标准击实试验

标准击实试验（共7篇）

标准击实试验 篇1

摘要：提出了利用最小二乘法进行多项式拟合曲线求取标准击实试验极值的方法。通过MATLAB等数值软件完成计算,简单易行,从而为求解岩土的最大干密度和最佳含水量提供了理论依据,以期在土工试验数据处理中得到推广和应用。

关键词：最大干密度,最佳含水量,曲线拟合

击实是指对土的瞬时重复施加一定的机械功使土体变密的过程。在击实过程中由于击实功是瞬时地作用于土,土中气体有所排出,而土中含水量则基本不变,因此土样可以预先调制成所需含水量,再将它击实成所需要的密度。根据试样的含水量和干密度值绘制出的干密度与含水量的关系曲线即为击实曲线。通过描绘曲线可找出最高点,即求出土样的最大干密度和最佳含水量,这就是实验室经常采用的方法——图解法。通过对目前岩土工程中的试验结果调查分析,这种采用击实曲线求解的方法,往往因不同的工程技术人员对数据处理时,采用绘制坐标的比例不同及其从ρd—ω0曲线上查找峰值点时的差异,导致所求的最大干密度和最佳含水量结果差异较大。为了得到较一致的结果,利用最小二乘法进行曲线拟合,同时利用MATLAB处理数据,能够得到很好的效果,从而提高试验的准确性。

文中首先给出最小二乘法多项式曲线拟合原理,然后用具体算例给出所述方法的有效性。

1 基本原理

对于一组试验数据{(xi,yi),i=1,2,…,n},需要在给定的函数类Φ上根据这些离散数据做出逼近曲线。由于离散数据有误差,并不要求逼近曲线经过这些离散点,而只要求逼近曲线在xi处与离散数据尽可能接近。对函数ϕ(x)∈Φ,要求以ϕ(x)在离散点的误差δ0=ϕ(x0)-y0,δ1=ϕ(x1)-y1,…,δm=ϕ(xm)-ym为分量的误差向量δ=(δ0,δ1,…,δm)T,按向量的2-范数达到最小,这时对应的曲线拟合方法称为最小二乘法。函数类Φ取幂函数系{xj},即取:Φ=Pn=span{1,x,…,xn},这时求得的拟合曲线称为多项式拟合曲线。具体而言有:

$\parallel \delta {}^{*}\parallel {}_2^2={\displaystyle \sum _{i=0}^m\delta }{}_i^{*2}={\displaystyle \sum _{i=1}^m[}\phi {}^{*}(x{}_i)-y{}_i]{}^2=\underset{\phi (x)\in \Phi }{{\displaystyle \min }}\parallel \delta \parallel {}_2^2$ (1)

在实际问题中,考虑到数据的比重不同,因此采用误差向量δ的加权范数形式:

$\parallel \delta \parallel {}_2^2={\displaystyle \sum _{i=0}^m\rho }(x{}_i)[\phi (x{}_i)-y{}_i]{}^2$ (2)

其中,ρ(x)≥0为在[a,b]上的权函数。令:

$G(a{}_0,a{}_1,\cdots ,a{}_n)={\displaystyle \sum _{i=1}^m\rho }(x{}_i)[{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}a}{}_j\phi {}_j(x{}_i)-y{}_i]{}^2$

则寻求最佳拟合函数y=φ*(x)就转化为求多元函数G的极小值点(a*0,a*1,…,a*n)。根据多元函数存在极值的必要条件:

$\frac{\partial G}{\partial a{}_k}=0,k=0,1,2,\cdots ,n$;

而:$\frac{\partial G}{\partial a{}_k}=2{\displaystyle \sum _{i=0}^m\rho }(x{}_i)[{\displaystyle \sum _{j=0}^{n}a}{}_j\phi {}_j(x{}_i)-y{}_i]\phi {}_k(x{}_i)$。

于是得到关于a0,a1,…,an的线性方程组:

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{j=0}^n[}{\displaystyle \sum _{i=0}^m\rho }(x{}_i)\phi {}_j(x{}_i)\phi {}_k(x{}_i)]a{}_j={\displaystyle \sum _{i=0}^n\rho }(x{}_i)y{}_i\phi {}_k(x{}_i)‚\\ k=0,1,2\cdots ,n。\end{array}$

引进向量:

φj=(φj(x0),φj(x1),…,φj(xm))T,j=0,1,2,…,n;

f=(y0,y1,y2,…,ym)T。

记向量内积:

这时方程组可以写为:

${\displaystyle \sum _{j=0}^n(}\phi {}_j,\phi {}_k)a{}_j=(f,\phi {}_k)‚k=0,1,2‚\cdots ‚n$。

这是关于a0,a1,…,an的线性方程组,通常称为由最小二乘法导出的正则方程组。其矩阵形式为:

$\left(\begin{array}{cccc}(\phi {}_0,\phi {}_0)& (\phi {}_0,\phi {}_1)& \cdots & (\phi {}_0,\phi {}_n)\\ (\phi {}_1,\phi {}_0)& (\phi {}_1,\phi {}_1)& \cdots & (\phi {}_1,\phi {}_n)\\ ⋮& ⋮& ⋮& ⋮\\ (\phi {}_n,\phi {}_0)& (\phi {}_n,\phi {}_1)& \cdots & (\phi {}_n,\phi {}_n)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a{}_0\\ a{}_1\\ ⋮\\ a{}_n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(f,\phi {}_0)\\ (f,\phi {}_1)\\ ⋮\\ (f,\phi {}_n)\end{array}\right)$

如果向量组φ0,φ1,…,φn是线性无关的,可以证明方程组的系数矩阵是对称正定矩阵,可以求得惟一解(a*0,a*1,…,a*n),于是得到拟合函数为:

φ*(x)=a*0φ0(x)+a*1φ1(x)+…+a*nφn(x),

其中进行多项式拟合时,φ0(x)=1,φ1(x)=x,…,φn(x)=xn,

此时拟合曲线为φ*(x)=a*0+a*1x+…+a*nxn。

对于击实试验的实际情况,考虑到精度和计算工作量两方面,通常取n=2,3,4即可满足要求。

拟合精度可由平方偏差计算:

$\parallel \delta {}^{*}\parallel {}_2=\sqrt{{\displaystyle \sum _{i=0}^n\delta }{}_i{}^{*2}}$。

2 算例(见表1)

2.1 不同阶数多项式的求解

n=2时拟合曲线为:Y*(x)=a0+a1x+a2x2。

这里取权函数ρ(x)=1记:

ϕ0=(1,1,1,1,1),ϕ1=(8.1,10.2,13.0,15.8,19.0),

ϕ2=(65.61,104.04,169.0,249.64,361.0),

f=(1.67,1.71,1.80,1.83,1.76)。

正则方程式组为:

$\left(\begin{array}{ccc}5.000& 66.100& 949.290\\ 66.100& 949.290& 14592.960\\ 949.290& 14592.961& 236331.123\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a{}_0\\ a{}_1\\ a{}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}8.770\\ 116.723\\ 1683.878\end{array}\right)$

解得:

a0=1.087 00,a1=0.095 69,a2=-0.003 15;

Y*(x)=1.087 00+0.095 69x-0.003 15x2。

拟合曲线的平方偏差为0.040 08;

同理取n=3时解得:

Y*(x)=2.059 69-0.141 71x+0.015 17x2-0.000 45x3,

平方偏差为0.009 70;

取n=4时解得:

Y*(x)=3.673 21-0.672 98x+0.078 45x2-0.003 70x3+0.000 06x4,

平方偏差为0。

2.2ρdm和ω0的计算

从所求的n次多项式可知,拟合曲线在[ωmin,ωmax]区间存在着最大值,并可根据函数极值原理求解出拟合曲线的最大值。令ρd′=0,求出ω1,ω2,…后,判断其是否都在[ωmin,ωmax]区间,由函数的极值原理可知,试验数据正常情况下,至少有1个(一般也只有1个)ω满足要求。若只有1个满足,则该值即为最佳含水量ω0p,即可代入拟合式中求出最大干密度ρdm;若多个都满足,则可代入拟合式中,求出相应的ρd则最大干密度ρdm=max(ρd1,ρd2,…),最大干密度ρdm对应的含水量即为最佳含水量ω0p。一般ω1,ω2,…都在[ωmin,ωmax]区间内的概率很小。按上述方法,求解出不同阶次多项式拟合曲线的最大干密度ρdm和最佳含水量ω0(见表2)。

从表2中可以看出,采用三次多项式拟合曲线求解出的最大干密度ρdm和最佳含水量ω0p与试验规程中作图求解的结果基本一致,其平方偏差值很小,精度上满足要求,计算量也较四阶少很多,因此选用三次多项式拟合曲线求取标准击实试验的最大干密度和最佳含水量比较适合。

3 结语

通过数值分析求解标准击实试验数据的拟合曲线,为理论求解最大干密度ρdm和最佳含水量ω0p提供了依据。改变了作图求解的任意性,减少了人为误差。在实践运用中,可通过MATLAB等数值软件完成计算,简单易行,改变了作图求解的任意性,减少了人为误差,从而为求解岩土的最大干密度和最佳含水量提供了理论依据,可望在土工试验数据处理中得到推广和应用。

参考文献

[1]张铁.数值分析[M].北京:冶金工业出版社,2004.

[2]JTJ 051-93,公路土工试验规程[S].

[3]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

击实试验结果分析及应用 篇2

土作为路堤填筑材料,就需要对土的压实性进行试验。由于土质、含水率及压实工艺的不同,土的压实效果也会不一样,为了提高土体的强度,降低路堤土体的可压缩性和渗透性,改善其工程性质,控制现场施工质量,均需在室内模拟现场施工条件,在给定的击实功的条件下,求得干密度与含水率的关系,从而求出压实填土所能达到的最大干密度和相应的最优含水率。击实试验的目的就是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量和最大干密度,为路基填筑检测压实度提供标准,达到控制施工的目的。

2 适用范围

击实试验分大筒(ϕ152×116)和小筒(ϕ102×116),按照土的最大粒径分别使用。当土中大于5 mm颗粒小于30%时使用小筒试验;当土中大于5 mm颗粒大于30%时用大筒进行击实试验;当土中大于40 mm颗粒大于30%时则不适于进行击实试验。

3 试验方法

1)备样:先将土样风干至击实试验第一点附近(小于塑限含水量4%左右),将土过筛(根据土样粒径选用大筒或小筒做击实试验,大筒过20 mm或40 mm孔径的筛,小筒过5 mm孔径的筛),将过筛后的土充分的拌和均匀(如土样拌和不均将直接影响击实试验结果的准确性),用小筒击实需要15 kg左右,用大筒击实需要40 kg左右土样备用。

2)配土:做小筒击实试验时取2 500 g,大筒取6 000 g作为击实试验的第一点;取与第一点相同重量的土样,小筒加50 g水、大筒加100 g水作为第二点;取与第一点相同重量的土样,小筒加100 g水、大筒加200 g水作为第三点;取与第一点相同重量的土样,小筒加150 g水、大筒加300 g水作为第四点;取与第一点相同重量的土样,小筒加200 g水、大筒加400 g水作为第五点。将配好的每点的土拌和均匀后装入塑料袋中,扎紧袋口,焖置20 h左右(黏性土时间要略长些、砂性土时间可略短些),之后进行击实试验。

3)试验:试验中每层填土一定要均匀,以保证击实试验后各层厚度均匀(以五层击实为例:第一层填至击实筒高的2/5处;第二层填至击实筒高的3/5处;第三层填至击实筒高的4/5处;第四层填至击实筒高的5/5处;第五层填至护筒高的2/3处)。这样在做出试验后试验曲线会很好绘制。

4)每点击实后均称量重量以计算密度并用铝盒取含水量。根据各点的含水量与干密度绘制击实曲线,击实曲线呈抛物线形状,最高点所对应的干密度即为最大干密度、对应的含水量为最佳含水率。击实试验应最少作5点,其曲线应在最高点两侧各有2点～3点,如在最高点一侧只有一点则应进行补点,以保证试验的准确性。

4 试验结果分析

1)一般以含水量为横坐标,干密度为纵坐标做击实试验曲线,同样的比例下,砂和粉土的曲线比黏性土的要缓一些,见图1,图2。尤其当土中小于0.075 mm颗粒小于10%时,曲线会更缓,有些粗粒土(如碎石土)会接近于直线。

2)击实曲线一般做5个点,应在曲线的最高点两侧各有2点～3点,见图3,当出现一边偏的情况(见图4,图5),则应进行补点。补点所用击实仪与前几点所用击实仪应为同一击实仪,否则会出现仪器误差。

3)当击实曲线出现含水量不均的情况时(见图5),一般是因为在配土时拌和不均匀或击实过程中取含水量时未拌和均匀所致,也应进行补点。

4)当击实试验的五个点连不成曲线时(见图6),一般是因为击实过程中分层不均造成各点干密度与击实曲线偏差很大所致,应适当多补几点或重做试验。

5 试验结果的应用

实际工作中,击实试验主要应用在路基填土压实度检测中。在路基填土过程中,由于取土场的土质每层的变化很大,而挖掘机在挖土时不可能是一层一层的挖土,当拉土车将土卸到路基上时每车土的土质更不一样,这样造成在做压实度检测时,同一层填土使用什么样击实标准(击实试验最大干密度)就成为一个问题。

在实际工作中,我们一般采用以下几种办法来解决这个问题:

1)把取土场不同土层的土都做击实后取标本,在做压实度时对号入座,即对不同的土采用不同标准的最大干密度。这样做虽然准确但比较繁琐,也需要很丰富的经验才能做到准确无误。

2)在路基填土过程中随机取土,即在路基填土过程中选择10车～20车土,每车随机取1 kg～2 kg(细粒土)左右,充分拌和均匀后做击实试验,用其结果作为本层填土的压实度的标准。这样做在工程实际工作中比较常用,也较方便,但有时会出现压实度超百或不合格现象,到时应具体问题具体分析,不能一概而论。

3)在做压实度过程中出现争议时,可在做压实度的试验孔附近取与试验孔相同土质的土样回室内做击实试验,这样做出的击实试验最具有代表性和针对性。

6结语

1)在做击实试验前,应先对土进行定名,以确定正确的击实方法和类型。2)要做好击实试验,首先要在取土时取有代表性的土进行试验,这样在做压实度时才能准确地反映路基实际的压实程度。3)取土后一定要充分拌和均匀后再配土,保证击实的五点所用的土都一样,这样在画击实曲线时才能保证结果的准确性。4)击实试验分为三层或五层,在做击实试验过程中要保证各层的厚度相同,否则击实曲线将很不规则,击实结果不会准确。5)击实筒和击实仪应每年校正一次,或发现击实结果异常时对击实筒的体积及击实仪的落距等进行校正,以免出具错误的击实结果。

参考文献

[1]TB 10102-2004,铁路工程土工试验规程[S].

[2]GB/T 50123-1999,土工试验方法标准[S].

[3]吕永高,栾法忠.土的液限和塑限含水量试验探讨[J].山西建筑,2007,33(13):81-82.

土工击实试验中常见问题探讨 篇3

标准击实试验在公路工程施工中是非常重要的，因为对于衡量路面的压实度来说这是必不可少的试验项目，但是有些人在没有遵循相关测试要求的情况下，计算出来的值往往和真实的标准密度相差太远，也使压实度产生了一定的偏差，从而导致质量事故的发生。因此，研究土工击实试验中的常见问题，将有助于确保测试结果的真实性，并有助于保证施工的顺利进行。

1 土工标准击实试验结果准确的重要性

在公路施工过程中，一般都需要填土来填筑路基，只有达到一定的密度和强度才能将填土压实到一定的密实程度，而压实度就是判断填土压实质量的重要依据。压实度的计算公式为：。式中ρdmax为在室内击实试验中算出的最大干密度;ρd为施工现场填土压实时要求达到的干密度，可见评价土的压实度的重要指标就是室内击实试验中所得到的最大干密度。因此整个公路工程质量和工程造价和击实试验的结果准确度密切相关。

土工标准击实试验就是利用自由落锤装置，经过试验测得土试样的含水率和干密度之间的曲线关系，从而确定土的最优含水率和最大干密度的一种试验方法。试验的时候将同一土场的同一种土试样配，制成含水率依次递减约2%的五个土样，其中要求一个试样的土的含水率接近塑限，两个土试样的含水率小于塑限，三个土试样的含水率大于塑限。分别在击实筒中以同样的击实功进行击实，然后测定击实后的含水量ω及干容重ρd。试验结果显示当土试样的不同含水量的土经过击实以后，其干密度也不同，据此可绘出ρd-ω关系曲线，称为击实曲线。曲线上峰值所对应的干密度为该土的最大干密度，含水率为该种土的最优含水率。

2 影响击实试验准确度的主要因素

2.1 击实后余土高度的控制

击实后的余土高度也就是超过筒顶高的那部分，当余土高度为零时，以土的干密度和含水量为变量，所得到的关系曲线就是标准击实试验的曲线，所以，如果余土高度控制不当，就会导致试验结果得到的干密度不是击实功下的干密度，而误差也会增大。在击实试验规程中有对余土高度量值的要求，施工技术人员必须认真对待，不能小视，否则造成结果偏差太大而引起质量事故。

2.2 含水量的控制

在土样制备中，要想保证击实试验的准确性，必须将计算控制的水量均匀地施加于土样上，针对这种情况，我们主要采取的方法是：先将盘置于天平上，称量10kg的检定合格的电子天平，然后倒入2.5kg的土样，为了保证土样的湿土比重相当，必须用喷雾气洒水到天平上，最后搅拌均匀后将土样放入塑料袋密封，放置一晚上让土样间水分能够转移，但是不能超过36个小时，只要达到含水量和预期的含水量接近即可。

2.3 试样中大颗粒（碎石）均匀性的影响

土工试验中的土样一般会夹杂有一些不容易破损的颗粒，而且会影响到试验结果的准确性，所以在试验中，我们必须先把那些大颗粒的石头或杂质弄出来，然后均匀地掺入试样中，每份要配制的试样必须一样，否则试样的干密度就会不一样。而干密度又是绘制击实曲线最关键的因素，如果干密度不正确，势必会影响到试验的结果。

3 土工击实试验中应注意的几个问题

3.1 试样制备方法

试验的制备方法和击实试验的结果有着不可缺少的关系，实践证明，烘干土的干密度是最大的，第二大的是风干土，最小的是天然土，含水率也会因为制备方法的不同而影响击实试验的结果。这对于粘性土影响最为明显，所以在击实试验中，应该用风干土作为试验的样土，其次可以采用60℃以下的烘干土。

3.2 击实筒内余土高度

击实后的余土高度也就是超过筒顶高的那部分，当余土高度为零时，以土的干密度和含水量为变量，所得到的关系曲线就是标准击实试验的曲线，可能由于一些人为的因素，最后会残留不同的余土，而这些余土的存在必然会影响试验结果的准确性。大量试验结果表明，余土高度不超过6mm时，最终检测值如果控制在允许误差内，同时由于填料多采用杂填土，施工现场情况较为复杂，导致填料性质差距很大，因此在试验时为了随时掌握现场土体的实际变化，应随时做好监控，及时进行新的击实试验，并调整标准数据以满足需要。

3.3 试验加水浸润与养护

土试样制备时，土试样中能否均匀准确地控制水量是保证击实试验中数据准确的最关键因素，一般的试验加水方法有体积控制法和称重控制法。其中称重控制法比体积控制法的效果要好，将试验中计算好的水量称量好后，均匀喷洒在土样内，并置于薄膜袋或者密闭容器内，放在阴凉处保湿，放置时间一般都在12～24h之内。

4 结语

总之，研究土工击实试验中的常见问题对公路工程具有十分重要的实际意义，而试验结果的准确性也就显得尤为重要，土工标准击实试验是利用自由落锤装置，经过试验测得土试样的含水率和干密度之间的曲线关系，从而确定土的最优含水率和最大干密度的一种试验方法。所以试验结果的真实性和准确性和路基工程的成本和质量有着必然的联系，因此，从事试验的工作人员只有深入学习和了解试验规程和行业法规，严格按照试验相关标准和要求去做，才能使试验结果更准确，才能指导公路工程的施工，避免质量事故的再次发生，以达到控制工程质量和施工的目的。

摘要：在公路工程施工过程中, 某些试验人员由于未能吃透规范规程, 变现的非常主观而且十分随意, 从而导致了试验结果产生偏差, 引起了质量事故一次又一次的发生。本文结合土工标准试验结果准确的重要性, 详细分析了土工标准击实试验中影响较大的几个常见问题, 并提出了影响击实试验准确度的几个重要因素, 对广大土木工程建设者具有一定的参考价值。

关键词：土工,击实试验,常见问题,影响因素

参考文献

[1]肖跃, 王福龙.浅谈土工试验中应注意的几个问题[J].试验研究, 2008.

[2]刘荣.高速公路土工标准击实实验浅析[J].工程建设与设计, 2010.

[3]张志权.提高击实试验结果准确性的探讨[J].岩土工程界, 2010.

[4]陈霞.浅谈土工击实试验中的影响因素[J].技术与市场, 2012.

关于击实试验若干影响因素的探讨 篇4

击实试验是模拟现场填筑的一种半经验性的试验, 试验时在一定的条件下用锤击法将土击实, 以研究土在一定的冲击荷载下的击实特性, 以便获取最大干密度及最优含水率, 为工程设计提供初步的填筑标准。对于公路而言, 路基是路面的基础, 路基的工程质量如何, 将直接决定着路面的使用性能及人们对公路总体的综合评价。公路路基的压实质量, 属于公路路基工程质量控制中的一个关键环节, 现行路基工程施工技术规范中对路基填土压实质量的控制指标是土的最大干密度和最佳含水量, 也是建筑地基、室内地坪及场地平整等施工和验收的重要依据。但由于击实试验的实际操作中, 经常出现试验方法不合理、操作不当、余高控制不符等判断不准确的问题, 影响了数据的准确性和质量判定。

2 试验意义

击实试验所得的数据是施工过程的质量控制与结果验收的重要依据, 但往往由于击实存在多方面的影响因素致使击实与现场填筑存在相抵触的局面, 如现场压实的干密度、含水率超出室内击实所得的最大干密度与最佳含水率而使得试验的结果超出100%;又或者是碾压技术规范情况下现场压实的干密度、含水率小于室内击实所得的最大干密度与最佳含水率太多而使得试验的结果远小于压实度的要求。

产生以上的结果是因现场回填土压实与室内压实试验是不同的。 (1) 室内试验是有侧限的, 在击实功作用下不会产生侧向变形而龟裂;而施工现场填土压实, 不管是碾压, 振动还是重锤夯时, 侧向约束有限, 多少允许侧向变形。 (2) 室内试验的土样少, 而施工现场土样较多且杂, 土样的代表性是很难全面的。 (3) 压实功的作用方式不尽相同, 冲击荷载, 碾压、横向振动、竖向振动等, 总之, 目前还未能从理论上找出两者的普遍规律。在施工规范中强调做现场碾压试验, 尽量使室内试验模拟现场施工。故使得研究击实试验的规范性及操作性具有重要意义。

3 击实试验影响因素分析

3.1 样品材料的代表性

土样的均匀性与否直接影响击实结果与现场碾压结果的相符性。在广东省内对样品的取样均要求具有代表性的样品, 但取代表性的样品不好控制, 如果取样不准, 不具有代表性, 即使其他方面控制得多么准确, 最终的击实数据不具有代表性。所以取样一定要认真细致, 确保试样能够代表母体。这就要求取样各方及监理见证单位加强对料场的考察了解, 一旦料场的组成成分或级配出现波动就必须重新送检, 确保填筑过程的质量保证性。试验过程必须严格用规范要求的四分法将均匀试样缩分至需要的总数量, 然后再制成5 个试样。这5 个试样要代表原土样的实际级配, 不能因粗细颗粒离析而影响试样的均匀性。

3.2 检测人员操作不当

检测人员良好素质是避免击实数据失真的另一关键。工程材料检测工作是项复杂的工作体系, 所以对实际操作的工程检测人员需具有很高的技能要求, 避免因缺乏专业技能与经验而引起的信息数据与结果分析方面不牢固, 缺乏准确性。首先击实试验接样过程中, 检测人员在从接到委托单后第一时间对样品符合与否进行核对如样品名称、送样质量、粒径含量;对击实的方法及类别进行审查如采用轻型或重型是否合理、检测类别是否符合, 采用湿法还是干法进行试验;对有疑问的需第一时间进行电话沟通。其次击实试验进行中, 需核对仪器的参数及保养状态, 确保仪器能在最良好的环境及状态下工作, 提高数据的准确性, 这就要求检测人员日常对测量仪器保修到位与否。笔者发现最容易产生操作不当的集中在: (1) 样品不经处理如碾碎, 不按四份法进行均匀分配, 直接影响样品的代表性。 (2) 击实筒无预涂凡士林, 直接使用, 造成试验筒内出现粘附。 (3) 击实过程中层与层间无刨毛, 击锤无定时进行将粘附的土样清理, 影响击实的功率。 (4) 样品击实完成后不按套环内壁削、扭动, 取下套环, 致使直接影响结果的失真。

3.3 方法选择

关于高含水量的土质, 已有大量的对比试验证明:干法求得的最大干密度比湿法求得的最大干密度大, 而最佳含水率是前者小, 后者大, 既然存在很大的差别, 击实报告应注明采用的方法, 以利于对报告的判读和应用。所以对高含水量的粘质土, 防止无形中提高对土基压实标准的难度, 采用湿法较符合实际。笔者通过对石粉渣的大量研究发现对于无粘性土在室内有侧限的情况下, 石粉渣在不同含水量情况下击实, 在干的情况下击实就能达到最大干密度;湿的情况下击实, 干密度会变小。所以想通过室内试验的方法找到石粉渣的最大压实干密度, 须取风干 (或烘干) 的石粉渣试样进行试验。

3.4 余高的控制

余高指的是试样击实后超出筒顶高, 高出的这部分土柱称为余土高度。余土越高, 而土体在接受相同的总击实相同, 这必将使土体的密度变小;由于试验过程中无法保证每层装多少土才能使击实后土体到达最佳, 每层试样不同对试验也将产生明显的影响。而标准击实试验所得的击实曲线是指余土高度为零时的单位体积击实功能下土的干密度和含水率的关系曲线。所以控制土体余高是控制密度不可忽略的关键。笔者通过试验总结以下三种方法控制余高: (1) 经验法:取试样若分三层击实, 加土时, 第一层高度加至击实筒中部, 第二层加至与筒口平齐即可, 第三层加至与护筒顶平齐, 这样可以保证三层土样高度基本相等, 效果也理想。 (2) 估算最佳装土量:取试样m1 (见标准每层质量要求的范围) 击实后测高h1, 计算出每层h2的需土量m2=m1×h2/h1。 (3) 量测法:对标准范围内试样装筒进行逐层量测, 并适当调整装土量, 保证最大尺度的控制余高, 当余高越小, 试验精度越高。

4 结论

击实试验是模拟现场填筑的一种半经验性的试验, 因采取的碾压方式以及限制条件不尽相同, 而料场土体颗粒级配的复杂性是无法进行逐一排查, 只能通过一定的代表试样进行研究与控制。在试验过程中, 影响因素却很多, 如击实功、余高控制、级配分部、含水量、压缩性等均能使土体的最大干密度及最佳含水率发生变化。本文着重将影响击实试验过程的主要因素进行分析, 并基于科研结果, 简要归纳了现阶段的问题所在, 对检测人员在试验过程中提出更高的要求, 降低试验过程的影响因素, 提高试验的准确性。

参考文献

[1]GB/T50123-1999土工试验方法标准[S].北京:中国计划出版社, 1999.

[2]黄伟龙.石粉渣回填材料质量控制研究探讨[J].广东建材, 2012 (9) .

击实黄土抗剪特性的试验研究 篇5

1 土样的基本性质试验

天然的黄土土样取自某河岸堤坝工程附近, 本次试验所用的黄土依据塑性图被定名为低液限粘土, 该黄土为浅棕黄色, 具有低塑限、粉粒含量高的特点。试验所用的粘土取自黄土取样处的附近, 将所得的粘土经过筛分后得到粘粒, 然后作为掺入到天然黄土土样的材料。黄土的基本物理性质试验结果如表1所示。

为了评价不同粘粒含量对黄土的力学性质的影响, 本文根据筛分试验制取具有不同粘粒含量 (10%, 20%, 25%和30%) 的黄土土样, 制样方法如下所述:天然黄土的粘粒含量为21.15%, 可将天然黄土近似为粘粒为20%的黄土土样, 粘粒为10%的黄土土样利用筛分法在天然黄土中去除一定的粘粒制得, 粘粒为25%和30%的黄土土样是将在附近所得的粘土经过筛分后得到粘粒, 然后按照一定的配比掺入到天然黄土土样得到的。对所制得的4个土样进行了颗粒分析试验, 得到的结果如图1所示。

2 击实试验

本文对取自某河岸堤坝工程附近的天然黄土土样进行了击实试验, 击实试验根据GB/T 50123-1999土工试验方法标准进行, 本文采用重型击实试验, 其单位体积击实功约2 684.9 k J/m3, 得到最大干密度和最优含水率的曲线。同时, 对于另外3个加入不同含量粘粒的土样进行相同的击实试验, 得到的结果如图2所示。

通过击实试验分析可得:粘粒含量为10%时, 得到的最优含水率为14.83%, 对应的最大干密度为17.23 k N/m3;粘粒含量为20%时, 得到的最优含水率为15.17%, 对应的最大干密度为16.95 k N/m3;粘粒含量为25%时, 得到的最优含水率为16.73%, 对应的最大干密度为16.85 k N/m3;粘粒含量为30%时, 得到的最优含水率为19.22%, 对应的最大干密度为16.80 k N/m3。通过这4组粘粒含量不同的土样得到的数据对比可以发现:在相同的击实功作用下, 土样的粘粒含量越高, 对其的压实越困难, 得到的最优含水率越大, 最大干密度最小。因此对于压实黄土作为建筑物地基或填充材料时, 应充分考虑黄土的物质组成, 尽量选择粘粒含量较少的土进行地基处理, 以保证工程的稳定性。

3 直剪试验

直剪试验根据GB/T 50123-1999土工试验方法标准进行, 所用的土样与击实试验所用的土样相同, 分别为:粘粒含量为10%的黄土以及粘粒含量为20%的黄土 (天然黄土) 、粘粒含量为25%的黄土、粘粒含量为30%的黄土。为了衡量黄土在击实条件下作为基础或构筑物填充材料时的剪切性能, 本文在上述击实试验的基础上, 选取击实后最优含水率的土样作为直剪试验的样本。直剪试验的法向应力分别为50 k Pa, 100 k Pa和200 k Pa, 得出各个土样在不同法向应力下的剪应力与位移之间的关系曲线如图3~图6所示。

图3~图6反映了各个土样剪应力与剪应变之间的关系。从图中可以看出:对于粘粒含量相同的土样, 随着法向应力的增加, 其剪应力峰值随之提高。对于粘粒含量不同的土样, 在相同法向应力下, 随着土样中粘粒含量的增加, 剪应力峰值消失, 土样的受力性能由应变软化逐步过渡到应变硬化。

通过直剪试验可以确定土的内聚力和内摩擦角, 分析不同法向应力对应的残余剪应力组成的点可得到土样的内聚力和内摩擦角, 得到的结果见图7和表2。通过图7和表2可以看出当粘粒含量为20%和30%时, 二者的内摩擦角相同, 都为32.7°, 但粘粒为20%的土样内聚力较大。粘粒含量为10%时内摩擦角最大为36.9°, 但内聚力较小, 为28.1 k Pa。粘粒含量为20%时, 内聚力最大为33.4 k Pa。内聚力与内摩擦角随粘粒含量的变化不遵循一定的规律。

通过对比各个土样的直剪试验的剪应力与水平位移曲线、剪应力与法向应力的抗剪强度曲线可以看出:粘粒含量的改变可以改变黄土的受力性能, 即随着粘粒含量的增加, 土样的受力性能由应变软化向应变硬化逐渐过渡, 但是对土的抗剪强度参数 (内聚力和内摩擦角) 影响不大。

4 结语

通过以上土的基本性质试验、击实试验、直剪试验可以得出以下几点结论:

1) 取自某河岸堤坝工程附近的黄土土样为低液限粘土, 其塑限为23.4%, 液限为33.5%, 塑性指数为10.1%。

2) 通过击实试验可以得出:在相同的击实功作用下, 土样的粘粒含量越高, 对其的压实越困难, 得到的最优含水率越大, 最大干密度最小。

3) 粘粒含量的改变可以改变黄土的受力性能, 即随着粘粒含量的增加, 土样的受力性能由应变软化向应变硬化逐渐过渡, 但是对土的抗剪强度参数 (内聚力和内摩擦角) 影响不大。

参考文献

[1]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社, 1997.

[2]张洪亮, 胡长顺, 刘保健, 等.压实石灰黄土力学特性试验[J].交通运输工程学报, 2003, 3 (4) :13-16.

浅谈击实试验中的注意事项 篇6

1 击实试验的技术方法

击实试验是土工工程施工前的一项重要的基础工作, 对工程设计、施工及其质量都有着重大影响。击实试验数据与真实结果偏差大或偏差小, 在工程设计和施工中都会出现不同的问题, 以至于达不到规范标准。为此, 必须掌握击实试验的技术方法。土的击实过程其实就是土颗粒和粒组在不排水条件下的重新组构过程, 想要将土压实必须将土体中的水分降低到饱和度以下, 而且压实度和岩土体本身的含水量及压实方法的选择都有密切关系。在压实方法不变的情况下, 土的干密度随着含水量的增加而增大, 达到一定数值后, 含水量的增加反而会使干密度减少, 这一数值就被称之为最大干密度, 相应的含水量就是最佳含水量。

不同的土工工程, 有着不同的具体要求, 所选用的回填材料也会不同, 所以要注意击实试验方法的选择。标准击实试验方法主要有轻型和重型两种。轻型击实试验:分3层填筑材料, 每层锤击27次, 适用于最大颗粒不超过20 mm的细粒土。重型击实试验:分3层填筑材料, 每层锤击98次, 适用于最大粒径不超过40 mm的岩土体;也可以分为5层填筑材料, 每层锤击27次, 适用于最大粒径不超过20 mm的岩土体。经科学分析, 重型击实的击实功是轻型的4倍多, 是当前公路工程使用最为广泛的。而轻型击实法则主要应用于公路工程中一些不主要的次干道和支路。而具体的击实试验方法又有是干法和湿法两种, 在含水量较高的情况下宜选用湿法, 反之易选用干法。另外, 击实试验也分为人工和电动击实两种, 为了得到精确的参数指标, 一般都选用电动击实仪法。无论选用哪一种方法, 需要注意的是为了准确而快捷的获得击实试验数据, 正式开始试验之前要对岩土体的含水量进行预估, 这对于方法的选择至关重要。

2 击实试验中需要注意的事项

2.1 击实筒的选择

击实筒有大小之分, 小击实筒一般适用于最大粒径不超过20 mm的土样, 如石灰土, 容积997 cm3, 击实层为5层;大击实筒适用于最大粒径不超过40 mm的土样, 如水稳碎石, 容积2177 cm3, 击实层为3层。如何选择击实筒, 则要根据道路工程的实际情况而定, 公路工程中一些不主要的次干道应用小击实筒, 其它的一般使用大击实筒。

2.2 土样制备

第一, 取土。不同的土层, 土质也会不同, 取哪一层土要根据工程情况而定。如果分层取土, 就要对每层土分别进行击实试验;如果统一开挖取土, 最好根据每层土的分布比例配制土样, 注意要取最有代表性的土。

第二, 土样制备方法。实践证明, 土样制备方法不同, 击实试验所得的数据也会有所不同。土样制备方法分为干土法和湿土法, 其中干土法是最常使用的。干土法, 就是将土样风干或放在50℃以下烘箱中烘干后再加水配成不同的含水量, 做击实试验。值得注意的是, 如果土样含水量过高, 采用干土法可能会导致最大干密度偏大、最佳含水量偏小, 所以可以采用湿土法, 就是将土样晾干至要求的含水量, 再做击实试验。

2.3 土样配水和养护

将土样烘干后, 就需要对其进行配水, 然后测得含水量, 并估计最佳含水量, 然后再做击实试验。对于击实试验来说, 是否能够保持土层中的水量均匀关系着试验结果的精确性和可靠性。那么, 应该如何控制水量来保持均匀呢?通常采用的方法有体积控制法和称重控制法, 最为有效的则是称重控制法。具体操作就是事先计算得出土样配水的量, 然后一边喷洒一边搅拌, 将这些水均匀混合在土样中, 然后置阴凉处晾干。

2.4 闷料

完成以上工作后, 用双层塑料袋将土样包裹好, 然后进行闷料处理。具体的闷料时间:干土法 (土不重复使用) 。按四分法至少准备5个试样, 分别加入不同水分 (按2%~3%含水率递增) , 拌匀后闷料一夜备用。湿土法 (土不重复使用) 。对于高含水率土, 可省略过筛步骤, 用手捡除大于40 mm的粗石子即可。保持天然含水率的第一个土样, 可立即用于击实试验。其余几个试验, 将土分成小土块, 分别风干, 使含水率2%~3%递减。

2.5 装筒

所谓的装筒就是将土样按照要求装入筒内。小击实筒, 3层时每层土约0.8~0.9 kg, 5层时每层土约0.4~0.5 kg;大击实筒, 3层时每层土约1.7 kg, 尽量保持每层土的质量相同, 才能得出比较精确的最大干密度值。

2.6 击实筒中余土高度

击实试验一般都采用定体积, 视余土高度为零。因此, 一旦试验过程中存在余土就有可能导致单位击实功失真。同时, 余土高度不同也会导致试验数据离散, 所以就要有效控制余土高度, 将其控制在允许的误差范围内, 以保证试验结果的代表性。

2.7 击实操作

击实过程中必须确保锤是自由、铅直落下的, 而且均匀分布在土样表面。每完成一层击实操作都要查看其高度是否合适, 并用刮刀进行表面“拉毛”处理。值得注意的是, 随着土样含水量逐渐增加, 锤表面会有一些粘土, 每击一下都要进行清理, 否则会影响击实功。完成最后一层土样的击实工作后, 应测试样高出筒顶面的高度, 要求小筒高度不超过0.5 cm, 大筒高度不超过0.6 cm, 超出高度过大的试件应该作废。

2.8 试验数据的处理

以干密度为纵坐标、含水量为横坐标, 绘制干密度与含水量的关系曲线, 曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水率。如曲线不能绘出明显的峰值点, 应进行补点或重做。本试验含水率须进行两次平行测定, 取其算术平均值。

3 结语

在这里, 需要指出的是击实试验属于室内试验, 是模拟现场施工条件确定的最大干密度及最佳含水量的一种试验方法, 与实际施工有着一定区别。为此, 试验过程中一定要排除掉一切内外部干扰因素, 控制好试验条件, 降低干扰因素影响, 确保试验结果的可靠性和精确性, 为工程设计、施工提供可靠的依据。

摘要：本文基于工作中积累的实际操作经验对土工击实试验中的注意事项进行了扼要分析, 以提高土的是击实效果, 实现击实试验的终目的, 为施工设计、土方回填等提供数据支持。

关键词：击实试验,土方,公路,注意事项,回填

参考文献

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[2]正常固结饱和粘性土孔隙水压力性状分析[J].扬州职业大学学报, 2007 (4) .

[3]罗孝荣, 陆学元, 张素云.标准击实曲线的理论分析和应用[J].合肥工业大学学报:自然科学版, 2004 (5) .

[4]冯忠居, 谢永利.标准击实试验佳含水量和大干密度的理论计算[J].长安大学学报:自然科学版, 2002 (2) .

击实试验在强夯加固地基中的应用 篇7

关键词：强夯,击实试验,硬壳层,地基加固

Mitchell曾对动力固结理论及其效果作了较为全面的阐述, 认为当强夯加固非饱和土时, 其压密过程基本上同试验室中的击实法相同。正由于强夯加固非饱和土跟室内击实试验很接近, 因此, 通过室内击实试验可以得到强夯加固地基土的一些规律, 并可以以此来指导强夯施工。

软土地基强夯加固前, 由于其强度低, 如果表层没有一定的“硬壳层”为载体, 把能量传递到深层土体中, 深层土体难以得到加固, 更谈不上加固深度。另外, 如果没有“硬壳层”来抵抗重锤的夯击, 在软土结构中, 过大的夯击能会使土体结构严重破坏, 容易液化与出现“橡皮土”, 而且也容易出现“掉锤”现象。正因“硬壳层”的好坏直接关系到强夯加固的深度和加固效果。因此, 本文通过不同击实试验过程研究土体加固时“硬壳层”的形成效果, 对强夯加固地基处理具有很大的实用价值。

1 试验过程分析

在强夯加固地基设计中, 单点总夯击能确定后, 可以通过不同的夯击过程 (方法) 来达到该能量。为达到某夯击能的方法很多, 但是每种夯击方法对夯击完后土体的加固效果也是多样的。从该点出发, 考虑到同夯击能不同夯击方法下土体加固效果的不同, 本文选取相同总击实功不同击实方法对选取的土体做击实试验, 研究土体经过不同击实试验后的密度有何不同。

2 击实试验方案

2.1 试验研究介绍

为了通过击实试验来研究土体的强夯过程, 本次采用重轻击实相结合来做击实试验, 土样选自番禺某工地软土地基土体, 土体的物理力学指标见表1。

本试验方法跟标准击实试验方法有一定的差别, 每个击实试样为了控制相等的击实功, 拟定击实方案, 根据不同的击实试验方案, 选取的试筒均为一种, 对仪器内部参数也只做击实次数调整, 其他参数一概不变, 同时, 考虑轻击、重击、少击及多击对土样击实密度的影响, 这样做出来的试验结果更具对比性。

选取的土样含水量较高, 并且经过运输及室内存放, 使得土样的含水量有一定的变化, 且各不相同。所以本次试验为了统一试样, 令试验结果具有可比较性, 对土体做了如下工作:1) 对选取的土样在50 ℃温度下烘干;2) 土样过筛, 筛孔为25 mm;3) 将选好的土样放烘箱内保存, 保证每次取出来的试样均匀性 (粒径、含水量) 一致。

试验方法参照土工击实试验方法中的干土法, 土样不重复利用。大试筒, 按四分法每试样选取6.5 kg土样, 共选取36个试样。

为了达到击实效果, 在土样出烘箱后要及时按试验设计要求给土样配一定的含水量, 并令每个土样含水量都一致, 可以降低土样的离散性, 本试验配的含水量为10%, 配好水的试样在密闭容器内放置24 h后使用。

2.2 试验方案

根据试验目的, 本次试验采用四种方案两种击实方法来做, 考虑强夯中土体夯实过程的不同, 以及夯击后土体获得的能量一致的原则, 分别选取重锤少击、轻锤多击、先重击后轻击以及先轻击后重击四种不同的方案来做试验。其中对每种方案均采用两种击实方法:一种将土样分3层击实, 另一种将土样分5层击实。具体击实方案见表2。

注:一重二轻表示1层重击, 2层轻击, 其中重击为50击1层, 轻击为90击1层, 二重一轻类似;二重三轻表示2层重击, 3层轻击, 共分5层击实, 其余类推;先4.5再2.5则表示先用4.5 kg重的重锤击实, 再用2.5 kg重的重锤击实, 其余类推;3×50+2×60表示5层击实中, 前3层分别采用50击, 后两层分别采用60击;重50, 30;轻50, 48, 28表示先用重锤击实50次, 接着重锤击实30次, 然后换轻锤分别按50次, 48次, 28次这样的顺序来击实, 其余类推

3 试验结果

土样经过击实后分别按照击实试验的结果处理方法处理击实后的试验数据, 得到每组试验土样的密度平均值 (见表3) 。

通过分析土体分3层击实和5层击实后的试验结果可以看出, 土体分5层击实后得到的土体密度跟土体分3层击实后得到的土体密度走势变化相似。其结果也是轻锤多击得到的土体密度大于重锤少击后土体的密度;经过先轻后重击实的土体密度均大于经过重锤少击、轻锤多击及先重后轻这三种方案分别击实后得到的土体密度。

3.1 同一击实层数 (3层) 不同击实方案之间的结果对比

1) 对比方案A与方案B可知, 在同等击实功条件下, 土体经过重锤少击后的密度要比经过轻锤多击后的小, 重锤少击后土体密度为2.176 g/m3, 而轻锤多击后土体的密度为2.240 g/m3, 后者与前者相比大了2.9%。说明土体经过方案B后比方案A密实度大。2) 对比先重后轻方案C和方案D可知, 方案C土体击实后的密度为2.236 g/m3, 方案D则为2.203 g/m3, 方案C比方案D大了1.5%, 说明方案C比方案D击实密度大。3) 对比先轻后重方案E和方案F可知, 方案E击实后土体密度为2.246 g/m3, 方案F击实后土体的密度为2.265 g/m3, 方案F比方案E得到的土体密度大0.8%, 说明方案F比方案E击实密度大。4) 对比均采用轻重结合的方案D和方案E可知, 这两种方案均采取了两次重击一次轻击, 但由于先后顺序的不同, 得到的试验结果也不相同, 方案E比方案D得到的土体密度大了2.0%, 说明击实顺序对击实结果或多或少有影响。5) 对比均采用轻重结合的方案C和方案F可知, 这两种方案的相同点是均采用了两次轻击一次重击, 不同的是击实的顺序, 得到的击实结果也大不相同, 方案F比方案C得到的土体密度大了1.3%。

3.2 不同土层击实的结果对比

1) 土体分层越多, 其经过同等击实功击实后得到的密度也越大, 5层击实后土体的最大密度为2.271 g/m3, 而3层击实后土体的最大密度为2.262 g/m3, 前者比后者大0.4%;2) 两种层数的击实结果中, 基本呈现重锤少击后土体的密度最小, 先轻后重, 多层击实的密度最大;3) 两种层数的击实中, 3层击实后土体的最大密度比最小密度大4.0%, 5层击实后土体的最大密度比最小密度大2.3%, 两者的密度变化虽然不大, 但其趋势比较明显, 说明5层击实效果比3层击实效果好。

以上6组击实方案, 如果应用到强夯加固软土地基中可以理解为:对于强夯加固法, 为了得到尽可能坚硬的“硬壳层”来抵抗重锤的夯击, 以及尽可能通过上表坚硬的“硬壳层”将能量传递到地基底层, 得到较深的加固深度, 尽可能分多层击实, 并且击实过程中采取先轻锤击、后重锤击的方法, 这样可以得到表层较密实的“硬壳层”。同时, 上层土体得到有效加固密实, 又能将后期跟上来的重锤夯击高能量传递到地基下层, 可以起到很好的加固效果。

4 结语

本文通过室内击实试验模拟强夯击实土体过程中表层“硬壳层”的形成过程, 得到如下结论:

1) 为了得到尽可能坚硬的“硬壳层”来抵抗重锤的夯击, 以及尽可能通过上表坚硬的“硬壳层”将能量传递到地底层, 得到较深的加固深度, 如采取三遍强夯, 应尽可能按先用轻锤夯击两遍, 之后再用重锤夯击一遍, 也就是先轻后重的夯击方法来夯击。2) 采用先轻后重的击实方法能够令土体得到较密实的“硬壳层”, 如果为了得到更好的施工效果, 还应该考虑将能量多次分配, 通过多次夯击来夯实, 也就是通过分层击实来达到最大的土体密度。

参考文献

[1]Mitchell.Soil I mprovement:State of the Art Report, In:Proc Proceeding of the Tenth International Conference on Soil Me-chanics and Foundation Engineering[R].1981:261-317.

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