粉土击实过程中土中应力及击实后热物理参数测试

粉土击实过程中土中应力及击实后热物理参数测试
发布时间：2021-06-08T14:43:18.157Z 来源：《基层建设》2021年第5期作者：蒋莹[导读] 摘要：在我国丰富的地形地貌的限制下，填土技术常用于实际的道路建设过程。

广西中化明达勘察设计有限公司广西南宁 530001摘要：在我国丰富的地形地貌的限制下，填土技术常用于实际的道路建设过程。

同时，在地下空间的开发中采用填方技术也符合现代建设工程的要求。

因此，在实际的工程中就经常需要就地、就近获取填土材料。

粉土介于砂土与粘土之间，受其成因类型的影响，粉土的工程特性也较为特别，甚至是被看作是最差的地基、路基填土材料。

然而，粉土广泛分布于长江、黄河流域，倘若能加以利用，则有可节
约工程造价、缩短工期及减少弃土等优势。

因此，笔者在本文通过击实实验来对粉土的热物理性质和击实性能进行分析，希望可以通过实验来说明能否将粉土作为填方材料应用于实际工程中。

关键字：压实粉土；土压力；物理参数
为了满足社会和经济迅猛发展的要求，我国各种建设工程的规模也在不断扩大。

但是，受地质条件、地形地貌的影响，挖方和填方就成了施工中不可缺少的存在。

尤其是在公路的建设中，用填土材料进行路堤填方十分普遍，填方高度最高可达百米。

一般而言，为了使回填土路基和地基符合工程要求，通常会击实填土，高效且经济。

而击实填土指的利用是通过专用机器设备对填方土体施加作用力，使其内部颗粒位置、排列方式及密度发生改变。

击实填土可使填方的强度、稳定得到提高，而且击实可以提高路基或填土地基的承载力，并使其渗透性有所降低。

与此同时，由于土地资源空间有限，发展地下空间也是大势所趋，对地下建设工程中所用土的热物理性质进行研究十分必要。

然而，现有研究对砂土和粘土的关注较多。

因此，笔者将以击实实验为落脚点，深入分析粉土在击实实验时的力学特性及其热物理性质，为粉土应用为路基的填土材料提供相应指导。

一、粉土概述
按照相关规范规定，粉土指塑性指数低于10且粒径大于0.075mm的颗粒在总量中的占比在50%以内的粒组。

虽说粉土主要由粉粒、砂粒及粘粒组成，但由于塑性指数、颗粒粒径的不同也使得粉土介于砂土与粘土之间。

粉粒是粉土粒组中的主要组成部分，会左右粉土的一些物理性质。

粉粒的孔隙小，因此会使粉土在结构稳定性、透水性等方面表现较差。

而砂粒含量较高的粉土,粒组之间所存在的微弱毛细压力,再加上粒组与水之间微弱的作用力,所呈现的特性与砂土相似。

当粉土的塑性指数在10附近时,粘粒通常会充填进粉粒间的空隙,并且会形成粘性水膜，粒组与水之间的作用明显增强,此时粉土就会呈现与粘土相似的结构性、粘滞性及粘聚力等特性。

粉土中的水以重力水及毛细水为主，而结合水的含量极少。

粉土层若低于地下水位,则在表面张力的作用下会使毛细水在下沿毛细管上升较高的高度,导致地基土湿润,尤其是当开挖工程基坑到位时,会极易在其四周侧壁及底面有重力水析出。

因此在用粉土进行相关基础工程作业时，需要注意避免建筑物因受潮、冻胀等导致的安全隐患。

故而，对粉土的工程特性进行评估不仅需要经验、粘粒分析或原位测试,还应当必须从多种角度综合考虑。

二、粉土的击实实验
2.1实验方法
本实验以室内标准进行研究，所用土样为粉粒、粘粒的含量分别为75%左右和25%左右，且IP≤10的粉土。

2.1.1风干法制备土样
（1）取一定土样风干后碾碎，并将过20mm筛后土样拌匀，测定其风干含水量以便备用，如图2.1；
图2.1风干土样
（2）按照所用土样的塑限来对其最优含水量进行预估，每个实验组土样数为5盆，并且在其最优含水量的基础上，另外四盆土样含水量按照2%等差均匀分布在最优含水量左右；
（3）称取步骤（1）的备用土样后5kg并平铺于干燥且不吸水容器内，用量筒量取所需水量并对风干土样进行拌合，搅拌充分后用保鲜膜将容器封装，同等方法完成实验组所有土样的制备。

2.1.2三层击实实验
按照击实实验的室内标准，做三层击实实验，具体步骤为: （1）放置重型击实仪于平整地面，其底座嵌入重击实筒，将护筒固定在击实简顶部；
（2）分三层击实，并且试样每层的高度保持一致，每层使用搅拌均匀后的土样720g到740g。

将土样倒入击实筒，使击实锤在重力作用下自由落体对土样进行击实，每层击实次数以相应击实能的标准进行，并且需要保证击实锤的垂直及其下落无外力干扰，否则会对击实效果有所影响。

击实结束后，应保证试样与击实简顶的高度差小于6mm；
（3）称量重量，并进行试样湿密度的计算；
（4）对实验组其他所配不同含水量的土样进行土样的击实实验。

2.2实验结果分析
对于相同土体,在一定强度击实能的作用下，只有含水量适当时，击实才可能使土样最为密实，故而实验结果的击实曲线必定存在峰值，对应击实能的最大干密度为其纵坐标，最优含水则为横坐标，该指标在实际工程场景中十分重要。

譬如在工程的压实作业中，对应击实能的最优含水量可以使得土样填料达到最密实状态。

图2.2为依据实验结果所得击实曲线。

由此可知，在相同击实能下，当含水量增大，土样的干密度会先增大后减小，并且存在峰值。

图2.2击实曲线
三、击实过程的土中应力测试
本节所用土样与前文击实实验土样制备方法一致，使用的主要仪器如图3.1：
图3.1主要仪器连接图
利用仪器结合前文所述三层土样击实实验，主要分析土中压力的土压力。

分析得知：（1）击实第一层土时，土中压力的变化不受实验土样的含水量的影响，随着击实次数的增加都会提高。

原因是压力盒位于击实简底的中间位置，在进行第一层土的击实时，当压力盒与击实锤间距离最短，击实作用也最为显著, 因此所测压力也会随击实次数而提高。

所以当增加铺土层数时，击实锤与压力盒间距离拉大,锤击力会减小，在进行二、三土样击实时测得压力自然较小；
（2）击实土样含水量小于最优值时，当进行第二层和第三层得土样击实时，虽然当击实次数增加相应土压力也会变大，但是变化幅度而言是小于第一层的。

这主要是因为，土样的含水量低于最优时，由于土样的饱和度较低并且刚性较大，故而击实作用得到可以较完整的传递。

即使此时土样还未处于最密实的状态，但粒组间的引力联结也被每一次的锤击力所克服，会形成新的结构，使得土压力值提高；
（3）击实土样含水量在最优值湿侧，当进行第二层或者是第三层得土样的击实时，第三下击实几乎不能改变土压力。

这主要是由于当击实含水量大于最优值时，土样饱和度较高，再加上土中自由水的影响，土样的刚度较低，所以锤击力被大量消耗，无法使密实度提高。

四、热物理性质的测试
在对应击实能以及铺层数下，利用仪器进行比热容、导热系数等物理参数的测定与分析，可得结论：（1）在击实能不变的情况下，导热系数、比热容与孔隙率呈线性负相关，而导温系数则会随着孔隙率的增加而逐渐增加。

由此可知，增加孔隙率的会使得土样的导热系数的降幅大于比热容，并且铺土层数不影响导热系数与孔隙率间的变化关系。

（2）在土样饱和度变大的影响下，导热系数和比热容两者的曲线变化均表现为先升后降，而导温系数则呈现先降后增的变化趋势，如图4.1饱和度与导温系数的关系曲线图所示。

另外，击实能及铺土层数不会对比热容与饱和度间变化规律曲线产生影响。

图4.1饱和度与导温系数的关系曲线图
五、结束语
本文实验样本粉土土样，在不同的击实能及含水量条件下进行了土样压实试验，其中包括标准室内击实试验、击实过程中粉土的力学特点测定以及压实土样的相关热物理参数试验。

选择恰当的击实能和铺土厚度能够提升土体的稳定性，另外土体含水量的多少会对击实效果有一定影响。

当击实过程中击实能一定，比热容和导热系数会随着孔隙率的增加而减小。

因此，要想将粉土应用到路基施工中，就必须根据其工程特点以及路基性能需求来进行对应的击实。

参考文献：
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