细砂土最大干密度试验方法研究_罗绪远.pdf

2023年第1期新 疆 有 色 金 属细砂土最大干密度试验方法研究罗绪远牛坤（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）摘要：对取自某工程的细砂土进行标准轻型击实试验和相对密度试验，提出针对细砂土最大干密度的试验方法建议。试验结果表明：细砂土细颗粒含量不同时，适用于测定最大干密度试验的方法不同，建议以“细颗粒含量10%”作为界定标准，当细颗粒含量小于10%时宜采用相对密度试验，当细颗粒含量大于10%时宜采用击实试验。关键词：深孔；地质岩心钻探；冲洗液；破碎地层；金刚石钻头0 引言在工程建设中，细砂土是一种常见的地基填充材料，其压实特性与粘性土有着显著差异，寻找合适的细砂土最大干密度试验方法，提供准确数据对工程建设具有指导意义。细砂土填料是由粒径单一的无粘性粗颗粒砂骨架和细粒土（粉黏粒）共同组成的混合料，压实特性受二者的共同影响。细砂土填料的压实特性，随着细颗粒含量的增加可能有所变化。张宏等1对细颗粒含量小于5%的长江口细砂进行了击实试验，轻型击实曲线表现出含水率为0时干密度最大，随含水率增大出现先下降再上升后趋于平缓的下凹形走向；重型击实曲线则表现出波动的多峰线形，最大干密度对应的含水率变化范围较大。李志勇等2对细颗粒含量为 9.1%的天然沙漠风积沙进行标准重型击实试验，发现沙漠风积沙的击实曲线呈“”形走向；Yuan等3对细颗粒含量达到32%的黄河砂性土进行了重型击实试验，得到了类似细粒土的单峰击实曲线。刘亚坤等4对细颗粒含量分别为 0，2.1%，8%，15%，25%和35%的细砂土进行标准重型击实试验，得到3种类型击实曲线，当细颗粒含量小于10%，干密度在干燥状态下取得最大值，随含水率增加干密度下降并有波动的下凹曲线；当细颗粒含量约为10%30%时，随含水率增加击实曲线表现为先下降后上升再下降的“”形；当细颗粒含量大于30%，击实曲线表现出类似于细粒土的典型单峰曲线。上述研究表明细颗粒含量较少时，细砂土的击实曲线呈现多样性，通过击实试验不便于寻找其最大干密度。为进一步研究适合细砂土最大干密度的试验方法，本文对取自某工程的细砂土进行标准轻型击实试验和相对密度试验，比较试验结果揭示合适的试验方法，提出针对细砂土最大干密度的试验方法建议。1 细砂土物理性质通过室内筛分试验，细砂土各粒组占比情况见表1。6组细砂土颗粒粒径都集中在0.0750.25mm，占比大于80%，不含大于5.0mm的颗粒，不均匀系数均小于5，曲率系数仅S6大于1，按照 土工试验方法标准（GB/T50123-2019）进行定名。土样编号No.S1S2S3S4S5S65.02.00-0.20.71.01.20.22.000.50-1.01.72.91.60.80.500.250.63.93.84.31.72.20.250.07598.593.090.586.587.982.50.0750.91.93.35.37.614.3不均匀系数Cu-1.561.621.641.691.642.46曲率系数Cc-0.880.890.880.880.871.28定名土工试验方法标准 GB/T50123-2019级配不良砂级配不良砂级配不良砂含细粒土砂含细粒土砂含细粒土砂表1细砂土筛分试验结果DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.01.008242023年第1期新 疆 有 色 金 属2 对比试验2.1 击实法对6组细砂土进行标准轻型击实试验，分别配置含水率020%的试样，通过击实试验测定最大干密度和对应的最优含水率，试验结果见表2。表2击实法测定细砂土最大干密度试验结果土样编号S1S2S3S4S5S60.075颗粒含量0.91.93.35.37.614.3最优含水率18.717.316.715.615.011.1击实法最大干密度g/cm31.541.571.601.651.721.84结合图1可知，细砂土随着细颗粒含量的增加，击实法测定的最大干密度呈现增大的趋势。图1细颗粒含量与最大干密度关系图击实试验进行过程中，细颗粒含量较少的试样在含水量大于1012%时，易出现振动液化现象，试样中的水从击实筒口溅出或从接缝处溢出，导致实测含水率小于目标含水率，且试验操作极不便。在整理试验数据过程中发现击实曲线多呈现“”型或者多峰型，最大干密度对应的含水率变化范围较大。2.2 振动锤击法对6组细砂土进行烘干处理后，通过相对密度试验的振动锤击法测定其紧密密度，即最大干密度。试验结果见表3。振动锤击法测定的紧密密度（最大干密度）与细颗粒含量关系，如图2所示。细砂土的紧密密度随着细颗粒含量增加出现先增大后减小的趋势，在细颗粒含量约5%7%时出现峰值。表3振动锤击法法测定细砂土最大干密度试验结果土样编号No.S1S2S3S4S5S60.075颗粒含量0.91.93.35.37.614.3紧密密度（最大干密度）g/cm31.641.681.731.781.781.74图2细颗粒含量与紧密密度（最大干密度）关系图2.3 对比分析通过击实法和振动锤击法测定的6组细砂土的最大干密度进行对比，如图3所示。两条曲线在细颗粒含量为10%时交汇，当细颗粒含量小于10%时，击实法测定的最大干密度小于振动锤击法测定的结果；当细颗粒含量大于10%时，击实法测定的最大干密度大于振动锤击法测定的结果。图3两种方法最大干密度对比图252023年第1期新 疆 有 色 金 属2.4 影响因素当细颗粒含量小于10%时，振动锤击法使干燥的细砂土受到垂直和水平两个方向的振动，因细砂土中的粉黏粒不具有粘聚力而处于非常松散的状态，细砂颗粒之间只需克服相互移动的摩擦力，进行相对运动、嵌挤和填充，干密度容易达到最大值5。而击实法使用的试样是具备一定含水量的，试样中的水破坏了干燥状态下颗粒表面吸附薄膜的润滑作用而形成非润滑效应（用氯化钙干燥后的石英颗粒与石英块之间的摩擦角为 6，而潮湿状态下为24.56）；其次粉黏粒遇水在颗粒表面形成结合水膜，形成具有粘滞性的似粘聚力；因为毛细管应力使颗粒之间产生吸力，同时不利于压实4，因此导致击实法求得的最大干密度值偏小。当细颗粒含量超过一定比例时，细砂颗粒之间的缝隙基本被填满而逐步失去骨架作用，细颗粒对细砂土的压实性的特征影响逐渐明显。由于细颗粒含量逐渐增加，粉黏粒对细砂颗粒相对运动、嵌挤的阻挠作用逐渐加强，从而降低了振动锤击法对试样的压实效果。但在击实试验中细颗粒含量的增加到一定比例后，与试样中的水相结合，形成了一定的粘滞力降低了击锤自由下落产生的扰动，试样表现出类似细粒土的击实特征，从而测得最大的干密度值。结合图3中两条曲线交会在细颗粒含量为10%的位置，提出细砂土最大干密度试验方法的选择，可以将“细颗粒含量10%”作为界定标准。3 试验方法选择细砂土中细颗粒含量较少时，击实试验过程中易出现的振动液化现象，且击实曲线多呈现“”型或者多峰型，最大干密度对应的含水率变化范围较大，不便于确定有效的含水率范围进行快捷的试验，此时不适宜采用击实试验测定细砂土的最大干密度。而相对密度试验振动锤击法使用干燥的试样，不存在上述问题，故而适用。当细砂土的细颗粒含量增加时，通过相对密度试验振动锤击法测定的紧密密度，出现先增大后减小的趋势，在细颗粒含量约5%7%时出现峰值，之后逐渐减小。而通过标准击实试验测定的细砂土最大干密度随着细颗粒含量的增加，呈现近线性增大的趋势。因此细颗粒含量达到一定比值后，应考虑采用击实试验测定的细砂土最大干密度。对比分析两种试验方法的结果可知，当细砂土的细颗粒含量小于10%时，标准轻型击实试验测定的最大干密度值小于相对密度试验振动锤击法测定的紧密密度（最大干密度）；当细砂土的细颗粒含量大于10%时，标准轻型击实试验测定的最大干密度值大于相对密度试验振动锤击法测定的紧密密度（最大干密度）。综上提出：针对测定细砂土最大干密度的试验，可以将“细颗粒含量10%”作为界定标准，当细颗粒含量小于10%时宜采用相对密度试验；当细颗粒含量大于10%时，宜采用击实试验。4 结论1）细砂土中细颗粒含量小于10%时，不宜采用击实试验测定最大干密度，应采用相对密度试验振动锤击法。2）相对密度试验振动锤击法测定的紧密密度随着细颗粒含量增加，出现先增大后减小的趋势，在细颗粒含量约5%7%时出现峰值。3）细砂土中细颗粒含量大于10%时，可以考虑采用击实试验测定最大干密度。参考文献：1张宏，钱劲松，戴清，等.长江口细砂作为路基填料的工程特性研究J.建筑材料学报，2012，15（2）：236-240.2李志勇，曹源文，梁乃兴，等.风积沙的压实机理J.中国公路学报，2006，19（5）：6-11.3YUAN Y Q，LI W，YANG T W，et al.Impact Compaction Technology of Filling Subgrade with Yellow River Sandy Soil J.Applied Mechanics&Materials，2012，193-194：36-40.4刘亚坤，罗强，金发良，等.细粒含量对细砂土击实特性的影响试验研究J.铁道建筑，2018，058（012）:87-91.5薛成，李洪文，胡冰.沙漠路基风积沙特性和压实机理研究J.公路，2013，（6）：20-24.6JAMES K.MITCHEL L.Fundamentals of Soil BehaviorM.2nd.Hoboken，USA:John Wiley&Sons，2005.收稿：2022-04-0226