土的压实特性

土的压实特性

一、土的击实试验

把土压实，土粒之间的孔隙减小，孔隙比减小，土的密度增大。其结果是，在荷载的作用下沉降量减少，土的强度得到提高，透水性降低，土的力学性质得到改善。所以，在道路、铁道、堤防、填海造田等的填土工程及土坝的筑造等工程中，土方的压实是一个重要的课题。

Proctor(1933)对同样的土进行了含水量不同、压实功不变的击实试验。很有趣的是，他发现，在压实功不变的情况下，在某一含水量时，可以得到最大的干密度。即，在同一压实能量的条件下，存在着最容易压实的含水量。把这个含水量叫做最优含水量ωopt (这就是说，有时，在含水量不合适时，不论怎样增加压实功，也不容易压实，很不经济)。可以这样考虑，含水量比最优含水量ωopt 小的时候，作为润滑剂的水过少，土不容易压实，含水量比最优含水量ωopt 大的时候，水过多，在压实的过程中，孔隙中的水在短时间排不出来，土也不容易压实。所以，应事先求出填土的最优含水量，当现场土的天然含水量比最优含水量小的时候，施工时可以边洒水边碾压，并尽量控制填土含水量在最优含水量的附近压实。但是，当现场的天然含水量比最优含水量大的时候，因为没有那样的大型干燥机，在现场要使填土干燥实际上是比较困难的。

图1 击实试验装置

(a) 击实筒(内径10cm)；(b)夯实器(2.5kg)

最优含水量ωopt 是由土的击实试验求出的。这是在实验室内，用简单的试验装置模仿现场的压实机械的试验。其方法是，在图1所示的容器内装入数层土，每层都用重锤锤击规定的次数，使土压实。然后根据容器内土的质量求出土的天然密度ρt ，测出土的含水量ω，按下式计算土的干密度ρd ：

ω

ρρ+=1t d 改变土的含水量，反复进行上述试验，根据试验结果，以含水量ω为横坐标，以干密度ρd 为纵坐标，可以绘出图2那样的向上凸的山形曲线。把这条曲线叫做击实曲线。击实曲线顶点处于密度达到最大值，叫做最大干密度ρdmax ，这时的含水量叫最优含水量ωopt 。

图2 击实曲线和最优含水量ωopt

在图2中，作为参考，绘出了饱和度分别是S r ＝l00％、90％、80％、70％时干密度ρd 与含水量ω的理论关系曲线(图中ρω=1g/cm 3,G s =2.65)。

ρd 与ω的关系，如果以S r 为参数，根据式ωρρe G s d +=1和ωs r G eS =可以表示为下式： r

s s s s d S G G e G e G ωρρρρωωω+=+=+=111 由图2可以看到，随着含水量的增大，土趋近于饱和，所以击实曲线渐近于饱和度S r ＝l00％的曲线(孔隙全部被水充满，也称为零孔隙曲线)。

二、土的种类和击实曲线的特征

砂质土的土颗粒大，比表面积小，所以，最优含水量ωopt 小，在很少的水分下就可以压实，击实曲线的山形很陡。而且，砂土的孔隙比e 比粘土的小，由公式ρd = G s ρω/(1+e )可知，干密度ρd 大。反之，粘性土土颗粒小，比表面积大，所以，最优含水量ωopt 大，对水的效果不敏感，击实曲线的山形平缓。并且，粘性土的孔隙比e 比砂土的大，通常干密度ρd 小[见图3(a)]。

图3 击实曲线中粒径、压实功的影响

对于相同的土，加大压实功，例如，加大锤重、提高落距、或者增加锤击次数，如图3(b)所示，此时有最大干密度增大、最优含水量减小的倾向。而且可以看到，图3(a)、(b)中的压实曲线，右侧都与理论饱和曲线(S r ＝100％)渐近。从而可知，随着干密度的增加，最优

含水量ωopt 会不断减少。即使是不同的土，理论饱和曲线也几乎相等。因为，在公式(1．19)中，S r ＝100％，ρω=1g/cm 3,只是G s 稍有不同，G s =2.65~2.7。

三、相对密度(relative density) D r

砂土的密实程度可以用孔隙比s v V V e =这一指标来衡量。可是砂土的种类不同，最松状态的孔隙比(最大孔隙比)e max 以及最密实状态的孔隙比(最小孔隙比) e min 也不同，所以，仅仅依靠孔隙比e 绝对值的大小，还不能判断砂土实际的密实程度，因此引入相对密度D r 这一指标：

%100min

max max ⨯--=e e e e D r 式中，e 是砂土的实际孔隙比。D r ＝0时，即e ＝e max ，砂土处于最松散的状态。D r ＝100％时，即e ＝e min ，砂土处于最密实的状态。

通常，0＜D r ＜40％是松砂，40％＜D r ＜65％是中密砂，65％＜D r ＜100％是密实的砂。