土力学第10章
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§10 土的动力性质和压实性
第十章 土的动力性质和压实性
教师：尹平保
§10 土的动力性质和压实性
§10.1 土在动荷载作用下的变形 和强度性质 §10.2 砂土和粉土的振动液化 §10.3 土的压实性
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土体压实性的工程意义
在工程建设中经常会遇到需要将土按一定要求进行 堆填和密实的情况，如路堤、土坝、桥台、挡土墙、管 道埋设、基础垫层以及基坑回填等。填土非原状土，其 结构受到破坏，为使其满足稳定性和变形方面的工程要 求，必须要按一定的标准加以压实
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
施工含水量控制图
§10 土ห้องสมุดไป่ตู้动力性质和压实性
2、砂土及砂砾石
§10.3土的压实性
砂土及砂砾石的压实程度，与颗粒级配及压实功能关系密切，一般 用相对密度Dr表示: Dr＝(emax-e)/(emax-emin) 式中： （５-５）
emax-砂石料的最大孔隙比； emin-砂石料的最小孔隙比； e—设计孔隙比。
§10 土的动力性质和压实性
2、压实的影响因素：
§10.3土的压实性
●土料的性质：粘性土与非粘性土的压实有显著的差别。一般 粘性土的粘结力较大，摩擦力较小，具有较大的压缩性，但由于它的 透水性小，排水困难，压缩过程慢，所以很难达到固结压实。而非粘 性土料正好相反，它的粘结力小，摩擦力大，具有较小的压缩性，但 由于它的透水性大，排水容易，压缩过程快，能很快达到密实。 ●土料颗粒大小与组成：颗粒越细，空隙比就越大，就越不容易 压实。所以粘性土压实干表观密度低于非粘性土压实干表观密度。颗 粒不均匀的砂砾料，比颗粒均匀的砂砾料达到的干表观密度要大一些。
§10.3土的压实性
含水量~干容重曲线
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
5、量取最大干容重、最优含水量值。做最大干容重、 碾压遍数、铺土厚度、最优含量曲线，见下图。
压实遍数—最大干容重—最优含水量曲线
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
6、量取设计干容重的碾压遍数、铺土厚度、含水量 （NHW）得出多组压实参数，均能满足要求。
§10 土的动力性质和压实性
3、压实标准及参数
（一）压实标准
§10.3土的压实性
意义：毫无疑问，土料压实越好，力学性能越高，坝体质量越有保证。 要求：压实适度，防止压实过度和不足。 过分压实：不仅提高了费用，还会造成剪力破坏。
压实不足：质量低，各种力学指标不足。
１ 、粘性土料 指 标：压实干表观密度和施工含水量
压实标准：
１）压实干表观密度：用击实试验来确定。 我国采用南实仪25击[89.75(t.m)/m³ ]作为标准压实功能，得出一 般不少于25-30组最大干表观密度的平均值 γd· max(t/m³ )作为依据，从而 确定设计干表观密度γd(t/m³ ): γd=m·γd· max （５-４） 式中 :m— 施工条件系数，一般Ⅰ、Ⅱ级坝及高坝，采用 0.970.99,中低坝采用0.95-0.97。
§10 土的动力性质和压实性 一、土料压实基体理论
1、压实的意义：
§10.3土的压实性
土是松散颗粒的集合体，其自身的稳定性主要取决 于土料内摩擦力和粘结力。而土料的内摩擦力、凝聚力
和抗渗性都与土的密实性有关，密实性越大，物理力学
性能越好。例如：干表观密度为１.4t/m³ 的砂壤土，压实 后若提高到1.7t/m³ ，其抗压强度可提高4倍，渗透系数将 降至原来的1/200。由于土料压实，可使坝坡加陡,减少 工程量，加快施工进度。
§10.3土的压实性
土坝体填筑施工
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝沥青砼心墙
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
水利枢纽坝下桥
（二）压实参数确定
参数：施工控制含水量、铺土厚度、压实遍数
因素：根据土料的性质、颗粒大小及组成、压实标准、压实机械类 型，还应进一步确定压实参数，使之达到经济合理。 方法：经 验 法：根据已成工程类比取值。
现场试验法：确定施工控制含水量、铺土厚度、压实遍数。
§10 土的动力性质和压实性
四、压实试验
§10.3土的压实性
每一个组合取样数量为：粘土、砂砾石 10-15 个；砂及砂砾 6-8个；堆石料不少于3个。 3、测定干容重、含水量： 分别测定土样干表观密度、含水率、颗粒级配。
4、作压实遍数与干容重、含水量曲线
可作出不同铺土厚度时压实遍数与干容重、含水量曲线， 见下图。
§10 土的动力性质和压实性
●试验要求：
§10.3土的压实性
土料的碾压试验，是根据已选定的压实机械，来确定 铺土厚度、压实遍数及相应的含水量。应选择有代表性的 土料，各料场如有差异，应分别试验。 ●试验方法：
一般采用淘汰法，也叫逐步收敛法。此法每次变动一 种参数，固定其它参数，通过试验求出该参数的适宜值， 依此类推。待各项参数选定后，用选定参数进行复核试验。 这种方法的优点是,效果相同时而试验总数较少。
●厂地条件： 试验场地应平坦、坚实，靠近水源，地形开阔，有水 电附属设施。用试验土料先在地基上铺筑一层，压实到设 计标准，将这一层作为基层，然后在上面进行碾压试验。
§10 土的动力性质和压实性 ●试验区的面积：
每个试验组合面积为： 粘土 不小于5m×2m(长×宽)；
§10.3土的压实性
砾石土、风化砾石土、砂及砂砾 不小于4m×8m； 卵漂石、堆石料不小于6m×10m。 由于碾压时产生侧向挤压，因此，试验区的两侧应各留 出一个碾宽，试验区的两端各留出 4m-5m （粘土）或 8m10m（堆石料）作非试区，以满足停车和错车的要求。
7、确定经济合理的压实参数：
计算单位土方厚度压实功能最小的参数 即N/H最小值，组合参数最优。
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝粘土料压实
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝排水体施工
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝粘土卸料推平
§10 土的动力性质和压实性
用干表观密度γР(t/m³ )表示： γР＝γmax·γmin／［γmax-Dr(γmax-γmin) （５-６） 式中：γmax－砂石料最大干表观密；(t/m³ )； γmin－砂石料最小干表观密；(t/m³ )。
§10 土的动力性质和压实性
3、石渣及堆石体
§10.3土的压实性
石渣及堆石体作为坝壳填筑料，压实指标一般用孔隙率表示。根据 国内外的经验，碾压式堆石坝坝体压实后空隙率应小于30%，为了防止过 大的沉陷，一般规定为22%-28%。上游主堆石区标准为21%-25%。
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
●含水量：当压实功能一定时，粘土的干表观密度随含水量增加而 增大，并达到最大值，此时的含水量为最优，大于此含水量后，干表观密 会减小，因此时土料逐渐饱和，外力被土料内自由水抵消。非粘性土料的 透水性大，排水容易，不存在最优含水量，含水量不作专门控制。 ●压实功能的大小：也影响着土料干表观密度的大小。压实功能增 加，干表观密度也随之增大而最优含水量随之减少。说明同一种土料的最 优含水量和最大干表观密度，随压实功能的改变而变化，这种特性对于含 水量过低或过高的土料更为显著。
●试验步骤：
1、布置场地：一般试验可完成十几或几十个组合试
验。淘汰法，每场只变动一种参数，一般一场试验布置4个组 合试验，粘性土及堆石料一场试验布置见图5-12、5-13。
§10 土的动力性质和压实性
2、压实试验、取样：
●按不同压实遍数（N）、 ●不同铺土厚度（h）、 ●不同含水量（W）进行压实，取样。
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性 此法对大多数粘土料是合理的、适用的。但是，土料的 塑限含水量、粘粒含量不同，对压实度都有影响，应进行以 下修正：
其一：以塑限含水量为最优水量，由试验从压实功能与 最大干密度与最优含水量曲线上初步确定压实功能；当天然 含水量与塑限含水量接近且易于施工时，以天然含水量做最 优含水量确定压实功能； 其二：考虑沉降控制的要求 ，通过控制压缩系 α=0.0098-0.0196cm² /kg,确定干表观密度。 2）施工含水量的控制范围 是由标准击实条件时的最大干表观密度确定的，而最大 干表观密度对应的最优含水量是一个点值，而实际的天然含 水量总是在某一个范围变动。为适应施工的要求，必须围绕 最优含量规定一个范围，即含水量的上下限。即在击实曲线 上以设计干表观密度值作水平线与曲线相交的两点就是施工 含水量的控制范围。如下图。
第十章 土的动力性质和压实性
教师：尹平保
§10 土的动力性质和压实性
§10.1 土在动荷载作用下的变形 和强度性质 §10.2 砂土和粉土的振动液化 §10.3 土的压实性
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土体压实性的工程意义
在工程建设中经常会遇到需要将土按一定要求进行 堆填和密实的情况，如路堤、土坝、桥台、挡土墙、管 道埋设、基础垫层以及基坑回填等。填土非原状土，其 结构受到破坏，为使其满足稳定性和变形方面的工程要 求，必须要按一定的标准加以压实
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
施工含水量控制图
§10 土ห้องสมุดไป่ตู้动力性质和压实性
2、砂土及砂砾石
§10.3土的压实性
砂土及砂砾石的压实程度，与颗粒级配及压实功能关系密切，一般 用相对密度Dr表示: Dr＝(emax-e)/(emax-emin) 式中： （５-５）
emax-砂石料的最大孔隙比； emin-砂石料的最小孔隙比； e—设计孔隙比。
§10 土的动力性质和压实性
2、压实的影响因素：
§10.3土的压实性
●土料的性质：粘性土与非粘性土的压实有显著的差别。一般 粘性土的粘结力较大，摩擦力较小，具有较大的压缩性，但由于它的 透水性小，排水困难，压缩过程慢，所以很难达到固结压实。而非粘 性土料正好相反，它的粘结力小，摩擦力大，具有较小的压缩性，但 由于它的透水性大，排水容易，压缩过程快，能很快达到密实。 ●土料颗粒大小与组成：颗粒越细，空隙比就越大，就越不容易 压实。所以粘性土压实干表观密度低于非粘性土压实干表观密度。颗 粒不均匀的砂砾料，比颗粒均匀的砂砾料达到的干表观密度要大一些。
§10.3土的压实性
含水量~干容重曲线
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
5、量取最大干容重、最优含水量值。做最大干容重、 碾压遍数、铺土厚度、最优含量曲线，见下图。
压实遍数—最大干容重—最优含水量曲线
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
6、量取设计干容重的碾压遍数、铺土厚度、含水量 （NHW）得出多组压实参数，均能满足要求。
§10 土的动力性质和压实性
3、压实标准及参数
（一）压实标准
§10.3土的压实性
意义：毫无疑问，土料压实越好，力学性能越高，坝体质量越有保证。 要求：压实适度，防止压实过度和不足。 过分压实：不仅提高了费用，还会造成剪力破坏。
压实不足：质量低，各种力学指标不足。
１ 、粘性土料 指 标：压实干表观密度和施工含水量
压实标准：
１）压实干表观密度：用击实试验来确定。 我国采用南实仪25击[89.75(t.m)/m³ ]作为标准压实功能，得出一 般不少于25-30组最大干表观密度的平均值 γd· max(t/m³ )作为依据，从而 确定设计干表观密度γd(t/m³ ): γd=m·γd· max （５-４） 式中 :m— 施工条件系数，一般Ⅰ、Ⅱ级坝及高坝，采用 0.970.99,中低坝采用0.95-0.97。
§10 土的动力性质和压实性 一、土料压实基体理论
1、压实的意义：
§10.3土的压实性
土是松散颗粒的集合体，其自身的稳定性主要取决 于土料内摩擦力和粘结力。而土料的内摩擦力、凝聚力
和抗渗性都与土的密实性有关，密实性越大，物理力学
性能越好。例如：干表观密度为１.4t/m³ 的砂壤土，压实 后若提高到1.7t/m³ ，其抗压强度可提高4倍，渗透系数将 降至原来的1/200。由于土料压实，可使坝坡加陡,减少 工程量，加快施工进度。
§10.3土的压实性
土坝体填筑施工
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝沥青砼心墙
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
水利枢纽坝下桥
（二）压实参数确定
参数：施工控制含水量、铺土厚度、压实遍数
因素：根据土料的性质、颗粒大小及组成、压实标准、压实机械类 型，还应进一步确定压实参数，使之达到经济合理。 方法：经 验 法：根据已成工程类比取值。
现场试验法：确定施工控制含水量、铺土厚度、压实遍数。
§10 土的动力性质和压实性
四、压实试验
§10.3土的压实性
每一个组合取样数量为：粘土、砂砾石 10-15 个；砂及砂砾 6-8个；堆石料不少于3个。 3、测定干容重、含水量： 分别测定土样干表观密度、含水率、颗粒级配。
4、作压实遍数与干容重、含水量曲线
可作出不同铺土厚度时压实遍数与干容重、含水量曲线， 见下图。
§10 土的动力性质和压实性
●试验要求：
§10.3土的压实性
土料的碾压试验，是根据已选定的压实机械，来确定 铺土厚度、压实遍数及相应的含水量。应选择有代表性的 土料，各料场如有差异，应分别试验。 ●试验方法：
一般采用淘汰法，也叫逐步收敛法。此法每次变动一 种参数，固定其它参数，通过试验求出该参数的适宜值， 依此类推。待各项参数选定后，用选定参数进行复核试验。 这种方法的优点是,效果相同时而试验总数较少。
●厂地条件： 试验场地应平坦、坚实，靠近水源，地形开阔，有水 电附属设施。用试验土料先在地基上铺筑一层，压实到设 计标准，将这一层作为基层，然后在上面进行碾压试验。
§10 土的动力性质和压实性 ●试验区的面积：
每个试验组合面积为： 粘土 不小于5m×2m(长×宽)；
§10.3土的压实性
砾石土、风化砾石土、砂及砂砾 不小于4m×8m； 卵漂石、堆石料不小于6m×10m。 由于碾压时产生侧向挤压，因此，试验区的两侧应各留 出一个碾宽，试验区的两端各留出 4m-5m （粘土）或 8m10m（堆石料）作非试区，以满足停车和错车的要求。
7、确定经济合理的压实参数：
计算单位土方厚度压实功能最小的参数 即N/H最小值，组合参数最优。
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝粘土料压实
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝排水体施工
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
土坝粘土卸料推平
§10 土的动力性质和压实性
用干表观密度γР(t/m³ )表示： γР＝γmax·γmin／［γmax-Dr(γmax-γmin) （５-６） 式中：γmax－砂石料最大干表观密；(t/m³ )； γmin－砂石料最小干表观密；(t/m³ )。
§10 土的动力性质和压实性
3、石渣及堆石体
§10.3土的压实性
石渣及堆石体作为坝壳填筑料，压实指标一般用孔隙率表示。根据 国内外的经验，碾压式堆石坝坝体压实后空隙率应小于30%，为了防止过 大的沉陷，一般规定为22%-28%。上游主堆石区标准为21%-25%。
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性
●含水量：当压实功能一定时，粘土的干表观密度随含水量增加而 增大，并达到最大值，此时的含水量为最优，大于此含水量后，干表观密 会减小，因此时土料逐渐饱和，外力被土料内自由水抵消。非粘性土料的 透水性大，排水容易，不存在最优含水量，含水量不作专门控制。 ●压实功能的大小：也影响着土料干表观密度的大小。压实功能增 加，干表观密度也随之增大而最优含水量随之减少。说明同一种土料的最 优含水量和最大干表观密度，随压实功能的改变而变化，这种特性对于含 水量过低或过高的土料更为显著。
●试验步骤：
1、布置场地：一般试验可完成十几或几十个组合试
验。淘汰法，每场只变动一种参数，一般一场试验布置4个组 合试验，粘性土及堆石料一场试验布置见图5-12、5-13。
§10 土的动力性质和压实性
2、压实试验、取样：
●按不同压实遍数（N）、 ●不同铺土厚度（h）、 ●不同含水量（W）进行压实，取样。
§10 土的动力性质和压实性
§10.3土的压实性 此法对大多数粘土料是合理的、适用的。但是，土料的 塑限含水量、粘粒含量不同，对压实度都有影响，应进行以 下修正：
其一：以塑限含水量为最优水量，由试验从压实功能与 最大干密度与最优含水量曲线上初步确定压实功能；当天然 含水量与塑限含水量接近且易于施工时，以天然含水量做最 优含水量确定压实功能； 其二：考虑沉降控制的要求 ，通过控制压缩系 α=0.0098-0.0196cm² /kg,确定干表观密度。 2）施工含水量的控制范围 是由标准击实条件时的最大干表观密度确定的，而最大 干表观密度对应的最优含水量是一个点值，而实际的天然含 水量总是在某一个范围变动。为适应施工的要求，必须围绕 最优含量规定一个范围，即含水量的上下限。即在击实曲线 上以设计干表观密度值作水平线与曲线相交的两点就是施工 含水量的控制范围。如下图。