甘肃中建市政工程勘察设计研究院有限公司 甘肃省兰州市 邮编 730000
【摘要】 本文介绍了西北某机场黄土状粉土物理及力学性质试验、重型击实试验、承载比试验、及按最优含水率制备击实后黄土状粉土样并对其做物理力学性质试验、固结、湿陷、直接剪切、承载比试验。对粗骨料做的颗粒分析、重型击实试验、承载比试验。黄土状粉土与粗骨料按不同配合比混合后做的重型击实试验、承载比试验及上述试验数据分析。
【关键词】 混合料；最大干密度；最优含水率；颗粒分析；湿陷试验；直接剪切；承载比；击实试验
引言
西北某机场拟建设航站楼、飞行区等工程，机场所在地秦王川盆地分布着黄土状粉土与角砾等粗颗粒土,且地形变化大, 作为工程场地时需进行填挖改造。为此需作黄土状粉土物理及力学性质试验、击实试验、承载比试验。粗骨料击实及承载比试验。黄土状粉土与粗骨料不同配合比的击实及承载比试验, 为分析场地黄土状粉土物理力学性质及填料压实性能提供依据。
二、土工试验技术要求及试样简介
试验要求对所取2个探井土样做物理性质及力学性质试验，包括固结其加压等级50、100、200、300、400KPa、湿陷性、直接剪切试验。做重型击实试验测最优含水率。按最优含水率制备击实后黄土状粉土样做固结、湿陷性、直接剪切、承载比试验。粗骨料做颗粒分析、重型击实、承载比试验。黄土状粉土与粗骨料土按不同配合比混合做重型击实试验,配合比为 土 :粗骨料1: 9、土：粗骨料2:8、土：粗骨料3:7，提供混合料击实后最优含水率、最大干密度、承载比。
本次送检的试样为TJ-1探井，共取原状土样29组，TJ-2探井，共取原状土样18组。粗骨料共取五组试样，分别为粗骨料一、粗骨料二、粗骨料三、粗骨料四、粗骨料五。
三、土工试验
1、黄土状粉土物理及力学性质指标
对TJ1、TJ2原状土进行了物理及力学性质试验,试验结果见表一、表二
TJ-1探井原状粉土物理及力学性质统计表 表一
名称 | 最大 | 最小 | 平均数 | 标准差 | 修正系数 | 标准值 |
天然含水率w% | 27.9 | 15.1 | 20.68 | 3.23 | 1.025 | 21.19 |
湿密度ρ(g/cm3) | 1.86 | 1.33 | 1.68 | 0.119 | 0.993 | 1.67 |
干密度(g/cm3) | 1.53 | 1.20 | 1.410 | 0.089 | 1.001 | 1.41 |
天然孔隙比e | 1.260 | 0.770 | 0.936 | 0.15 | 1.011 | 0.95 |
饱和度% | 82.1 | 23.4 | 56.70 | 15.30 | 1.035 | 56.68 |
压缩系数MPa-1 | 0.67 | 0.12 | 0.286 | 0.196 | 1.016 | 0.291 |
压缩模量MPa | 15.1 | 3.4 | 9.8 | 2.96 | 1.015 | 9.95 |
粘聚力KPa | 35.0 | 15.3 | 30.5 | 4.60 | 1.005 | 30.65 |
内摩擦角 ° | 29.0 | 23.5 | 28.3 | 2.03 | 1.001 | 28.32 |
湿陷系数 | 0.201 | 0.002 | 0.025 | 0.046 | 0.998 | 0.025 |
TJ1探井29组土样,没湿陷的土样有8组,有湿陷的土样有21组。
TJ-2探井原状粉土物理及力学性质统计表 表二
名称 | 最大 | 最小 | 平均数 | 标准差 | 修正系数 | 标准值 |
天然含水率w% | 26.0 | 10.7 | 16.29 | 3.91 | 1.103 | 17.96 |
湿密度ρ(g/cm3) | 1.86 | 1.56 | 1.67 | 0.115 | 1.029 | 1.715 |
干密度(g/cm3) | 1.59 | 1.32 | 1.43 | 0.069 | 1.021 | 1.465 |
天然孔隙比e | 1.061 | 0.686 | 0.893 | 0.092 | 1.045 | 0.932 |
饱和度% | 84.3 | 32.1 | 50.4 | 15.08 | 0.872 | 43.956 |
压缩系数MPa-1 | 0.54 | 0.08 | 0.16 | 0.108 | 1.286 | 0.207 |
压缩模量MPa | 22.6 | 3.8 | 14.6 | 5.05 | 1.150 | 16.795 |
粘聚力KPa | 46.9 | 12.6 | 29.6 | 10.01 | 0.815 | 24.15 |
内摩擦角 ° | 30.1 | 23.1 | 25.8 | 2.86 | 0.939 | 24.21 |
湿陷系数 | 0.049 | 0.001 | 0.016 | 0.013 | 0.629 | 0.026 |
TJ2探井18组土样,没湿陷的土样有10组,有湿陷的土样有8组,自2米以下没湿陷。
对TJ-1探井样做重型击实试验，得出最优含水率10.1%，最大干密度2.03g/cm3。
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TJ1探井黄土状粉土按最优含水率击实后做固结、湿陷、直接剪切、承载比试验,试验结果见表三
TJ1原状粉土 表三
试料 | 最优含水率% | 湿密度g/cm3 | 最大干密度g/cm3 | 孔隙比 | 饱和度% | 湿陷系数 | 压缩系数MPa-1 | 压缩模量MPa | 粘聚力KPa | 内摩擦角° | 承载比% |
TJ1原状粉土 | 10.1 | 2.23 | 2.03 | 0.338 | 81.0 | 0.001 | 0.04 | 33.45 | 100.0 | 31.5 | 3.6 |
试验结果表明击实后土孔隙比从平均0.936提高到0.338，压缩系数由平均0.286MPa-1中等压缩性变为0.09MPa-1低压缩性，粘聚力由平均35.0MPa变为100.0MPa,土的抗压性、抗剪强度提高、湿陷系数由平均0.025轻微湿陷变为0.001无湿陷，湿陷性消除，但承载比小，不宜用于对地基承载力要求高的项目。
对TJ-2探井样做重型击实试验，得出最优含水率13.2%，最大干密度1.96g/cm3。
TJ2探井黄土状粉土按最优含水率击实后做固结、湿陷、直接剪切、承载比试验,试验结果见表四
表四
试料 | 最优含水率% | 湿密度g/cm3 | 最大干密度g/cm3 | 孔隙比 | 饱和度% | 湿陷系数 | 压缩系数MPa-1 | 压缩模量MPa | 粘聚力KPa | 内摩擦角° | 承载比% |
TJ2原状粉土 | 13.2 | 2.22 | 1.96 | 0.382 | 93.0 | 0.002 | 0.09 | 16.8 | 95.1 | 32.6 | 5.3 |
试验结果表明击实后土孔隙比从平均0.893提高到0.382，压缩系数由平均0.160MPa-1中等压缩性变为0.09MPa-1低压缩性，粘聚力由平均29.6MPa变为95.1MPa,土的抗压性、抗剪强度提高、湿陷系数由平均0.016轻微湿陷变为0.002无湿陷，湿陷性消除，但承载比小，不宜用于对地基承载力要求高的项目。
2、粗骨料试验
粗骨料经颗粒分析试验，定名粗骨料一、粗骨料五为角砾,粗骨料二、粗骨料三、粗骨料四为砾砂。粗骨料各粒径百分含量见表五
粗骨料各粒径百分含量 表五
试料 | 定名 | 40～20mm | 20～10mm | 10～5.0mm | 5.0～2.0mm | 2.0～0.5mm | 0.5～0.25mm | 0.25～0.075mm | <0.075mm | 不均匀系数 | 级配评价 |
粗骨料一 | 角砾 | | 14.6 | 23.2 | 33.6 | 19.4 | 4.3 | 3.5 | 1.4 | 8.93 | 级配均匀 |
粗骨料二 | 砾砂 | 2.3 | 5.2 | 12.1 | 19.6 | 24.7 | 9.0 | 18.3 | 8.8 | 23.44 | 级配良好 |
粗骨料三 | 砾砂 | | 8.8 | 15.3 | 20.4 | 19.3 | 10.0 | 16.7 | 9.5 | 31.30 | 级配良好 |
粗骨料四 | 砾砂 | 5.5 | 10.3 | 14.0 | 17.3 | 16.2 | 13.0 | 16.2 | 7.5 | 32.29 | 级配良好 |
粗骨料五 | 角砾 | | 14.5 | 18.2 | 23.9 | 15.3 | 9.9 | 12.7 | 5.5 | 32.56 | 级配良好 |
对五种粗骨料作重型击实试验，击实曲线见图一
图一
粗骨料击实数据及承载比见表六
粗骨料击实数据及承载比值 表六
试料 | 定名 | 最优含水率% | 最大湿密度g/cm3 | 最大干密度g/cm3 | 承载比 |
粗骨料一 | 角砾 | 4.6 | 2.13 | 2.16 | 69 |
粗骨料二 | 砾砂 | 5.0 | 2.37 | 2.26 | 60 |
粗骨料三 | 砾砂 | 5.3 | 2.38 | 2.26 | 56 |
粗骨料四 | 砾砂 | 5.4 | 2.31 | 2.28 | 50 |
粗骨料五 | 角砾 | 5.7 | 2.28 | 2.24 | 65 |
3、不同配合比混合料击实试验及承载比试验
将TJ1探井黄土状粉土与粗骨料按土：粗颗粒1：9、土：粗颗粒2：8、土：粗颗粒3：7不同配合比做重型击实试验，击实曲线见图二
图二
TJ1黄土状粉土与粗骨料不同配比击实及承载比数据 表七
试料 | 配比 | 最优含水率% | 最大湿密度g/cm3 | 最大干密度g/cm3 | 承载比 |
土 粗骨料 | 1：9 | 6.6 | 2.33 | 2.19 | 60 |
土 粗骨料 | 2：8 | 6.90 | 2.34 | 2.18 | 16.3 |
土 粗骨料 | 3：7 | 7.0 | 2.36 | 2.21 | 7.5 |
土与粗骨料配合比为土:粗骨料1:9时CBR最大,其余配合比CBR小,不宜用于对地基承载力要求高的道基。
四、结语:
TJ1、TJ2探井粉土重型击实后由中等压缩性变为低压缩性,湿陷性消除,抗剪强度大幅提高,但承载比值小,不宜用于对地基承载力要求高的构筑物。粗骨料重型击实后及土:粗骨料1:9配合比的试样重型击实后承载比大,可用于对地基承载力要求高的道基。
参考文献：
(1)《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）
(2)土的承载比试验心得及应用探讨 广东省物料实验检测中心 马强
地质学报2006—14
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