击实试验中最大干密度和最优含水率影响因素分析

王 龙 王 健

(1.核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川成都 610061;2.成都军区空军勘察设计院，四川成都 610041)

0 引言

在工程建设中，采用回填土作为填筑材料，不可避免的遇到填土压实度问题，例如堤坝、道路、机场、运动场、挡土墙、埋设管道、建筑物地基等。为提高填土体的强度，增加填土的密实度，降低透水性和压缩性，需按照国家相应标准，可采用重锤夯实、机械碾压或振动等方法将土压实到一定密实度，以满足工程的质量标准。一般用最大干密度表征土的击实效果，最优含水率是在一定的击实能下最大干密度所对应的含水率。室内击实试验是目前研究填土击实特性的重要方法，室内击实试验可以测得土的最优含水率和最大干密度，是近似的模拟现场填筑的一种半经验性的试验，借以了解土的击实特性，作为选择施工方法、机械碾压或夯实次数以及击实工具等的主要依据。

轻型击实试验和重型击实试验是目前国内常用的两种室内击实试验方法。下面以JTG E40-2007公路土工试验规程[2]为试验方法标准，说明在击实试验过程中影响土最大干密度的一些主要因素。

1 影响因素分析

击实就是指土体在击实能量作用下，土颗粒克服粒间的阻力，进而产生一定的位移，从而使土颗粒重新排列，使得土体孔隙减小，密实度增大。击实功能则是指每单位体积所消耗的能量，击实功能愈大，得到的最优含水率则愈小，相应的最大干密度愈高，但耗费的击实功能也相应的增加，可见击实功能是影响击实效果的一个重要因素，在特定击实功能下影响击实效果的因素主要有以下几个方面，下面逐一进行分析。

1.1 土样重复使用与否的影响

图1是土样在不重复使用和重复使用时采用干土法所做的击实试验曲线，分析可知，在相近最大干密度情况下，最优含水率却有所不同，最优含水率大的为重复使用时的土体。

图1 击实试验曲线对比图

最优含水率产生此种变化的主要原因为土体在同一夯实锤的反复夯打下，土体的颗粒结构及胶结状况发生了改变，导致土体的粒径变细，比表面积增大。比表面积的增大使得土体能够吸收更多的结合水，其最优含水率也相应发生了变化[3]。

1.2 余土高度的影响

试样击实后会有部分土高度超过筒顶，此部分土柱则是余土[4]。标准击实试验的击实曲线是余土高度为零时在单位体积击实功能下土的含水率和干密度的关系曲线，但由于实际的操作中总会存在一定的余土高度，如果余土高度过大，试验结果的误差会增大，则击实曲线上的干密度就不是一定击实功能下的干密度。图2是对同一土样按同一含水率，在击实后余土高度控制在3 mm～11 mm时的干密度的结果对比。从图2可以看出，击实试验中余土高度越大，干密度越小。因为随着余土高度的增加，试样的体积相对增大，而试样所受的单位体积击实功能则相应减小，干密度也随之变小。试验中的干密度发生了变化，那么最大干密度和最优含水率必然也会随之发生改变。

图2 余土高度与干密度关系图

1.3 试样分层高度的影响

根据试验规程，击实试验时，试样是分3层装入试筒的，每层试样高度宜相等，即为筒高的1/3。表1是对同一种土进行击实试验时，每层试样高度基本一致与不一致的干密度比对结果。从表1中可看出，1号和2号样的每层试样高度基本一致(约为筒高的1/3)，其干密度约为1.85 g/cm3，3号、4号、5号样的每层高度不一致，其干密度比1号和2号样要低10 g/cm3～30 g/cm3。

表1 不同分层厚度下干密度统计表

根据分析，试筒试样的每层高度均等时，击实功能是最大的，实验显示相应的干密度也是最大的。当有一层高度大于筒高的1/3时，分析可知，体积相对增大，则该层填土所受的击实功能相对减小，土体的密实度相对变小;当某层土体高度小于筒高的1/3时，土体浪费了一定的击实功能，土体总体承受的击实功能就减弱，土体的击实也就不能达到最大。

1.4 试样均匀性的影响

送检的试样中常夹有碎石等粒径较大的颗粒，在试验中，一般要将较大颗粒筛出，将筛出的大颗粒均匀地掺入每份所要配制的试样中，使得各份试验中大颗粒含量相同，否则试样的干密度会出现异常，表2是对同一种土按同一含水率，分别掺入不同含量大颗粒所做的击实试验结果对比。

表2 不同含量粗颗粒下干密度统计表

从表2可看出，在实验中的大颗粒掺入量相近时，可得出试样的干密度基本相等，而实验中大颗粒掺入量差距相对较大时，试样的干密度则呈现出离散性。

1.5 最大干密度与含水率的关系

对于同一种土来说，干密度越大，其孔隙比就越小，因此最大干密度对应于试验所达到的最小孔隙比。在某一特定的含水率下，将土压至最密实，理论上就是将土中所有的气体都从土中排出，使土体达到饱和状态，得到理论上的最大压实曲线，即Sr=100%的压实曲线，称为饱和曲线[3]。土中含水率过大或过小都不能使之达到最大干密度。含水率过小，土中基本上只有强结合水，强结合膜太薄，由于土粒间摩阻力和引力，使土颗粒间不易移动，从而达不到密实状态;含水率过大，土中的一定的空间被自由水所占据，从而导致土体达不到密实状态;而当土的含水率为最优含水率时，土颗粒间具有一定的弱结合水膜，此弱结合水膜的润滑作用使土颗粒较易移动，填充孔隙、挤密，使土体达到最大密实度。

1.6 土性对最大干密度的影响

在击实功能一定的情况下，土的性质影响着土的最大密实度和最优含水率。级配良好的土，因为粗颗粒间被细颗粒所填充，所以具有较好的压实性能。同理，颗粒级配不好的土在同样的压实条件下，压实性能就较差。表3列出了据本次实验所得几种不同的土的最优含水率和最大干密度。

表3 不同的土的最优含水率和最大干密度

由表3可知，颗粒越细的土，其最大干密度愈小，而最优含水率愈大。最大密实度与最优含水量之间呈负相关关系，最优含水率大的土，最大干密度小，反之，最优含水率小的土，最大干密度却大。

2 结语

室内击实试验虽实验步骤相对来说比较简单，但试验过程中的影响因素却很多，在这些因素中有土样自身的性质问题，如土体性质、含水率情况、土样的均匀性等，还有人为操作问题，如土样是否重复使用、余土高度的控制、每层试样高度、土样的调配等。因此在实际的工作中，必须持严谨的工作态度，严格执行规范的要求，控制试验条件，尽量接近实际情况，降低实验人为因素的影响，提高试验数据的准确性、可靠性、真实性，为工程实际设计提供最真实的科学参照，祛除实验影响，以此为合理的选择碾压工具、施工程序、夯实次数及间隔等提供科学依据。

[1] 米建华.击实试验中最大干密度和最优含水率因素分析[J].河南水利与南水北调，2011(20):20-21.

[2] JTG E40-2007，公路土工试验规程[S].

[3] 康 红.土工试验方法中几个常见问题分析[J].黑龙江交通科技，2011(7):30-31.

[4] 张建辉，王 敏.浅谈土工击实试验在工程中的应用[J].杨凌职业技术学院学报，2011，10(2):15-16.