关于土的承载比试验的若干问题的探讨

张林波，李 瑶，赵 青

(1.重庆锦程工程咨询有限公司，重庆 401147;2.湖南省吉茶高速公路建设开发有限公司，湖南吉首 416000)

CBR试验是1928年O·J·Porter在美国加利福尼亚州进行沥青路面破坏调查时，为比较地方材料的强度而提出的，它是把试件贯入量达到2.5 mm时单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载压强的比值，称为CBR。

1 室内CBR试验原理

按照《公路土工试验规程》中的相关试验方法确定材料的最大干密度和最佳含水量，以最佳含水量和最大干密度分别制取试件并模拟材料在浸水状态下产生应力变形等不利因素，给材料结构附加应力，从而确定材料的破坏变形因素和承载力，为现场材料的施工提供科学的理论依据。

2 主要试验仪器要求

1)试筒:内径152 mm、高170 mm的金属圆筒;高50 mm的套环;直径151 mm、高50 mm的筒内垫块。

2)夯锤和导管:夯锤的底面积直径为50 mm，总质量4.5 kg，夯锤在导管内的总行程为450 mm。

3)路面材料强度仪:能量不小于50 kN，能调节贯入速度至每1 min贯入1 mm，可采用测力计式。

4)荷载板:直径 150 mm，中心孔眼直径52 mm，每块质量1.25 kg，共4块，并沿直径分为两个半圆块。

3 试验的主要技术要求

1)采取有代表性土样，风干后进行捣碎，进行筛分试验。

2)在预定做试验之前前一天，取有代表性的试料测定其风干含水率。

3)按《公路土工试验规程》T 0131－2007进行击实试验，按计算出的最大干密度和最佳含水量制取30击次、50击次、98击次的试件各3个。

4)加荷载板安装百分表，在水槽内浸水4昼夜后测膨胀量。

5)在贯入杆上加载45 N的荷载，调整百分表至整数，加荷使贯入杆以1～1.25 mm/min的速度压入试件，并读取测力和测变形的数据。

6)绘制p－l关系曲线，必要时进行原点修正。

7)依据p－l关系曲线读取贯入量为2.5 mm和5 mm的单位压力。贯入量为2.5 mm的CBR2.5=(p/7 000)×100，贯入量为 5 mm的CBR5=(p/10 500)×100。在试验中如贯入量为5 mm的承载比大于2.5 mm的承载比，则试验应重新做，如结果仍然如此，则采用5 mm的承载比。

4 试验操作中的要点

4.1 控制测力百分表偏差

在贯入试验时，两个测力的百分表经常会出现较大的读数数值偏差或一侧百分表停止甚至倒转的情况，其主要原因有:①制件过程中加入土样时没有将表面整平，击锤下落后产生了偏心应力，致使试件击实功产生了变化。②在贯入试验中，把试件放入路面材料强度仪的升降座时，没有调整偏球座，使贯入杆与试件几何对中并顶面全面接触;在试验过程中要尤为注意以上情况。

4.2 浸泡96 h时水面高度

在试验过程中很多人把高出试件顶面25 mm误解为高出土面25 mm，这是欠合理的。浸水的目的就是模拟材料在使用过程中遇到的不利状态，借以论证材料的特性;如果水面只高出土面25 mm就不能保证在这个浸水时间内试件和水的充分接触并保水，也将会严重影响膨胀量和承载比的取值。

4.3 选择应力环

《公路土工试验规程》规定以1～1.25 mm/min的贯入速度压入试件时应使贯入量为250×10－2mm时能有5个以上的读数，测力计内的第一个读数应为贯入量30×10－2mm左右。故根据不同土质选择不同等级的应力环至关重要。据以往操作经验和理论分析，对于黏性土、砂土宜用7.5、10、30 kN的测力环;砾土、含石质土一般选择30、50 kN的测力环。另外使用过程中，应力环的示值重复性相对误差不大于0.3%，示值进回程相对误差不大于1.5%，示值长期稳定度(3个月)不大于0.3% 。

4.4 先预压45 N荷载

贯入试验前必须模拟路面自重荷载对路基的作用，在贯入杆上施加45 N的初始压力，使贯入杆紧密地与试件顶面接触。然后将测力和测变形的百分表均调整为整数，记录起始读数。试验中黏性土、砂土变形量小，一般把起始读数调为0，原来施加的45 N作用力及其贯入量可不体现在单位压力与贯入量曲线上。在一些土的试验中，先预压45 N后再调整为0。在实际操作过程中很难实现，因为当压到45 N后停机调整时应力环百分表通常会因土的回弹力退回到原位置，操作时要注意进行加载调整。

4.5 原点修正

图1 p—l关系图

以单位压力(p)为横坐标，贯入量(l)为纵坐标，绘制p－l关系曲线。当发现曲线起始部分反弯时要进行修正，其方法是在变曲率点引一切线与坐标轴交于O'点，并以O'为坐标系的原点。但要注意原点改变以后，单位压力应平移到新原点(如图1)，单位压力应随着平移后的原点变化。在图示中O'就是修正后的坐标原点，在求单位压力时要充分考虑整个曲线应向右平移0.2 mm，如原来2.5 mm对应的约为910 kPa，现在就应该变为2.7 mm对应的约为1 010 kPa了，CBR值也就出现了较大的变化。

4.6 应力环回归方程的求解

在试验过程中，应力环的校正系数对试验结果的影响是很大的，然而这也是试验中常忽视的，下面简单介绍两种方法。

4.6.1 最小二乘法

最小二乘法的基本原理是当所有测量数据的偏差平方和最小时，所得到的直线最优。

直线方程为y=bx+a(y为荷载，x为百分表读数)

如按表1标定结果:可解出:y=0.139 6x－13.904，R2=0.999 9。

表1 标定结果

4.6.2 用EXCEL电子表格求解

按表1中的标定结果 ，以百分表读数为x轴，荷载为y轴，点击插入图表→选择xy散点图→单击下一步→填写图标名称和轴名，然后点击完成。在点击完成的图形上选择添加趋势线，把选择类型设为线性同时设置选项显示公式和显示R2值，确定后见图2。

图2 百分表—荷载关系图

4.6.3 EXCEL统计函数求校正系数

文档里第2行输入荷载(力值)，第1行输入百分表读数(变形)，选择LINEST线性回归，结果乘以10，同样可以得到应力环的解。见图3。

图3 EXCEL统计函数求解图

5 结语

以上介绍为平时在试验过程中的一些总结和分析，还有很多方面的问题需要在以后进一步发现，总之，只有认真理解试验方法，严格执行试验规范，才能让试验结果接近实际。

［1］JTJ 051－93，公路土工试验规程［S］.