矿质集料承载比(CBR)试验荷载板厚度的试验研究

莫石秀,罗立峰,张先念

(1.广东省路桥建设发展有限公司,广州 510623;2 华南理工大学广州学院,广州 516139)

0 引言

目前在测定矿质集料承载比(CBR)时，主要是参考T 0134—1993土的承载比(CBR)试验。该试验的对象是土，而矿质集料承载比(CBR)试验的对象为矿质集料。前者经击实后是一个整体，而后者无法击实，是散体结构。在进行贯入试验过程中，随着贯入杆的压入，整体的土体变化较为均匀稳定，而矿质集料则由于突然滑移而出现“突变”的现象，因此如何减少“突变”的次数或减轻“突变”对CBR的影响，成为矿质集料承载比(CBR)试验是否成功的关键。分析矿质集料承载比(CBR)试验过程，减少“突变”或减轻“突变”与试件顶部荷载板的重量有关。目前土的承载比(CBR)的荷载板，其作用与之相当，每块重1.25kg，厚1cm(本文按厚度区分)。

本文在前期大量试验的基础上，结合矿质集料承载比(CBR)试验，继承T 0134—1993土的承载比(CBR)试验的部分做法，就荷载板厚度对矿质集料承载比(CBR)的影响，进行试验研究与分析[1-5]。

1 试验研究的技术路线

矿质集料承载比(CBR)试验只有顶面是活动的，即矿质集料处在一个有下限和侧限的容器中。当贯入杆下压时，集料的侧移除挤密以外，大的变形主要靠向上的变形发展来消化，于是荷载板的重要性就凸显出来，因为荷载板的质量大小决定了变形量的大小，且存在反比的关系，当贯入压力恒定时，荷载板的质量越大，矿质集料的变形越小，反之亦然。考虑极端情况，假如不允许这个变形，那集料势必处于一个封闭的不变形的空间内，当贯入杆下压作用时，只有压密，变形小，可以预测CBR值将会大大提升；相反如果没有荷载板则顶面在贯入杆作用时很容易发生变形，或者说会出现“无序”变形，从而导致所测的CBR值变异较大，影响到CBR参数的取用。因此，合适的荷载板质量，会使得矿质集料承载比(CBR)试验中的向上变形由“无序”变为“有序”，使得所测定的CBR值更加稳定。

本文矿质集料承载比(CBR)试验方法参见文献[5]。为使得研究更具普遍性，矿质集料选用了当前我国公路路面工程中较为常用的辉绿岩。荷载板采用0cm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm八种厚度，其1cm厚大小及式样同土的承载比(CBR)荷载板，通过八组试验分析研究荷载板不同厚度时对CBR稳定性的影响。其它试验组件同T 0134—1993土的承载比(CBR)试验和参考文献[5]。

2 原材料

辉绿岩：广东河源紫金临江芙蓉石场生产，物理指标及筛分见表1和表2。

表1 辉绿岩(10～20mm)物理指标

表2 辉绿岩(10～20mm)筛分结果

3 试验结果及分析

3.1 不同荷载板厚度及不同贯入深度时CBR变化趋势

不同荷载板厚度及不同贯入深度时CBR变化趋势见表3及图1所示。

表3 不同荷载板厚度及不同贯入深度时CBR变化趋势

图1 不同荷载板厚度及不同贯入深度时CBR变化趋势

(1)当荷载板厚度小于5cm时，贯入度为2.5mm和5.0mm时的CBR变化波动趋势趋同。

(2)当荷载板厚度大于5～6cm时，变化波动趋势相反。这种波动是否具有规律性，还需进一步考察验证。

(3)当荷载板厚度大于6cm时，变化一致。其后情况由于数据有限，还需进一步考察验证。

3.2 不同荷载板厚度及不同贯入深度时变异系数变化趋势

不同荷载板厚度及不同贯入深度时变异系数变化趋势见表4及图2所示。

表4 不同荷载板厚度及不同贯入深度时变异系数变化趋势

图2 不同荷载板厚度及不同贯入深度时变异系数变化趋势

(1)两者之间的变化趋势一致，但就数据而言，贯入量为2.5mm时数据的波动性明显较贯入量为5.0mm时剧烈很多。就已有的两组数据而言，贯入量为2.5mm时的平均变异系数为24.5%，贯入量为5.0mm时的平均变异系数为17.38%，两者平均变异系数相差7.12%。

(2)贯入量2.5mm时的变异系数整体比贯入量5.0mm时的大。

(3)两个贯入量下的变异系数均存在最小值，位于3～5cm之间。就最小值而言，贯入量为5.0mm的变异系数小于贯入量2.5mm时的变异系数，差值在4%左右。

(4)对比两组数据的平均变异系数，贯入量为5.0mm的平均变异系数远小于贯入量为2.5mm时的平均变异系数。对比两组数据变异系数最小值，贯入量为5.0mm时的最小变异系数为6.0%，贯入量为2.5mm时的最小变异系数为10%，由此可以看出，贯入量为5.0mm时试验的稳定性明显优于贯入量为2.5mm时的试验稳定性。

(5)鉴于以上成果，推荐矿质集料承载比(CBR)试验采用贯入量为5.0mm。

3.3 贯入量为2.5mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化

贯入量为2.5mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化见表5及图3。

表5 贯入量为2.5mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化

图3 贯入量为2.5mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化

(1)CBR和变异系数均起伏较大。CBR2.5的平均值为48.44%，变异系数平均值为24.5%。

(2)变异系数在荷载板厚为3cm时最小，达到10%，与变异系数均值相差14.5%。此点所对应的CBR2.5为41.58%，与CBR2.5的均值相差6.86%，约平均值的14%。

3.4 贯入量为5.0mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化

贯入量为5.0mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化见表6及图4所示。

表6 贯入量为5.0mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化

图4 贯入量为5.0mm时CBR及变异系数随荷载板厚的变化

(1)CBR和变异系数起伏平缓。CBR5.0的平均值为76.59%，变异系数平均值为17.37%。

(2)变异系数在荷载板厚为4cm时最小，达到6%，与变异系数均值相差11.37%。此点所对应的CBR5.0为85.3%，与CBR5.0的均值相差8.71%,约平均值的11.37%。

(3)贯入量为5.0mm时的CBR5.0和变异系数的稳定性均优于贯入量为2.5mm时的。

3.5 不同贯入量2.5mm/5.0mm变异系数随荷载板厚的变化

不同贯入量2.5mm/5.0mm变异系数随荷载板厚的变化见表7及图5所示。

表7 不同贯入量2.5mm/5.0mm变异系数随荷载板厚的变化

图5 不同贯入量2.5mm/5.0mm变异系数随荷载板厚的变化

(1)贯入量为5.0mm时变异系数随荷载板厚的变化比较平缓，贯入量为2.5mm时变异系数随荷载板厚度的变化起伏较大。

(2)两者均存在最小值，位于3～4cm之间。贯入量为2.5mm的变异系数的最小值为10%，贯入量为5.0mm的变异系数的最小值为6%，相差约4%。

4 结论及建议

通过上述试验研究，可以得出以下结论：

(1)随着荷载板厚度的变化，CBR及其变异系数随之变化。

(2)随着荷载板厚度的变化，贯入量为2.5mm时的CBR和变异系数均相比贯入量为5.0mm时的CBR和变异系数变化起伏较大，可见采用贯入量为5.0mm时的CBR和变异系数较为稳定。

(3)当贯入量为5.0mm，荷载板为3～4cm时，变异系数存在最小值为6%。

土的承载比(CBR)试验(T 0134—1993)规定的精密度和允许差CV≤12%。本文试验研究表明：贯入量2.5mm、荷载板为3～4cm和贯入量为5.0mm、荷载板为3～4cm时的变异系数分别为10%和6%，均能满足CV≤12%的要求。但考虑到贯入量5.0mm时CBR和变异系数较为稳定，建议改进性的集料CBR试验荷载板采用4cm厚，与原土的承载比(CBR)试验(T 0134—1993)一致。