級(jí)配良好碎石土的壓實(shí)度與CBR強(qiáng)度關(guān)系研究

蔣玉

摘要：CBR即加州承載比，是評(píng)定土基及路面材料承載能力的主要指標(biāo)之一。雖然CBR值與壓實(shí)度都可以用來衡量路基土體的穩(wěn)定性與強(qiáng)度，但兩者之間的關(guān)系一直在探討研究中。通過對(duì)文山州某公路路基級(jí)配良好碎石土進(jìn)行試驗(yàn)，得出級(jí)配良好碎石土壓實(shí)度與CBR值的正相關(guān)性，并提出實(shí)際工程中不同級(jí)配碎石土其壓實(shí)度與CBR強(qiáng)度所存在的參考性結(jié)論。

Abstract： CBR， the California bearing ratio， is one of the main indicators for assessing the bearing capacity of soil and pavement materials. Although the CBR value and compaction can be used to measure the stability and strength of the subgrade soil， the relationship between the two has been explored. Through the test of a good gravel soil in a highway subgrade of Wenshan Prefecture， the positive correlation between the compactness of the graded gravel and the CBR value is obtained， and the reference conclusions between the compactness of the different graded gravel soil in the actual project and CBR strength is proposed.

關(guān)鍵詞：級(jí)配良好碎石土；最優(yōu)含水率；最大干密度；壓實(shí)度；CBR強(qiáng)度

Key words： graded fine gravel soil；optimal moisture content；maximum dry density；compactness；CBR strength

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）33-0120-03

0 引言

本次試驗(yàn)以文山州某公路工程工地試驗(yàn)作為工程試驗(yàn)依據(jù)，結(jié)合之前研究人員對(duì)黏土、級(jí)配碎石土的壓實(shí)度與CBR強(qiáng)度的關(guān)系研究[1-2]，從而對(duì)公路路基碎石土壓實(shí)度與CBR強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行探討。此次試驗(yàn)一共取5個(gè)試驗(yàn)區(qū)段為試驗(yàn)點(diǎn)，5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)名稱分別以A、B、C、D、E來命名。

1 土體試樣性質(zhì)測(cè)試

1.1 各試驗(yàn)點(diǎn)路基土的級(jí)配特點(diǎn)與土樣名稱

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程JTG E40-2007》[3]試驗(yàn)分析得出試樣級(jí)配參數(shù)（表1），A、B、C、D、E，5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所得出的Cu均大于5，Cc都在1-3之間，結(jié)合圖1，5組級(jí)配曲線圖可知，5組試樣的級(jí)配曲線趨勢(shì)比較平緩，說明各粒徑區(qū)段含量分布相對(duì)良好，再根據(jù)土體不同粒組的含量組成，將本次五個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的樣品進(jìn)行命名（表2），其中A、E兩組為級(jí)配良好礫，C、D兩組為含細(xì)粒土礫，B組為級(jí)配良好砂，綜上可知，五組試驗(yàn)樣品均為級(jí)配良好碎石土。

1.2 液塑限試驗(yàn)

試驗(yàn)采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀來測(cè)試土樣的液限和塑限，以確定土的類型，為確保所求液塑限準(zhǔn)確，每組確3個(gè)平行試樣進(jìn)行測(cè)定，所得液限、塑限以及塑限指數(shù)如表3所示。從表中可以看出五組試樣，液限在28～34之間，塑限在19-24之間，所得塑限指數(shù)在6～11左右，故可將該土體定名為低液限粉土。

1.3 重型擊實(shí)試驗(yàn)

為了給CBR強(qiáng)度試驗(yàn)試件的制備提供依據(jù)，根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)得到土體的最大干密度以及對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水率，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出土體干密度與含水率的關(guān)系曲線（圖2）。

由于含水率較低時(shí)，含水率的增加對(duì)土體間起到了一種類似潤滑劑的作用，加大了土粒與土粒間的密實(shí)度，隨著水量的繼續(xù)增加，過多的水反而使得土粒與土粒相互分離，致使其密實(shí)度降低。從而使得土體干密度下降。所以，從圖2可以看出，5組土樣中都表現(xiàn)出土的干密度初期隨著土的含水率的增大而增大，極值點(diǎn)后隨著含水率的增加而減小，中間都存在最大干密度與最優(yōu)含水率的極值點(diǎn)，結(jié)合表4，可知A、B、C、D、E，5組土樣的最優(yōu)含水率分別為9.1%、10%、9.7%、9.7%、7.7%，其最大干密度分別為2.02g/cm3、1.88g/cm3、1.86g/cm3、1.82g/cm3、2.07g/cm3。E組土樣干密度與含水率的分布曲線最為特殊，最優(yōu)含水率與最大干密度的關(guān)系點(diǎn)在圖中整體偏左，其中最優(yōu)含水率最小，對(duì)應(yīng)的最大干密度最大。觀察5組土樣，最優(yōu)含水率與最大干密度并不存在遞增或遞減的關(guān)系。

2 CBR強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)介紹與方法

CBR即加州承載比，是評(píng)定土基及路面材料承載能力的指標(biāo)。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTG E40-2007）》對(duì)土樣CBR進(jìn)行確定。CBR值通常采用貫入量為2.5mm時(shí)的單位壓力與標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時(shí)，所得的標(biāo)準(zhǔn)荷載強(qiáng)度的比值，相應(yīng)計(jì)算出貫入量為5mm時(shí)的承載比，如果2.5mm時(shí)的承載比小于5mm時(shí)的承載比，則試驗(yàn)需重做，若結(jié)果仍如此，則采用5mm時(shí)的承載比[3]。

根據(jù)工程需要，本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)每種土樣制備了一種干密度，共制9個(gè)試件。每層擊數(shù)分別為30、50和98次。本次試驗(yàn)還預(yù)定了實(shí)際工程中常出現(xiàn)的92%、94%和95%的壓實(shí)度。

基本步驟：

①通過篩分試驗(yàn)與液塑限試驗(yàn)，對(duì)土樣顆粒進(jìn)行分析，并確定土樣液塑限與名稱（表3）；

②根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)，求出土樣的最優(yōu)含水率與最大干密度（表4）；

③制備樣品，將試樣調(diào)制成最優(yōu)含水率后均勻拌和，悶料24h；

④試樣分別以每層30、50、98次3種不同擊實(shí)次數(shù)，采用三層擊實(shí)法進(jìn)行擊實(shí)，從而得到壓實(shí)度為92%、94%和95%的試件，每組試樣壓實(shí)度各制3個(gè)平行試件，每組9個(gè)試件；

⑤浸泡96小時(shí)后測(cè)出試樣膨脹量和吸水量；

⑥進(jìn)行CBR試驗(yàn)測(cè)定試樣承載比CBR值。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，繪制出貫入量L與壓力值P的關(guān)系曲線，并從P-L關(guān)系曲線中讀取貫入量2.5mm與5mm時(shí)對(duì)應(yīng)的單位壓力值P2.5（kPa）與P5.0（kPa）的值，通過公式：

通常采用CBR2.5作為CBR強(qiáng)度值，但如果CBR5.0大于CBR2.5，則要重做試驗(yàn)，若結(jié)果仍是一樣，則采用CBR5.0值，最后試驗(yàn)結(jié)果取三組平行試驗(yàn)的平均值。說明：本次試驗(yàn)五組試樣CBR5.0均小于CBR2.5，故以下各變量之間的參數(shù)分析，均對(duì)CBR2.5進(jìn)行分析。

2.2.1 擊實(shí)次數(shù)、膨脹量、吸水量、干密度與CBR強(qiáng)度的關(guān)系

從表5中可知，五組試樣都呈現(xiàn)出一種關(guān)系：試樣中由于擊實(shí)次數(shù)越多，使得土樣顆粒與顆粒之間的空隙越小，土體越密實(shí)。浸泡以后，較為密實(shí)的土樣，吸水能力較差，從而導(dǎo)致土樣的膨脹量小；對(duì)于干密度來說，因土樣擊打的越密實(shí)，導(dǎo)致土樣單位體積的質(zhì)量越大；對(duì)于承載比CBR2.5試驗(yàn)值的分析可見，與其他四個(gè)參數(shù)存在很清晰的線性變化關(guān)系，即土樣擊實(shí)次數(shù)越多，其膨脹量越小，吸水量也越小，而土樣干密度與CBR值都相應(yīng)變大。

2.2.2 壓實(shí)度與CBR值的關(guān)系

根據(jù)圖3可以看出：

5組試樣中，同一種壓實(shí)度對(duì)應(yīng)的CBR值差別較大，如92%的壓實(shí)度對(duì)應(yīng)CBR的強(qiáng)度范圍為17.4～25.4%，之間的跨度值較大，主要是由于土體的顆粒組成含量不同，不同的級(jí)配，使得其具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)。

土樣壓實(shí)度與CBR值之間存在著很密切的線性關(guān)系，壓實(shí)度越大，CBR值就越大。并且根據(jù)關(guān)系曲線中的擬合公式可知，5組土樣擬合系數(shù)R2在0.998～0.9999之間，由此說明該公式與原始數(shù)據(jù)間有著很好的相關(guān)性，這與其他學(xué)者結(jié)論相符合[1、2、4]。

3 結(jié)論

①級(jí)配良好碎石土中，其擊實(shí)次數(shù)、膨脹量、吸水量、干密度以及CBR值各參數(shù)之間都存在著較好的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)的相關(guān)性。

②級(jí)配良好碎石土的CBR值與壓實(shí)度之間存在較為密切的關(guān)系，具體表現(xiàn)為CBR強(qiáng)度隨著壓實(shí)度的增加而增加，并且具有很高線性關(guān)系的擬合度。

③不同級(jí)配的土樣，其物理力學(xué)性質(zhì)不同，同一種壓實(shí)度對(duì)應(yīng)不同土樣的CBR值也就存在較大的差異，在實(shí)際工程中應(yīng)針對(duì)不同土樣通過試驗(yàn)來確定其具體參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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