土的击实试验

1 依据标准

《公路土工试验规程》JTG E40-2007

2 目的和适用范围

本试验方法适用于细粒土。

本试验分轻型击实和重型击实。轻型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。重型击实试验适用于粒径不大于40mm的土。

当土中最大颗粒粒径大于或等于40mm,并且大于或等于40mm颗粒粒径的质量含量大于5%时,则应使用大尺寸试筒进行击实试验,或按5.4条进行最大密度校正。大尺寸试筒要求其最小尺寸大于土样中最大颗粒粒径的5倍以上,并且击实试验的分层厚度应大于土样中最大颗粒粒径的3倍以上。单位体积击实功能控制在2677.2~2687.0kJ/m3范围内。

当细粒土中的粗粒土总含量大于40%或粒径大于0.005mm颗粒的含量大于土总质量的70%(即d30≤0.005mm)时,还应做粗粒土最大干密度试验,其结果与重型击实试验结果比较,最大干密度取两种试验结果的最大值。

3 仪器设备

3.1 标准击实仪。击实试验方法和相应设备的主要参数应符合表1的规定。

3.2 烘箱及干燥器。

3.3 天平:感量0.01g。

3.4 台秤:称量10kg,感量5g。

3.5 圆孔筛:孔径40mm、20mm和5mm各1个。

3.6 拌和工具:400mm×600mm、深70mm的金属盘,土铲。

3.7 其他:喷水设备、碾土器、盛土盘、量筒、推土器、铝盒、修土刀、平直尺等。

4 试样

4.1 本试验可分别采用不同的方法准备试样。各方法可按表2准备试料。

4.2 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。

4.3 湿土法(土不重复使用)。对于高含水率土,可省略过筛步骤,用手拣除大于40mm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。其余几个式样,将土分成小土块,分别风干,使含水率按2%~3%递减。

5 试验步骤

5.1 根据工程要求,按表1规定选择轻型或重型试验方法。根据土的性质(含易击碎风化石数量多少、含水率高低),按表2规定选用干土法(土不重复使用)或湿土法。

5.2 将击实筒放在坚硬的地面上,在筒壁上抹一薄层凡士林,并在筒底(小试筒)或垫块(大试筒)上放置蜡纸或塑料薄膜。取制备好的土样分3~5次倒入筒内。小筒按三层法时,每次约800~900g(其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1/3);按五层法时,每次约400~500g(其量应使击实后的土样等于或略高于筒高的1/5)。对于大试筒,先将垫块放入筒内底板上,按三层法,每层需试样1700g左右。整平表面,并稍加压紧,然后按规定的击数进行第一层土的击实,击实时击锤应自由垂直落下,锤迹必须均匀分布于土样面,第一层击实完后,将试样层面“拉毛”然后再装入套筒,重复上述方法进行其余各层土的击实。小试筒击实后,试样不应高出筒顶面5mm;大试筒击实后,试样不应高出筒顶面6mm。

5.3 用修土刀沿套筒内壁削刮,使试样与套筒脱离后,扭动并取下套筒,齐筒顶细心削平试样,拆除底板,擦净筒外壁,称量,准确至1g。

5.4 用推土器推出筒内试样,从试样中心处取样测其含水率,计算至0.1%。测定含水率用试样的数量按表3规定取样(取出有代表性的土样)。两个试样含水率的精度应符合本试验第6.5条的规定。

5.5 对于干土法(土不重复使用)和湿土法(土不重复使用),将试样搓散,然后按本试验第3条方法进行洒水、拌和,每次约增加2%~3%的含水率,其中有两个大于和两个小于最佳含水率,所需加水量按下式计算:

mw=mi/(1+0.01wi)×0.01(w-wi)                   式1

式中:mw——所需的加水量(g);

      mi ——含水率wi时的土样的质量(g);

      wi ——土样原有含水率(%);

      w ——要求达到的含水率(%)。

按上述步骤进行其他含水率试样的击实试验。

6 结果整理

6.1 按下式计算击实后各点的干密度:

ρd=ρ/(1+0.01w)                              式2

式中:ρd——干密度(g/cm3),计算至0.01;

      ρ ——湿密度(g/cm3);

      w ——含水率(%)。

6.2 以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,绘制干密度与含水率的关系曲线,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。

6.3 按下式计算饱和曲线的饱和含水率wmax,并绘制饱和含水率与干密度的关系曲线图。

wmax=[GSρw(1+w)-ρ]/GSρ×100                      式3

或                   wmax=(ρwd-1/GS)×100                          式4

式中:wmax——饱和含水率(%),计算至0.01;

       ρ ——试样的湿密度(g/cm3);

       ρw——水在4℃时的密度(g/cm3);

       ρd——试样的干密度(g/cm3);

       GS ——试样土粒比重,对于粗粒土,则为土中粗细颗粒的混合比重;

        W——试样的含水率(%)。

6.4 当试样中有大于40mm的颗粒时,应先取出大于40mm的颗粒,并求得其百分率p,把小于40mm部分做击实试验,按下面公式分别对试验所得的最大干密度和最佳含水率进行校正(适用于大于40mm颗粒的含量小于30%时)。

     最大干密度按下式校正:

                      ρdm=1/[(1-0.01p)/ ρdm+0.01p/ G’S]              式5

式中:ρdm——校正后的最大干密度(g/cm3),计算至0.01;

       ρdm——用粒径小于40mm的土样试验所得的最大干密度(g/cm3);

          p——试料中粒径大于40mm颗粒的百分率(%);

        G’S——粒径大于40mm颗粒的毛体积比重,计算至0.01.

     最佳含水率按下式校正:

                     Wo=wo(1-0.01p)+0.01pw2                      式6

式中:wo——校正后的最佳含水率(%),计算至0.01;

      wo ——用粒径小于40mm的土样试验所得的最佳含水率(%);

       p ——同前;

      w2 ——粒径大于40mm颗粒的吸水量(%)。

6.5 精密度和允许差。

本试验含水率须进行两次平行测定,取其算术平均值,允许平行差值应符合表5规定。

7 报告

7.1 土的鉴别分类和代号。

7.2 土的最佳含水率wo(%)

7.3 土的最大干密度ρdm(g/cm3).

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