土力學(xué)第十章 土的動力性質(zhì)和壓實性

1、第十章 土的動力性質(zhì)和壓實性 第一節(jié) 土在動荷載作用下的變形和強(qiáng)度特性一、作用于土體的動荷載和土中波車輛的行駛、風(fēng)力、波浪、地震、爆炸以及機(jī)器的振動，都可能是作用在土體的動力荷載。這類荷載的特點，一是荷載施加的瞬時性，二是荷載施加的反復(fù)性（加卸荷或者荷載變化方向）。一般將加荷時間在10s以上者都看做靜力問題，10s以下者則應(yīng)視作動力問題。反復(fù)荷載作用的周期往往短至幾秒、幾分之一秒乃至幾十分之一秒，反復(fù)次數(shù)從幾次、幾十次乃至千萬次。由于這兩個特點，在動力條件下考慮土的變形和強(qiáng)度問題時，往往都要考慮速度效應(yīng)和循環(huán)（振次）效應(yīng)。考慮速度效應(yīng)時，需要將加荷時間的長短換算成加荷速度或相應(yīng)的應(yīng)變速度，加荷

2、速度的不同，土的反應(yīng)也不同。如圖10-1所示，慢速加荷時，土的強(qiáng)度雖然低于快速加荷，但承受的應(yīng)變范圍較大。循環(huán)（振次）效應(yīng)是指土的力學(xué)特性受荷載循環(huán)次數(shù)的影響情況。圖10-2是說明振次效應(yīng)的一個實例，土中表示靜力破壞強(qiáng)度，為動應(yīng)力幅值，是在加動應(yīng)力前對土樣所施加的一個小于的豎向靜偏應(yīng)力。由圖可見，振次愈少，土的動強(qiáng)度愈高。隨著動荷載反復(fù)作用，土的強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)反復(fù)作用10次時，土樣的動強(qiáng)度（）幾乎與靜強(qiáng)度相同，在加大作用次數(shù)，動強(qiáng)度就會低于靜強(qiáng)度。所以，對于動荷載，除了必須考慮其幅值大小以外，尚應(yīng)考慮其說包含的頻率成分和反復(fù)作用的次數(shù)。當(dāng)汽車通過路面或火車通過軌道時，將動荷傳到路基上，它們荷

3、載的周期不規(guī)則，可從0.1s到數(shù)分鐘，其特點是反復(fù)多次加荷，而且循環(huán)次數(shù)很多，往往多達(dá)10³次以上。因此必須從防止土體反復(fù)應(yīng)變產(chǎn)生疲勞的角度考慮其性質(zhì)變化。地震荷載也是隨機(jī)作用的動荷載，一般為0.21.0s的周期作用，但次數(shù)不多。位于土體表面、內(nèi)部或者基巖的振源所引起的土單元體的動應(yīng)力、動應(yīng)變，將以波動的方式在土體中傳播。土中波的形式有以拉壓應(yīng)變?yōu)橹鞯目v波、以剪應(yīng)變?yōu)橹鞯臋M波和主要發(fā)生在土體自由界面附近的表面波（瑞利波）。作用于地表面的豎向動荷載主要以表面波的形式擴(kuò)散能量。水平土層中傳播的地震波，主要是剪切波。波動能量在土體表面和內(nèi)部層面處將發(fā)生反射、折射和透射等物理現(xiàn)象。二、土的動

4、力變形特性在周期性的循環(huán)荷載作用下，土的變形特性已不能用靜力條件的概念和指標(biāo)來表征，而需要了解動態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系。影響土的動力變形特性的因素包括土體周圍壓力、孔隙比、顆粒組成、含水率等，同時它還受到應(yīng)變幅值的影響，而且又以后者為顯著。同一種土，它的動力變形性狀將會隨著應(yīng)變幅值的不同而發(fā)生質(zhì)的變化。日本石原研究而的研究指出，只有當(dāng)應(yīng)變幅值在10-610-4及以下的范圍內(nèi)時，土的變形特性可認(rèn)為是屬于彈性性質(zhì)。一般由火車、汽車的行駛以及機(jī)器基礎(chǔ)等所產(chǎn)生的振動的反應(yīng)都屬于這種彈性范圍。這種條件下土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及相應(yīng)參數(shù)可在現(xiàn)場或室內(nèi)進(jìn)行測定。當(dāng)應(yīng)變幅值在10-410-2范圍內(nèi)時，土表現(xiàn)為彈塑性性質(zhì)

5、，如打樁、地震等所產(chǎn)生的土體振動反應(yīng)即屬于此，可以用非線性的彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來加以描述。當(dāng)應(yīng)變幅值超過10-2時，土將破壞或產(chǎn)生液化、壓密等現(xiàn)象，此時土的動力變形特性可用僅僅反復(fù)幾個周期的循環(huán)荷載試驗來確定。 第二節(jié) 砂土和粉土的振動液化1、 土體液化現(xiàn)象及其工程危害 土體液化是指飽和狀態(tài)砂土或粉土在一定強(qiáng)度的動荷載總用下表現(xiàn)出類似液體的性狀，完全失去強(qiáng)度和剛度的現(xiàn)象。 地震、波浪、車輛、機(jī)器振動、打樁以及爆破等都可能引起飽和砂土或粉土的液化，其中又以地震引起的大面積甚至深層的土體液化的危害性最大，它具有面廣、危害重等特點，常會造成場地的整體性失穩(wěn)。因此，近年來土體液化引起國內(nèi)為工程界的普遍重

6、視，成為工程抗震設(shè)計的重要內(nèi)容之一。砂土液化造成的災(zāi)害的宏觀表現(xiàn)主要有如下幾種：（1）噴砂冒水。液化土層中出現(xiàn)相當(dāng)高的孔隙水壓力，會導(dǎo)致低洼的地方或土層縫隙處噴出砂、水混合物。噴出的砂?？赡芷茐霓r(nóng)田，淤塞渠道。噴砂冒水的范圍往往很大，持續(xù)時間可達(dá)幾小時甚至幾天，水頭可高達(dá)23米。(2) 震陷。液化時噴砂冒水帶走了大量土顆粒，地基產(chǎn)生不均勻沉陷，使建筑物傾斜、開裂甚至倒塌。例如，1964年日本新瀉地震時，有的建筑物結(jié)構(gòu)本身并未損壞，卻因地基液化而發(fā)生整體傾斜；又如1976年唐山地震時，天津某農(nóng)場高10m左右的磚砌水塔，因其西北角處地基土噴砂冒水，水塔整體向西北傾斜了6度。（3）滑坡。在岸坡或壩坡

7、中的飽和砂粉土層，由于液化而喪尸抗剪強(qiáng)度，使土坡失去穩(wěn)定，沿著液化層滑動，形成大面積滑坡。1971年美國加利福尼亞州圣費南多壩在地震中發(fā)生上游壩坡大滑動，研究證明這是因為在地震振動即將結(jié)束時，在靠近壩底和黏土心墻上游處廣闊區(qū)域內(nèi)砂土發(fā)生液化的緣故；1964年美國阿拉斯加地震中，海岸的水下流滑帶走了許多港口設(shè)施，并引起海岸涌浪，造成沿海地帶的次生災(zāi)害。（4）上浮。貯罐、管道等空腔埋置結(jié)構(gòu)可能在周圍土體液化時上浮，對于生命線工程來講，這種上浮常常引起嚴(yán)重的后果。二、液化機(jī)理及影響因素飽和的、較松散的、無黏性的或少黏性的土在往復(fù)剪應(yīng)力作用下，顆粒排列將趨于密實（剪縮性），而細(xì)、粉砂和粉土的透水性并不

8、太大，孔隙水一時間來不及排出，從而導(dǎo)致孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力減小。當(dāng)周期性荷載作用下積累起來的孔隙水壓力等于總應(yīng)力時，有效應(yīng)力就變?yōu)榱?。根?jù)有效應(yīng)力原理，飽和砂土抗剪強(qiáng)度可表達(dá)為： （10-1） 可見，當(dāng)孔隙水壓力等于總應(yīng)力時，有效應(yīng)力，此時，沒有黏聚力的砂土其強(qiáng)度就完全喪失。同時，土體平衡外力的能力，即模量的大小，也是與土木的有效應(yīng)力成正比關(guān)系，如剪切模量： （10-2） 式中：K、n實驗常數(shù)。顯然，當(dāng)趨向于零的時候，G也趨向于零，即土體處于沒有抵抗外荷載能力的懸液狀態(tài)。這就是所謂的“液化”。在地震時，土單元體所受的動應(yīng)力主要是由從基巖向上傳播的剪切波所引起的。水平地層內(nèi)土單元體理想的受力

9、狀態(tài)如圖10-3所示。在地震前，單元體上受到有效應(yīng)力和的作用（為靜止土壓力系數(shù)）。在地震時，單元上將受到大小和方向都在不斷變化的剪應(yīng)力的反復(fù)作用。在試驗和動單剪試驗里通過模擬上述受力情況進(jìn)行試驗研究有助于揭示液化的機(jī)理，其中動三軸試驗和動單剪試驗是被廣泛使用的兩種試驗方法。試驗中，土樣是在不排水條件下，承受著均勻周期荷載。當(dāng)?shù)卣饡r，實際發(fā)生的剪應(yīng)力大小是不規(guī)則的，但經(jīng)過分析認(rèn)為可以轉(zhuǎn)換為等效的均勻周期荷載，這就比較容易在試驗中重現(xiàn)。通過飽和粉砂的液化試驗可以得到以下結(jié)果：周期偏應(yīng)力、動應(yīng)變和動孔隙水壓力等與循環(huán)次數(shù)那關(guān)系的曲線可以看到，即使偏應(yīng)力在很小的范圍內(nèi)變動，每次應(yīng)力循環(huán)后都?xì)埩糁欢ǖ?/p>

10、孔隙水壓力；隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，孔隙水壓力因積累而逐步上升，有效應(yīng)力逐步減?。蛔詈笥行?yīng)力接近于零，土的剛度和強(qiáng)度也驟然下降至零，試樣發(fā)生液化。應(yīng)變幅值的變化在開始階段很小，動應(yīng)力維持等幅值循環(huán)，孔隙水壓力逐漸上升；到了某個循環(huán)以后，孔隙水壓力急劇上升，應(yīng)變幅值急劇放大，動應(yīng)力幅值開始降低，這說明已在孕育著液化，土的剛度和承載力正在逐漸喪失；而到達(dá)孔隙水壓力與固結(jié)壓力幾乎相等時，土已不能再承受荷載，應(yīng)變猛增，動應(yīng)力縮減到零，從此進(jìn)入完全的液化狀態(tài)，土全部喪失其承載能力。研究與觀察發(fā)現(xiàn)，并不是所有的飽和砂土和少黏性土在地震時都一定發(fā)生液化現(xiàn)象，因此必須了解影響砂土液化的主要因素，才能作出正確

11、的判斷。影響砂土液化的主要因素有如下幾種。 （1）土類。土類是一個重要的條件，粘性土由于有黏聚力c，即使孔隙水壓力等于全部固結(jié)應(yīng)力，抗剪強(qiáng)度也不會全部喪失，因而不具備液化的內(nèi)在條件。粗顆粒砂土由于透水性好，孔隙水壓力易于消散，在周期荷載作用下，孔隙水壓力亦不易積累增長，因而一般也不會產(chǎn)生液化。只有沒有黏聚力或黏聚力相當(dāng)小的處于地下水位以下的粉細(xì)砂和粉土，滲透系數(shù)比較小，不足以在第二次荷載施加之前把孔隙水壓力全部消散掉，才具有積累孔隙水壓力并使強(qiáng)度完全喪失的內(nèi)部條件。因此，土的粒徑大小和級配是影響土體液化可能性的一個重要因素。試驗及實測資料都表明：粉、細(xì)砂土和粉土比中、粗砂土容易液化；級配均勻的

12、砂土比級配良好的砂土容易發(fā)生液化。有文獻(xiàn)提出，平均粒徑=0.05-0.09mm的粉細(xì)砂最易液化。而根據(jù)多處震害調(diào)查實例卻發(fā)現(xiàn)，實際發(fā)生液化的土類范圍還要更廣一些?？梢哉J(rèn)為，在地震作用下發(fā)生液化的飽和土的平均粒徑一般小于2mm，黏粒含量一般低于10%-15%，塑性指數(shù)Ip常在8以下。 （2）土的密度。松砂在震動中體積易于縮小，孔隙水壓力上升快，故松砂比較容易液化。1964年日本新瀉地震表明，相對密度Dr為0.5的地方普遍液化，而相對密度大于0.7的地方就沒有液化。關(guān)于海城地震砂土液化的報告中亦提到，7度的地震作用下，相對密度大于0.5的砂土不會液化；砂土相對密度大于0.7時，即使8度地震也不易發(fā)

13、生液化。根據(jù)關(guān)于砂土液化機(jī)理的論述可知，往復(fù)剪切時，孔隙水壓力增長的原因在于松砂的剪縮性，而隨著砂土密度的增大，其剪縮性會減弱，一旦砂土開始具有剪脹性的時候，剪切時土體內(nèi)部便產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，土體阻抗反而增大了，因而不可能發(fā)生易化。 （3）土的初始應(yīng)力狀態(tài)。在地震作用下，土中孔隙水壓力等于固結(jié)壓力是初始液化的必要條件，如果固結(jié)壓力越大，則在其他條件相同時越不易發(fā)生液化。試驗表明，對于同樣條件的結(jié)壓力是隨著它的埋藏深度和地下水位深度而直線增加的，然而，地震在土單元體的中引起的動剪應(yīng)力是隨深度的增加卻不如固結(jié)壓力的增加來得快。于是，土的埋藏深度和地下水位深度，即土的有效覆蓋壓力大小就成了直接影響

14、土體液化可能性的因素。前述關(guān)于海城地震沙土夜話的考察報告指出，有效覆蓋壓力小于50kPa的地區(qū)，液化普遍且嚴(yán)重；有效覆蓋壓力介于50-100kPa地方，液化現(xiàn)象較輕；而未發(fā)生液化地段，有效覆蓋壓力大多大于100kPa。調(diào)查資料還表明，埋藏深度大于20m時，甚至松砂也很少發(fā)生液化。 （4）地震強(qiáng)度和地震持續(xù)時間。室內(nèi)試驗表明，對于同一類和相近密度的土，在一定固結(jié)壓力時，動應(yīng)力較高，則振動次數(shù)不多就會發(fā)生液化；而動應(yīng)力較低時，需要較多振次才發(fā)生液化，宏觀震害調(diào)查亦證明了這一點。如日本新瀉地區(qū)在過去三百多年中雖遭受過25次地震，但記錄新瀉及其附近地區(qū)發(fā)生了液化的只有3次，而在這3次地震中，地面加速度

15、都在1.3m/s2以上。1964年地震時，記錄到地面最大加速度為1.6m/s2，其余22次地震的地面加速度估計都在1.3m/s2以下。1964年美國阿拉斯加地震時，安科雷奇滑坡是在地震開始以后90s才發(fā)生的，這表明，要持續(xù)足夠的振動持續(xù)時間后才會發(fā)生液化和土體失穩(wěn)。根據(jù)已有的資料，就荷載條件而言，液化現(xiàn)象通常出現(xiàn)在7度以上的地震場地，或者說，地面水平加速度峰值01.g可以作為一個門檻值。同時，使土體發(fā)生液化的振動持續(xù)時間一般都在15s以上，按地震主頻率值換算可以得到，引起液化的震動次數(shù)Neq=5-30，這樣的振動次數(shù)大體上對應(yīng)于地震震級M=5.5-8，這也就意味著，低于5.5級的地震，引起土層

16、液化的可能性不大的。三、土體液化可能性的判別 1、基于現(xiàn)場試驗的經(jīng)驗對比方法 飽和沙土和粉塵的地震現(xiàn)場調(diào)查是一種重要的研究手段。液化調(diào)查應(yīng)在如下三個方面取的定量的資料：場地受到的地震作用，即地震震級、震中距或烈度、持續(xù)時間等：場地圖層剖面，主要是個埋藏土層的類別、埋深、厚度、重度和地下水位；影響土體抗液化沒能力的主要力學(xué)參數(shù)，目前應(yīng)用較多的參數(shù)是標(biāo)注貫入試驗錘擊數(shù)N，還可以考慮采用的現(xiàn)場測試參數(shù)有靜力觸深試驗貫入阻力 、剪切波速 、或輕便觸探貫入擊數(shù) 等。對現(xiàn)場調(diào)查得到的上述三方面資料進(jìn)行加工整理和歸納統(tǒng)計，可以得出各種液化可能性判別的經(jīng)驗對比方法。 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011-200

17、1）中規(guī)定，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗判別法判別地面下15m深度范圍內(nèi)土的液化；當(dāng)采用樁基或深埋大于5m的深基礎(chǔ)時，尚應(yīng)判別地面下1520m范圍內(nèi)土的液化。 在地面下15m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按式計算：（）（） 在地面下1520m范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計算：式中： 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，應(yīng)對于烈度為7、8、9，當(dāng)設(shè)計地震分組為第一組時，采用6、10、16；當(dāng)設(shè)計地震分組為第二、三組時，則采用8、12、18； 飽和土標(biāo)注貫入點深度（m）； 場地地下水位深度（m）； 土中黏粒含量百分率，當(dāng)小于3或為砂土?xí)r，應(yīng)采用3。 當(dāng)飽和

18、土標(biāo)注貫入錘擊數(shù)N（未經(jīng)桿長修正）小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值 時，相應(yīng)的土層應(yīng)判別為液化土。 由于標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗技術(shù)和設(shè)備方面的問題，貫入技術(shù)一般比較離散，為消除偶然誤差，每個場地鉆孔應(yīng)不少于5個，每層土中應(yīng)取得15個以上的貫入擊數(shù)，并根據(jù)統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)以取得代表性的數(shù)值。 2、基于室內(nèi)實驗的計算對比方法 通過前一節(jié)提到的動三軸、動單剪室內(nèi)試驗，可以確定土樣的液化程度，用對應(yīng)于不同作用周次的動剪應(yīng)力比，即 曲線來表示。對于指定場地即指定土層，在地震中發(fā)生的動剪應(yīng)力，可按下式進(jìn)行計算：式中： 上覆豎向壓力，地下水位上下的土重分別用天然重度和飽和重度計算（kPa）； 地面水平振動加速度時程曲線

19、最大峰值（m/s2）； 重力加速度（10m/ s2）； 對將黏彈性的土體簡化為剛體計算得到的土地剪應(yīng)力進(jìn)行近似修正的系數(shù)，具體數(shù)值見圖；0.65將隨機(jī)的地震剪應(yīng)力波按最大幅值裝換成等幅剪應(yīng)力波的折減系數(shù)。同時，按土層的有效重度計算同一處的上覆豎向有效壓力。然后，按下式判別該土層為可能液化： 式中：Cr考慮室內(nèi)實驗條件與現(xiàn)場差別的修正系數(shù)，一般取0.6. 在應(yīng)用式時，還要考慮等效動剪應(yīng)力的作用周數(shù)Neq?？梢愿鶕?jù)可能的地震震級，按表101確定Neq值。 震級M等效動剪應(yīng)力的作用周數(shù)5.56.056.587.0127.5208.0303場地液化危害性的評價上面介紹的兩種方法是對某一土層的液化可能性

20、進(jìn)行判別。事實上，震害調(diào)查表明，對于某一場地而言，液化導(dǎo)致的危害程度，還應(yīng)該與可液化土層的厚度，埋藏深度以及液化可能性的大小聯(lián)系起來，因此，可采用下式所示的場地液化指數(shù)，來定量地評估場地的液化危害性。 式中：液化指數(shù)； 在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點的總數(shù)； 為某一土層的液化阻抗系數(shù)，采用經(jīng)驗判別法時，等于實測標(biāo)貫擊數(shù)與臨界標(biāo)貫擊數(shù)的比值，即，采用室內(nèi)試驗結(jié)果判別時， ，其中 為相應(yīng)土層的計算地震剪應(yīng)力， 為相應(yīng)土層的抗液化試驗強(qiáng)度，大于1時取1； 第i點所代表的土層厚度（m），可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化

21、深度； 第i土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值（m ），若判別深度為15m，當(dāng)該層中點深度不大于5m時應(yīng)采用10，等于15m時應(yīng)采用零值，515m時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值，若判別深度為20m，當(dāng)該層中點深度不大于5m應(yīng)采用10，等于20m時應(yīng)采用零值，520時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 500112001）根據(jù)我國的震害調(diào)查材料，對場地的液化危害性按液化指數(shù)劃分，為輕微液化或不液化；為中等液化；為嚴(yán)重液化。對應(yīng)于不同的液化等級，應(yīng)采取不同的抗液化措施。四、場地液化危害性防治措施介紹為保證承受場地地震危害的建筑物的安全和選用，必須采取相應(yīng)的工程措施。防止液化危害從加強(qiáng)基礎(chǔ)方面著手，

22、主要是采用樁基或沉井、全補(bǔ)償筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)礫、粗、中砂，堅硬黏性土不應(yīng)小于0.5m；對其他非巖石土不應(yīng)小于2。采用深基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)底面埋入液化深度以下穩(wěn)定土層中的深度不應(yīng)小于0.5m。對于穿過液化土層的樁基，其樁圍摩擦力應(yīng)視土層液化可能性大小，或全部扣除，或作適當(dāng)折減。對于液化指數(shù)不高的場地，仍可采用淺基礎(chǔ)，但應(yīng)適當(dāng)調(diào)整基底面積，以減小基底壓力和荷載偏心；或者選用剛度和整體性較好的基礎(chǔ)形式，如十字交叉條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等。從消除或減輕土層液化可能性著手，則有換土、加密、膠結(jié)和設(shè)置排水系統(tǒng)等方法。加密處理方法只要由振沖、擠密砂樁、強(qiáng)夯等。加密處理或換土處理以后，土層的實測標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)應(yīng)大于規(guī)范

23、規(guī)定的臨界值。膠結(jié)發(fā)包括使用添加劑的深層攪拌樁或高壓噴射注漿。設(shè)置排水通道往往與擠密結(jié)合起來，材料可以用碎石或砂。對于排水系統(tǒng)的長期有效性，一般還有不同看法。在選用和確定抗液化措施的過程中，應(yīng)綜合考慮方法的可行性、經(jīng)濟(jì)性和次生影響（比如對結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性的影響等），具體權(quán)衡場地勘察結(jié)果的確實性、防治方法的技術(shù)效果、造價、長期維護(hù)可能性、環(huán)境鏡像方面的因素，從風(fēng)險水平和花費代價兩方面的平衡出發(fā)來進(jìn)行決策。第三節(jié) 土的壓實性一、 土體壓實性的工程意義在工程建設(shè)中經(jīng)常會遇到需要將土按一定要求進(jìn)行堆填和密實的情況，如路堤、土壩、橋臺、擋土墻、管道埋設(shè)、基礎(chǔ)墊層以及基坑回填等。填土不同于天然土層，因為經(jīng)過

24、挖掘、搬運之后，原狀結(jié)構(gòu)已被破壞，含水率亦已發(fā)生變化，堆填時必然在土團(tuán)之間留下許多孔隙。未經(jīng)壓實的填土強(qiáng)度低，壓縮性大而且不均勻，遇到誰易發(fā)生坍塌、崩解等。為使其滿足穩(wěn)定性和變形方面的工程要求，必須要按一定標(biāo)準(zhǔn)加以壓實。特別是像道路路堤這樣的建筑物，在車輛頻繁運行引起的反復(fù)荷載作用下，可能出現(xiàn)不均勻或過大的沉陷、坍塌甚至失穩(wěn)滑動，從而惡化運營條件以及增加維修工作量，所以路堤填土必須具有足夠的密實度以確保行車平順和安全。土的壓實是指采用人工或機(jī)械的手段對土體施加機(jī)械能量，是土顆粒重新排列變密實，使土在短時間內(nèi)得到新的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，包括增強(qiáng)粗粒土之間的摩擦和咬合，以及增加細(xì)粒之間的分子引力。土的壓實也

25、常用在地基處理方面，如用重錘夯實處理松軟土地基使之提高承載力。早先的重錘夯實多用于地基表層松軟或地基設(shè)計荷載較小情況，目前對于松軟土層較厚或設(shè)計荷載較大的情況，也可以用高功能的夯壓法即所謂強(qiáng)夯發(fā)進(jìn)行處理。實踐表明，由于土的基本性質(zhì)復(fù)雜多變，同一壓實功能對于不同種類、不同狀態(tài)的土的壓實效果可以完全不同。因此為了技術(shù)上可靠和經(jīng)濟(jì)上合理，需要了解土的壓實特性與變化規(guī)律，以利工程實踐。二、 土的擊實試驗與壓實原理1. 土的擊實試驗擊實試驗就是模擬施工現(xiàn)場壓實條件，采用錘擊方法使土體密度增大、強(qiáng)度提高、沉降變小的一種試驗方法，是研究土的壓實性能的室內(nèi)試驗方法。土在一定的擊實效應(yīng)下，如果含水率不同，則所得

26、的密度也不同，擊實試驗的目的就是測定式樣在一定擊實次數(shù)下或某種壓實功能下的含水率與干密度之間的關(guān)系，從而確定土的最大干密度和最優(yōu)含水率，為施工控制填土密度提供設(shè)計依據(jù)。擊實試驗分輕型擊實試驗和重型擊實試驗兩種方法。輕型擊實試驗適用于顆粒小于5mm的粘性土，其單位體積擊實功約為592.2千焦每立方米；重型擊實試驗適用于粒徑不大于20mm的土其單位體積擊實功約為2684.9千焦每立方米。擊實試驗所用的主要設(shè)備是擊實儀，擊實儀的基本部分都是擊實筒和擊實錘，前者是用來盛裝制備土樣，后者對土樣施以夯實功能。擊實試驗時，將含水率為一定值的土樣分層裝入擊實筒內(nèi)，每鋪一層后都用擊實錘按規(guī)定的落距錘基一定次數(shù)，

27、然后由擊實筒的體積和筒內(nèi)被擊實的土的總質(zhì)量算出被擊實土的濕密度，從已被擊實土中取樣測定其含水率。這樣通過對一個土樣的擊實試驗就得到一對數(shù)據(jù)，即擊實土的含水率與干密度。對一組不同含水率的同一種土樣按上述方法做擊實試驗便可得到一組成對的含水率和干密度。2. 土的壓實特性（1） 壓實曲線性狀擊實試驗所得到的擊實曲線是研究土的壓實特性的基本關(guān)系圖。從圖中可見，擊實曲線上有一峰值，此處的干密度為最大，稱為最大干密度；其相應(yīng)的含水率則稱為最佳含水率。峰點表明，在一定擊實功作用下，只有當(dāng)壓實土粒為最佳含水率時，土才能被擊實至最大干密度，從而達(dá)到最大壓實效果。由于最佳含水率與塑限比較接近，因此可根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率加水濕潤制備不少于5個含水率的式樣，含水率依次相差為2%，且其中有兩個含水率大于塑限，兩個含水率小雨塑限，一個含水率接近塑限。從圖中的曲線形態(tài)還可以看到，曲線的左段比右段的坡度陡。這表明含水率變化對于干密度影響在偏干時比偏濕時更為明顯。在曲線中還給出了飽和曲線，它表示當(dāng)土處于飽和狀態(tài)使的關(guān)系。飽和曲線與擊實曲線的位置說明，土是不可能被擊實到完全飽和狀態(tài)的。（3）土的壓實特性的機(jī)理解釋土的壓實特與土的組成與結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細(xì)管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關(guān)系，所以因素是復(fù)雜的。壓