、试验方法本次试验严格按照土工试验方法标准 GB/T50123-1999执行，试验仪器为JDS-1型数控电动击实仪、三联杠杆式固结仪与高压固结仪（最大荷载为4MPa）。1、击实土样本次试验击实选择重型击实，采用三层击实方法，湿法制备土样。试验采用击实得到的重塑土样，在不同的击实功下得到不同干密度的土样，本次试验干密度值设定为1.5、1.6、1.7、1.8。击实试验2、固结试验本次试验的固结试验分为标准固结试验及高压固结试验。固结容器由环刀护环透水板水槽加压上盖组成，具体如下页图所示：试验步骤：（1） 在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环，试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准，安装百分表。（2） 施加1kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表调整到零位或测读初读数。（3） 确定需要施加的各级压力，本次标准固结试验中施加的各级压力为50、100、200、300、400kPa。只需测定压缩系数的试样，施加每级压力后，每小时变形达0.01mm时，测定试样高度变化作为稳定标准。按此步骤逐级加压至试验结束。高压固结试验中施加的各级压力为50、100、200、400、800、1600、3200、4000kPa，测定步骤同标准固结试验。（4） 实验数据采用理正土工试验软件处理。最终得到得出e-p曲线、e-lgp曲线以及p-p曲线，得出压缩指数Cc等压缩指标，综合比较分析可得出黄土增湿变形规律。高压固结试验三、实验结果图4-3到4-6所示为在干密度均为各设定值时，不同的含水率所对应的e-p关系曲线。图表中标注的各点对应的横坐标值即压力值依次为0kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa、800 kPa、1600 kPa、3200 kPa。图4-3 不同含水量相同干密度（1.5 g/ cm3）土样的e-p曲线图4-4 不同含水量相同干密度（1.6 g/ cm3）土样的e-p曲线图4-5 不同含水量相同干密度（1.7 g/ cm3）土样的e-p曲线图4-6 不同含水量相同干密度（1.8 g/ cm3）土样的e-p曲线从上面四个高压固结的e-p曲线中能够看出：1、 在不同的干密度下，随着水分的增加，也即增湿含水率的增大，e-p曲线在总体上呈现自上而下的渐变关系。即孔隙比e随着荷载压力P的增大而减小。但各含水率下的土样曲线的渐变趋势各不相同。干密度对于压缩变形的影响将在下一章节具体分析。2、 随着含水量的增加，土样的压缩变形表现出更易于压缩的倾向。上图均可以看出，曲线的减小幅度随着含水率的增加而增大。以干密度为1.8的土样为例，含水量为25%的土样的曲线斜率远远大于10%的土样。也即，在同一干密度下，随着含水量的增加，土的压缩性将随之提升。3、 以上现象在干密度较小的情况下通过e-p表现的不够明显，我们可以通过计算压缩指数Cc的大小来进一步验证这一结论。压缩指数Cc采用理正土工试验软件分析，通过曲线拟合得到最后结果，数据采用标准固结试验的数据，Cc取三组平行试验下的平均值。从表4-2可以看出，随着含水率的增加，压缩指数Cc随之增加。但干密度为1.5，含水率为25%的压缩性比含水率为20%的要低，即是在相同的压实度的情况下，当压实度小于85%时，重塑土样的压缩性在增湿过程中有降低的现象。表4-2 压缩指数Cc对比表Cc度密干数指缩压率水含10%15%20%25%1.50.0870.1500.1870.1571.60. 0470.0730.1030.1231.70.0300.0570.0600.1101.80.0300.0400.0600.0801.试验项目：土工击实试验（TB10102-2004）2.方法提要：3.试验主要仪器设备：击实仪、击实筒、推土器、台秤（15kg,5g）、天平（200g,0.01g）、标准筛（孔径为5mm 、20mm、40mm）、烘箱等4试验过程：（1）将代表性试样风干或低于50下烘干。烘干后以不破坏试样的基本颗粒为准。将土碾碎，过5mm 、20mm或40mm筛，拌和均匀备用。试样数量，小直径击实筒最少20kg，大直径击实筒最少50kg。（2）用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个含水率小于塑限、1个接近塑限。（3）按预定的含水率制备试样。根据击实筒容积（V）大小，每个试样取2.5kg或6.5kg，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小时，低塑性黏性土静止时间可缩短，但不应小于12小时。（4）称取击实筒质量（m1）。将击实筒及护筒在击实仪上安装好（大直径击实筒内还要放入垫块），内壁涂少许润滑油。每个试样应根据下表规定，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6mm。击实时要保持导筒垂直平稳，以均匀速度作用到整个试样上。试验类型编号击实筒内径（mm）层数每层击数最大粒径（mm）轻型Q11023255Q215235620重型Z11025255Z215255620Z315239440（5）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，擦净筒外壁，称筒和试样的总质量（m2）。（6）用推土器将试样从筒中推出，从其中心取2个代表性试样，烘烘干法测定含水率（w）。（7）按上述方法，测定其余4个试样的筒和试样的总质量（m2）及含水率（w）。（8）计算：湿密度：= （m2- m1）/ V 计算至0.01g/cm3 干密度：d=/(1+0.01w) 计算至0.01g/cm3(9)绘图：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。曲线上峰值点的纵坐标和横坐标分别表示该击实试样的最大干密度dmax和最优含水率wopt。若曲线不能绘制出正确的峰值点，应进行补点。(10)当试样中粒径大于各方法相应最大粒径5mm、20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%-30%时，其最大干密度和最优含水率应进行校正。 校正后试样的最大干密度：dmax= (1-PS)/dmax+PS/a-1 计算至0.01g/cm3PS:试样中粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒含量的质量分数a：粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒毛体积密度 校正后试样的最优含水率：wopt=wopt（1- PS）+ PSwx 计算至0.01%wx:粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒吸着含水率(11)饱和含水率：wsat= (w/dw/s)100 计算至0.1%s：试样颗粒密度，对于粗粒土，则为试样中粗细颗粒的混合密度w：4时水的密度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。(12)当试样中粒径大于各方法相应最大粒径5mm、20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%-30%时，其最大干密度和最优含水率应进行校正。 校正后试样的最大干密度：dmax= (1-PS)/dmax+PS/a-1 计算至0.01g/cm3PS:试样中粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒含量的质量分数a：粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒毛体积密度校正后试样的最优含水率：wopt=wopt（1- PS）+ PSwx 计算至0.01%wx:粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒吸着含水率(13)饱和含水率：wsat= (w/dw/s)100 计算至0.1%s：试样颗粒密度，对于粗粒土，则为试样中粗细颗粒的混合密度w：4时水的密度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。(14)当试样中粒径大于各方法相应最大粒径5mm、20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%-30%时，其最大干密度和最优含水率应进行校正。校正后试样的最大干密度：dmax= (1-PS)/dmax+PS/a-1 计算至0.01g/cm3PS:试样中粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒含量的质量分数a：粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒毛体积密度校正后试样的最优含水率：wopt=wopt（1- PS）+ PSwx 计算至0.01%wx:粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒吸着含水率(15)当试样中粒径大于各方法相应最大粒径5mm、20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%-30%时，其最大干密度和最优含水率应进行校正。校正后试样的最大干密度：dmax= (1-PS)/dmax+PS/a-1 计算至0.01g/cm3PS:试样中粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒含量的质量分数a：粒径大于5mm