土工試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)-擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)試驗(yàn)1.1概述1.1.1土的壓實(shí)

·定義：用機(jī)械方法使土粒在短暫重復(fù)荷載作用下擠緊、密度增大的過(guò)程。

·壓實(shí)的目的:為了提高土的抗剪強(qiáng)度及承載力，減小土的壓縮性和降低土的滲透性。土的壓實(shí)分為：粘性土的壓實(shí)和無(wú)粘性土的壓實(shí)。

·粘性土的壓實(shí)粘性土的壓實(shí)通常用室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行模擬和研究。對(duì)于粘性土，壓實(shí)意味著土在含水率幾乎不變的情況下，空氣含量減到最小或飽和度增加到最大?！o(wú)粘性土的壓實(shí)無(wú)粘性土的壓實(shí)質(zhì)量一般通過(guò)相對(duì)密度進(jìn)行控制。1.1.2土的擊實(shí)試驗(yàn)1、目的、定義和原理＃目的：是采用標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)方法，測(cè)定特定土的密度和含水率的關(guān)系，確定該土的最大干密度和最優(yōu)含水率。了解土的壓實(shí)特性，為工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)碾壓提供土的壓實(shí)資料。＃定義：用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法，測(cè)定某一擊實(shí)功能作用下土的密度——含水率的關(guān)系，以確定該功能下的最大干密度與相應(yīng)的最優(yōu)含水率的試驗(yàn)。

＃原理：土的壓實(shí)程度與含水率、壓實(shí)功能及壓實(shí)方法有密切的關(guān)系。當(dāng)壓實(shí)功能和方法不變時(shí)，土的干密度和含水率之間形成的的關(guān)系曲線就是所謂的擊實(shí)曲線。

2、作用：＃土的擊實(shí)試驗(yàn)是室內(nèi)研究土的壓實(shí)性質(zhì)的試驗(yàn)，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是模擬現(xiàn)場(chǎng)碾壓條件、方法，在標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)筒內(nèi)對(duì)土施加一定的擊實(shí)功能，確定該功能下的最大干密度與相應(yīng)的最優(yōu)含水率。其目的在于為工程提供填筑密度初步設(shè)計(jì)的依據(jù)，然后根據(jù)工程規(guī)模、重要性和工程級(jí)別來(lái)決定是否要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。＃為室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)制備試樣。

3、擊實(shí)試驗(yàn)提供的基本資料

·在給定的擊實(shí)功能下，干密度和含水率的關(guān)系曲線；

·在給定的擊實(shí)功能下，土的最大干密度；

·與土的最大干密度相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水率;·室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是填土工程如土壩、路基、機(jī)場(chǎng)跑道以及房屋地基等的重要試驗(yàn)項(xiàng)目之一。4、擊實(shí)試驗(yàn)發(fā)展

·美國(guó)R.R.Proctor提出的輕型試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)（普氏標(biāo)準(zhǔn)）；·美國(guó)各州公路協(xié)會(huì)提出的修正普氏標(biāo)準(zhǔn)；·國(guó)內(nèi)40年代末南京水利實(shí)驗(yàn)處提出的南實(shí)處型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；·50年代，10—1型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；·標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法；·普氏標(biāo)準(zhǔn)作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法。

5、擊實(shí)試驗(yàn)方法?沖擊荷載方式，其中包括落錘直接作用在試樣面上和在試樣面上放一傳壓板，沖擊荷載通過(guò)傳壓板間接作用于試樣面上兩種。這種方法實(shí)驗(yàn)室用得比較多，如南實(shí)處型、10—1型擊實(shí)儀、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)、普氏擊實(shí)等?靜荷載方式:也稱壓樣法，很少采用?，F(xiàn)場(chǎng)：平碾、汽胎碾…

靜力壓實(shí)室內(nèi)：靜力壓實(shí)試驗(yàn)如壓實(shí)制樣。?準(zhǔn)動(dòng)荷載方式：這是一種使用搗固棒以比較快的速度擠壓土，使土壓實(shí)的方法。在機(jī)理上與實(shí)際的羊足碾很近似。?振動(dòng)荷載方式：這種方法適用于礫粒土，該方法除將擊錘用振動(dòng)錘代替，試樣筒較大外其原理與常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法相同。

以上四種試驗(yàn)方法是按施加擊實(shí)功的方式來(lái)分的；如果按測(cè)定密度的方法來(lái)分，可以分為以下兩種：定體積法：擊實(shí)試樣的體積一定，測(cè)量土的質(zhì)量推求干密度，一般稱為定體積法。變體積法：給定一定質(zhì)量的土樣，裝入試樣筒，在擊實(shí)過(guò)程中，測(cè)定擊實(shí)試樣的體積推求干密度，一般稱為變體積法。

目前，世界各國(guó)制定的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法是屬于在試樣面上直接施加沖擊荷載，用定體積法推求干密度。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)方法屬于在試樣面上直接施加沖擊荷載，用定體積法推求干密度。1.1.3擊實(shí)曲線由擊實(shí)曲線可以看到：在低含水率時(shí)，干密度隨含水率增加而增加，當(dāng)干密度達(dá)到某一最大值后，含水率增加干密度反而減小。這一干密度的最大值稱為最大干密度，相應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。1、壓實(shí)理論

※水膜潤(rùn)滑理論粘性土在低含水率時(shí)，土顆粒周圍水膜薄，表面張力形成的毛管壓力大，土顆粒間摩阻力高，土粒相互移動(dòng)困難，故壓實(shí)干密度低，土粒呈絮凝結(jié)構(gòu)；逐漸增加含水量，土顆粒周圍水膜變厚，水膜對(duì)土顆粒的潤(rùn)滑作用逐漸加大，表面摩阻力隨之減小，壓實(shí)干密度增大。當(dāng)含水率增大到某一值時(shí)，干密度達(dá)最大。但當(dāng)含水率超過(guò)最優(yōu)含水率后，土中氣體被水包圍處于封閉狀態(tài)，不易排出，如再增加含水率，由于土中的自由水增多，抵消了部分壓實(shí)的能量，土的干密度反而降低，此時(shí)，土粒呈分散結(jié)構(gòu)?！硿碚摀魧?shí)曲線反映出在土中加水的四個(gè)階段，即結(jié)合、潤(rùn)滑、膨脹和飽和。結(jié)合：土粒周圍由薄的水膜包圍，這種水具有高的粘滯性，能承受一定的剪應(yīng)力，干密度低；潤(rùn)滑：增加水量使水膜變厚，土粒潤(rùn)滑，擊實(shí)時(shí)土粒更容易聚集到一起，隨著水量增加，更多的空氣從土中排出，一直到水中只含有微小的封閉氣泡，這種最大的含水率稱為潤(rùn)滑界限；膨脹：含水率超過(guò)了潤(rùn)滑界限，將引起土體膨脹，多余的水使土粒分離，因而，干密度降低；飽和：土體飽和，封閉氣泡所占的孔隙全部由水代替，干密度進(jìn)一步降低。※孔隙水壓力理論認(rèn)為，土體在飽和度大于25%以后，土體中的水呈現(xiàn)為連續(xù)包圍土粒的水膜，并形成曲率很大的彎液面，由于曲率大的彎液面表面張力大，產(chǎn)生了很高的摩阻力，抵消了壓實(shí)效應(yīng)，土體難于壓實(shí)，此時(shí)孔隙大，空氣能迅速排出，如在土中增加含水率，彎液面消失，土就會(huì)被壓實(shí)，密度就能增加到最大值；但當(dāng)含水率超過(guò)了最佳值后，隨著水量的增加，空氣被封閉于土中，產(chǎn)生孔隙氣壓力，從而減小了壓實(shí)效應(yīng)，使干密度減小?！砻嫖锢砘瘜W(xué)理論認(rèn)為，在低含水率時(shí)，土顆粒周圍形成的雙電層很薄，顆粒間的吸力占優(yōu)勢(shì)，土趨于形成絨狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)含水率增加時(shí)，雙電層變厚，顆粒之間斥力增加，同時(shí)所增加的水使土的強(qiáng)度減弱，土粒之間易于滑動(dòng)，導(dǎo)致分散或顆粒定向程度增加，在這個(gè)條件下，顆粒相互移動(dòng)只需要較小的擊實(shí)功。更高的含水率使雙電層加厚，阻止土粒進(jìn)一步靠攏，就不可能產(chǎn)生更大的壓實(shí)。2、氣體所占孔隙為零的曲線（飽和度為100%）

取出一個(gè)非飽和土的單元土體，求出當(dāng)土中氣體體積為零時(shí)的干密度和含水率的關(guān)系曲線。如圖所示模型；設(shè)土體中土粒體積為1，1.2擊實(shí)試驗(yàn)的儀器和操作1.2.1擊實(shí)試驗(yàn)的儀器擊實(shí)試驗(yàn)的儀器設(shè)備包括:·擊實(shí)儀、天平、臺(tái)秤、標(biāo)準(zhǔn)篩等計(jì)量器具。

·推土器、修土刀等附助設(shè)備1.2擊實(shí)試驗(yàn)的儀器和操作1.2.1擊實(shí)試驗(yàn)的儀器擊實(shí)試驗(yàn)的儀器設(shè)備包括:·擊實(shí)儀、天平、臺(tái)秤、標(biāo)準(zhǔn)篩等計(jì)量器具。

·推土器、修土刀等附助設(shè)備方法標(biāo)準(zhǔn)容積cm3

內(nèi)徑mm

高度mm

錘底直徑錘質(zhì)量kg落距mm每層擊數(shù)/層數(shù)擊實(shí)功kJ/m3

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)輕型947.4102116512.530525/3592.2重型2103.9152116514.545756/52684.9水利標(biāo)準(zhǔn)輕型947.4102116512.530525/3592.2重型2103.9152116514.545756/52684.9普氏標(biāo)準(zhǔn)輕型943.9101.6116.450.82.5304.825/3604重型2123.8152.4116.450.84.545756/52740公路標(biāo)準(zhǔn)輕型997217710015212712050502.52.530030027/359/3598.2598.2重型997217710015212712050504.54.545045027/598/32687.02677.21.2.2擊實(shí)儀規(guī)格1.2.3儀器的檢定與校驗(yàn)擊實(shí)試驗(yàn)采用的儀器除擊實(shí)儀外，還有天平、臺(tái)秤、標(biāo)準(zhǔn)篩等計(jì)量器具。為了得到準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)結(jié)果，必須對(duì)計(jì)量器具進(jìn)行檢定或校驗(yàn)，經(jīng)檢定或校驗(yàn)合格的儀器才能投入使用。其中天平、臺(tái)秤屬通用計(jì)量?jī)x器，應(yīng)送法定計(jì)量檢定單位進(jìn)行計(jì)量檢定；擊實(shí)儀可按SL112-95規(guī)定的方法自行校驗(yàn)合格。1.2.4擊實(shí)試驗(yàn)的操作步驟——試樣制備：＃干法：規(guī)范規(guī)定，將一定量的風(fēng)干土樣，在橡皮板上用木碾碾碎后過(guò)5mm篩，取篩下土按依次相差2%含水率制備不少于5個(gè)試樣，拌勻后裝入塑料袋或密封于盛土器內(nèi)靜置，使土中水分充分浸潤(rùn)，含水率分布均勻，一般靜置時(shí)間在12h至24h。＃濕法：將一定量天然含水率土樣碾散后過(guò)篩，將篩下土樣拌勻后分別風(fēng)干或加水到設(shè)定的含水率。制備試樣時(shí)必須注意制備后的試樣含水率分布應(yīng)均勻。1.2.5試驗(yàn)操作步驟：擊實(shí)儀放在堅(jiān)實(shí)地面上（這一點(diǎn)對(duì)于固定試驗(yàn)室在儀器放置時(shí)就應(yīng)做到），在擊實(shí)筒內(nèi)壁和底板上涂一薄層潤(rùn)滑油，各部件安裝好，檢查儀器是否正常，并做好記錄。

取制備好的土樣分層進(jìn)行擊實(shí)。擊實(shí)過(guò)程中應(yīng)在每層擊完后測(cè)量擊后高度，以使擊實(shí)完成后余土高度滿足規(guī)程要求；下一層擊實(shí)前應(yīng)對(duì)上一層面刨毛，增強(qiáng)層間結(jié)合。擊實(shí)完成后，用修土刀沿護(hù)筒壁削挖后，扭動(dòng)并取下護(hù)筒，測(cè)量并記錄余土高度。1.3擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果整理·按規(guī)程規(guī)定計(jì)算各試樣的含水率和干密度。·以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率的關(guān)系曲線，并同時(shí)畫出飽和曲線。?？梢詫⒃囼?yàn)步驟整理成以下幾點(diǎn)：①按規(guī)定制備用于擊實(shí)的土樣；②擊實(shí)開始前檢查儀器是否處于正常狀態(tài)并記錄；③將擊實(shí)儀置于剛性基礎(chǔ)上，按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行擊實(shí)；④擊實(shí)完成后，卸下護(hù)筒，用直刮刀將試樣頂、底面刮平，稱其質(zhì)量，測(cè)其含水率；⑤計(jì)算濕密度和干密度；⑥對(duì)不同含水率的試樣依次進(jìn)行擊實(shí)。對(duì)于擊實(shí)過(guò)程，也可以用下圖來(lái)說(shuō)明其固相、液相和氣相在不同階段的比例關(guān)系。

1.4校正由于土料中?；祀s有大于5mm的顆粒，這些顆粒的存在，對(duì)該土的最大干密度和最優(yōu)含水率都會(huì)有影響。對(duì)于輕型擊實(shí)試驗(yàn)，因儀器尺寸的原因，在制備試樣時(shí)過(guò)了5mm篩，試驗(yàn)成果沒有完全反映該土的擊實(shí)特性，特別當(dāng)粒徑大于5mm的顆粒含量較多時(shí)，就產(chǎn)生了對(duì)試驗(yàn)結(jié)果校正的問(wèn)題。當(dāng)大于5mm的顆粒含量占土總質(zhì)量≤30%時(shí)，可以采用公式進(jìn)行校正。1.5擊實(shí)試驗(yàn)過(guò)程的注意事項(xiàng)1、試驗(yàn)儀器必須放置于堅(jiān)實(shí)平整的地面上，應(yīng)避免在具有彈性的木板上做試驗(yàn)；2、擊錘下落的錘擊點(diǎn)必須均勻分布于試樣面上，特別是采用手動(dòng)擊實(shí)儀時(shí)尤其應(yīng)注意；3、應(yīng)盡量使每層擊實(shí)的土質(zhì)量相等或相近，避免各層厚度出現(xiàn)極厚或過(guò)薄現(xiàn)象；4、兩個(gè)擊實(shí)層的層間結(jié)合部位必須刨毛；5、卸除護(hù)筒時(shí)，應(yīng)注意不要把擊實(shí)土柱剪斷。1.6擊實(shí)試驗(yàn)的影響因素1、粒徑大于5mm的顆粒對(duì)擊實(shí)成果的影響；擊實(shí)所用的試樣，由于儀器尺寸的限制，須過(guò)5mm篩，但在實(shí)際填筑中，一般會(huì)包含大于5mm的粗顆粒。這樣，現(xiàn)場(chǎng)填筑的干密度與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的最大干密度間不一致，現(xiàn)場(chǎng)填筑所得的密度大。如果大于5mm的粗顆粒在總土中所占的比例不太大，可以對(duì)室內(nèi)成果進(jìn)行校正，推算出原土料的最大干密度和最優(yōu)含水率。

2、擊實(shí)功能對(duì)擊實(shí)成果的影響；擊實(shí)功是由擊錘重力、落高和擊次三個(gè)因子組成，擊實(shí)曲線的特性主要取決于三因子的單位擊實(shí)功。通過(guò)對(duì)不同土類最大干密度和單位擊實(shí)功關(guān)系的統(tǒng)計(jì)，得出最大干密度與單位擊實(shí)功之間存在良好的雙曲線特性。即土的最大干密度隨單位擊實(shí)功的增加而增大，這種現(xiàn)象在小擊實(shí)功時(shí)顯得尤其明顯，隨著擊實(shí)功的不斷增加，最大干密度的增加變得越來(lái)越緩慢，最后趨于一穩(wěn)定值。3、含水率的配制方法對(duì)擊實(shí)成果的影響；試驗(yàn)證明，最大干密度以烘干土最大，風(fēng)干土次之，天然土最?。蛔顑?yōu)含水率則以烘干土為最低。含水率的制備方法對(duì)某些特殊土的擊實(shí)成果影響尤其明顯。如SL237-1999P586天生橋紅粘土擊實(shí)曲線。

4、余土高度對(duì)擊實(shí)成果的影響；按照規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)方法得出的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)曲線，是在某一擊實(shí)功能下土的干密度與含水率的關(guān)系曲線，如果擊實(shí)后沒有余土高度，剛好達(dá)到所規(guī)定的體積，試樣所受的平均單位擊實(shí)功是相等的；如果每個(gè)試樣擊實(shí)后的超高較大且不一樣，則擊實(shí)曲線就不是一條等功能曲線，也不是規(guī)程規(guī)定的擊實(shí)功。

5、土層厚度對(duì)擊實(shí)成果的影響；土層厚度主要反映在試樣筒的高度上，目前室內(nèi)擊實(shí)