影响土的压实性的因素及实践中的应用

■全红兵

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司　新疆　乌鲁木齐　830002）

影响土的压实性的因素及实践中的应用

■全红兵

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司新疆乌鲁木齐830002）

对土料的压实性影响因素的分析，通过击实试验获得最大干密度、最优含水率，为勘察设计提供依据。

土的压实性击实试验最大干密度最优含水率

土是自然界的产物，是一种松散的颗粒堆积物。土工建筑物，如土坝、道路填方都是用其作为建筑材料填筑而成的。为了满足工程的要求，在施工中常常需要对填料压实，以提高它的密实度（工程中以干密度表示）和均匀性，使填土有足够的强度以及较小的压缩性、透水性并减小沉降。对于大型和重要的工程，先有室内击实试验确定填筑标准，再通过现场工地碾压试验进行校核，并确定最经济的碾压参数（如碾压机具重量、铺土厚度等）或对室内试验提供的填筑标准进行适当的修正后，作为实际施工控制的填筑标准。

在室内研究土的压实性主要通过击实试验进行，击实试验有轻型、重型之分。通过试验求得最大干密度、最优含水率。对土的压实性影响因素很多，主要有含水率、击实功能、土的种类和级配、粗粒的含量等，现分别论述。

1　含水率的影响

对土的压实，在不同的含水率下，用同一击数，将他们分层击实，就能得到一条含水率ω与相应干密度ρd的关系曲线，如图1。当含水率较低时，击实后的干密度，随含水率的增加而加大。而当干密度增大到某一值后，含水率增加反而招致干密度减小，干密度达到最大值时成为该击数下的最大干密度ρdmax，与它相对应的含水率称为最优含水率ω0p,这样就得出，在一定的击数下，只有在一定的含水率下才能获得最佳的击实效果。对于这种特征是由于粘性土在含水率低时，表面吸着水层薄，击实过程中土粒间的电作用力以引力为主，故土粒相对错动困难，干密度就低。随着含水率的增加，吸着水层增厚，击实过程土粒间电作用引力减小，斥力增加，土粒易于错动，故干密度也相应增加，当含水率超过某一值时，虽仍能使粒间引力减小，但此时空气以封闭气泡的形式存在于土体内，击实时很大一部分击实功能有孔隙气体承受，土粒受力相对减小，因而导致含水率增加，干密度反而减小。在通常实验中为了获得具有峰值点击实曲线，首先要配置接近于最优含水点的土样，实践证明土的最优含水一般接近于塑限值，故在进行击实试验前，一般先做液塑限试验得出塑限值，再根据塑限值配置不同含水点的土样进行击实试验，如在实验中未取得具有峰值点的曲线，一般是调整击实土样的含水再进行击实试验，且土样不宜重复使用。直到最终取得具有峰值点的击实曲线，找出最优含水和最大干密度。

图1　击实曲线

试验表明，在相同的击实功能下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度越小，最优含水率愈大，这是由于在相同的含水率下，粘粒含量越高，吸着水层就薄，击实过程中土粒错动就困难的缘故。笔者通过对以往所做击实试验的总结，对于粘性土的ρdmax一般在 1.6g/cm3左右，最优含水一般在18~20%。对于粉土的ρdmax一般在1.8g/cm3左右，最优含水一般在14~16%。若遇到特殊的粘性土，如：含有粗粒的粘性土，且其中的粗粒土的干密度较大可导致该粘性土的最大干密度增大到1.7 g/cm3以上，最有含水也随之减小到18~20%以下。对于无粘性土而言，含水率对压实性的影响虽不像粘性土那么敏感，但还是有一定的影响，在试验中它的击实曲线如图2。

2　土类和级配的影响

在含水率曲线接近于零时它的干密度较高，可是在某一较小含水率下却出现最低干密度。这被认为由于假粘聚力的存在，击实过程中一部分击实功能消耗在克服这种假粘聚力而造成的。随着含水率的增加，假粘聚力逐渐消失，就得到较高的干密度。因此，在无粘性土的实际填筑中，通常需要不断洒水，使其在较高含水率下压实。但在实际室内试验中一般不进行击实试验而用相对密度或紧密密度来反映无粘性土的压实性。

图2　无粘性土的击实曲线

在同一类土中，土的级配对它的压实性影响很大。级配均匀的，压实干密度要比不均匀低，这是因为在级配均匀的土内较粗土粒形成的孔隙很少有细土去填充。而级配不均匀的土则相反，有足够的细粒去充填，因而能获得较高的干密度。

图3　不同击数下的击实曲线

3　击实功能的影响

在试验室内击实功能是用击实数来反映的，如果用同一种土在不同含水率下分别用不同击数进行击实试验，就得到一组随击数而异的含水率与干密度关系的曲线，如图3。

由图中可见最大干密度与最优含水率不是常数，最大干密度随击数增加而增加，反之，最优含水率逐渐减小，然而这种增大或减小的速率是递减的。因此，只靠增加击实功能来提高土的最大干密度是有一定限度的，当含水率较低时击数的影响较显著，当含水率较高时，含水与干密度关系的曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的。针对击实功能对压实性影响的特点，在实验室通常采用轻型击实试验，单位击实功约为592.2kJ/m3，再根据水利、公路、建筑等不同工程规范要求进行击实试验。

4　粗粒含量的影响

在实验室中常用的轻型试验，允许试样的最大粒径小于5mm。当土内含有大于5mm的土粒时，应剔除后再进行试验。这样，试验测得的最大干密度与最优含水率必与实际土料（含大于5mm的土料）在相同击实功能下的最大干密度与最优含水率不同。但当土料中大于5mm的土粒含量不超过25-30%（土粒浑圆时，允许达到30%，土粒是片状时允许达25%），可认为粗土粒可均匀分布在细粒之内，同时细粒土达到它的最大干密度，于是实际土的最大干密度和最优含水率通过下面计算式得出：

ρ’dmax=1/[(1-P5)/ρdmax+P5/ρωGS5]式中 ρ’dmax-相同击实功能下实际土料的最大干密度；ρdmax-粒径小于5mm土粒的最大干密度；P5-粒径大于5mm土粒的含量；ρω-水的密度；GS5-粒径大于5mm土粒的干比重（实际上用粗粒土的质量除以它的饱和面干体积求得）。

ω’0p=ω0p(1-P5)+ωabP5式中 ω’0p-相同击实功能下实际土料的最优含水率；ω0p-粒径小于5mm土料的最优含水率；ω0b-粒径大于5mm土粒的吸着含水率

5　结束语

通过土料压实性影响因素的分析，实验室在进行压实试验时，首先根据工程要求及土粒的性质选择击实方法，即轻型击实或重型击实，再根据试验要求配置不同含水率的土样进行击实试验，通过试验获得的最佳击实曲线进而求得最大干密度和最优含水率，为勘察设计提供准确的压实标准。

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TU4[文献码]B

1000-405X（2016）-9-467-1

全红兵（1966～），男，本科，中级工程师，研究方向为工程地质。