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标题	细粒土室内击实试验指标间的相关性研究
范文	欧钊元+王新荣+张力涛+蔡家宏+刘英 摘要：选取山东省境内相同成因的近600余组细粒土室内击实试验成果进行了统计分析，得出细粒土中的黏粒含量是控制其最大干密度值的主要因素。随着黏粒含量的变化，细粒土的最大干密度也随之发生较有规律的正态分布变化。 关键词：细粒土；黏粒含量；最大干密度；相关性 中图分类号：U416文献标志码：A文章编号： 1672-1683（2015）001-0108-03 Fine grained soil correlation study between indoor compaction test index OU Zhao-yuan1，WANG Xin-rong2，ZHANG Li-tao2，CAI Jia-hong1，LIU Ying2 （1.Shandong Trunk CO.Ltd in the Eastern Route of the South-to-North Water Diversion Project，Jinan 250013，China； 2.Shandong Survey and design institute of water conservancy，Jinan 250013，China） Abstract：this article selects nearly six hundred group of shandong province the same formation of fine grained soil compaction test results analyzed，concluded that the clay content in fine grained soil is the main factor to control the value of maximum dry density，the.As the change of clay content，maximum dry density of fine grained soil has been change from regular normal distribution. Key words：Fine grained soils；Clay content；The maximum dry density；The correlation 随着国家对水利工程的加大投入以及南水北调工程全面开工建设，山东省新建、改建和扩建了一大批大中型水利工程。诸多水利工程的实施大都涉及了土方填筑问题，尤其南水北调东线新建的三座平原水库。填筑土的质量控制指标（即土料的最大干密度值）一般由室内击实试验获取。鉴于填筑土料的多样化，其黏粒含量变化范围之大，相应的最大干密度值也相差甚大。 本文主要探讨在山东省范围内广泛分布、成因相近的黏粒（粒径小于0005 mm的土颗粒）含量在60%以内的常见细粒土填筑土料，即通常所说的粉土、砂壤土、壤土以及黏土等一类土。室内击实试验获得的最大干密度值是否合理，直接影响着土方填筑质量。摸清填筑土料控制性指标的变化规律，寻求细粒土中黏粒含量与室内击实试验获取的最大干密度值间的相关性，对合理确定填筑土料碾压控制指标，确保工程质量具有十分重要的指导意义。 1室内试验概述 本文填筑土料的室内击实试验主要依据水利行业现行有关规程确定的原则进行[1]。击实试验仪器采用南京土壤仪器厂DJ系列标准电动击实仪，无特殊要求情况下，通常采用击实筒内径102 mm、筒高116 mm的轻型试验方法，单位体积击实功能为5922 kJ/m3。 试样制备要点：野外需采集约25 kg左右的拟用填筑细粒土料，自然风干、碾散，过5 mm 筛后，将筛下的土样拌均按每份22 kg的重量称取5份。根据土的塑性限度预估最优含水量，依次按与塑性限度相差2%或3%的含水量制备试样。试样配置时，应注意需有2个试样含水量大于塑性限度，2个小于塑性限度，1个接近塑性限度。 试验重点环节：从制备好的一份试样中取一定量的土料，分3层倒入击实筒内并将土整平分层击实。其量应使击实后的试样的高度略高于击实筒的1/3。每层25击，手动击实时，应保证击实锤自由垂直下落，锤击点均匀分布于土面上；电动击实时，应将定数器拨到所需的击数处，按动电钮进行击实。击实后的每层试样高度应大致相等，两层交接面的土应刨毛。击实完成后，超出击实筒顶的试样的高度应小于6 mm。 为确保试验数据准确可靠，应特别注意击实过的土一般不能重复使用。 2试验数据分析 2.1试验数据整理 为摸清黏粒含量对细粒土的最大干密度、最优含水量影响程度，笔者选取了黄河下游普遍分布的冲积堆积的近六百组细粒土料室内击实试验数据[2-4]，进行了统计整理。本次统计的细粒土料黏粒含量范围值介于1%～57%之间，具有较高的代表性。根据黏粒含量数值分布规律，按52个区间进行统计分析，各区间黏粒含量一般相差1%，将各统计区间范围内不同黏粒含量对应的最大干密度、最优含水量试验值进行算数平均。统计整理结果见表1。 表1黏粒含量与最大干密度、最优含水量数值统计 为进一步研究分析黏粒含量与最大干密度、最优含水量间的关系，按照有关规程中对细粒土三角分类表确定的黏粒含量分级标准[1]，将黏粒含量按小于3%、3%～6%、6%～10%、10%～15%、15%～20%、20%～30%、30%～40%、40%～50%、大于50%再划分为9个统计区间，将每个统计区间内黏粒含量对应的最大干密度、最优含水量数值进行统计整理，统计结果见表2。 表2不同黏粒含量分级对应的击实试验指标统计 2.2相关性分析 图1黏粒含量与最大干密度散点图 图2黏粒含量与最优含水量散点图 2.2.1黏粒含量对最大干密度值影响分析 图1中明显可以看出，黏粒含量与最大干密度值基本呈正态关系分布，随着黏粒含量的变化，细粒土的最大干密度值也随之明显发生变化。起始阶段，最大干密度值随着黏粒含量增加而增加，当黏粒含量超过10%以后，最大干密度值呈较快增加趋势。黏粒含量大约在15%～18%间，最大干密度值达到最大值，最大值范围内的大值平均值介于175～183 g/cm3；而后，随着黏粒含量的增加，最大干密度值又随之呈现较快的下降趋势；当黏粒含量超过25%左右以后，最大干密度值下降幅度趋缓。按照细粒土的分类来说，亦即粉土、砂壤土和黏土室内击实试验获取的最大干密度值较低，壤土中的中粉质壤土、重粉质壤土室内击实获取的最大干密度值最大。 2.2.2黏粒含量对最优含水量值影响分析 图2中明显可以看出，黏粒含量与最优含水量呈较好的三阶函数关系。当黏粒含量小于5%时，最优含水量一般在20%～22%范围内；黏粒含量介于5%～20%范围内时，最优含水量具有随着黏粒含量增加数值缓慢降低，随之缓慢增加的趋势，乖点附近最优含水量最小值可达17%左右；当黏粒含量超过20%以后，随着黏粒含量增加最优含水量逐步增加，最大可达30%左右，两者呈较好的直线关系。黏粒含量超过20%后，两者散点图及线性关系见图3、式（3）。 图3黏粒含量大于20%后其与最优含水量散点图 ωop=0.28ρc+13.6（3） 按照细粒土的三角分类[1]，实际上粉土以及黏粒含量少于6%的砂壤土，其最优含水量的确存在高于轻壤土和部分中粉质壤土的现象；当黏粒含量达到较高水平后，即大约20%以后，更细小的土颗粒即胶粒（粒径小于0002 mm的粒组）含量也逐步增加，最优含水量随之增加，这与黏粒、胶粒成分颗粒细小、比表面积大、表面能大，吸附水分子能力强的特点是吻合的。 2.2.3砂粒含量对最大干密度的影响 黄河下游地区常用作填筑土料的冲积堆积的细粒土，亦即埋深4～5 m以内的细粒土，一般罕有粒径超过025 mm的土颗粒，即砂粒组成分。但山前冲洪积堆积形成的细粒土中通常是含有粒径025～2 mm的砂粒组成分。实践表明，细粒土中砂粒含量对最大干密度值影响较大。受掌握资料所限，本文仅选取含有砂粒组（粒径025～2 mm）成分的近40组细粒土进行了统计分析，统计的砂粒含量范围值介于07%～422%间。虽统计数据有限，但对定性分析砂粒含量对最大干密度值的影响，不乏有一定的参考价值。砂粒含量与最大干密度值散点坐标图见图4。 图4砂粒含量与最大干密度散点图 从统计资料及图4初步得出，当细粒土中含有砂粒组（粒径025～2 mm）成分时，室内击实试验获取的最大干密度值比未含砂粒组成分的细粒土可增加01～025 g/cm3，且有随砂粒含量增加，最大干密度随之增加的趋势。当砂粒含量超过3%～5%，最大干密度值增加幅度较大；砂粒含量接近10%时，击实最大干密度值可达180～187 g/cm3；砂粒含量超过10%后，击实最大干密度值进一步增加趋势不明显。 3结语 （1）细粒土中的黏粒含量是控制室内击实试验获得的最大干密度和最优含水量值主要因素之一，随着细粒土中黏粒含量的变化，最大干密度和最优含水量值也随之发生较有规律的变化。黏粒含量从1%变化至57%范围内，最大干密度值一般在141～187 g/cm3范围内变化，最优含水量一般在127～327%范围内变化。 实践经验也验证了这一点，一般情况下，粉土、砂壤土和黏土室内击实最大干密度值较低，壤土中的中粉质壤土、重粉质壤土室内击实最大干密度值最大。 （2）细粒土中夹杂的砂粒组（粒径025～2 mm）含量，也直接影响到其室内击实试验获取的最大干密度值。当细粒土中含有砂粒组（粒径025～2 mm）成分时，其室内击实试验获取的最大干密度值可提高01～025 g/cm3。 参考文献： [1]SL237-1999，土工试验规程[S] [2]山东省水利勘测设计院.南水北调东线一期工程东湖水库工程初步设计报告[R].山东省水利勘测设计院，2009. [3]山东省水利勘测设计院.南水北调东线一期工程大屯水库工程初步设计报告[R].山东省水利勘测设计院，2010. [4]山东省水利勘测设计院.南水北调东线一期工程双王城水库工程初步设计报告[R].山东省水利勘测设计院，2009
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