關于土的承載比試驗的若干問題的探討

張林波，李 瑤，趙 青

(1.重慶錦程工程咨詢有限公司，重慶 401147;2.湖南省吉茶高速公路建設開發有限公司，湖南吉首 416000)

CBR試驗是1928年O·J·Porter在美國加利福尼亞州進行瀝青路面破壞調查時，為比較地方材料的強度而提出的，它是把試件貫入量達到2.5 mm時單位壓力對標準碎石壓入相同貫入量時標準荷載壓強的比值，稱為CBR。

1 室內CBR試驗原理

按照《公路土工試驗規程》中的相關試驗方法確定材料的最大干密度和最佳含水量，以最佳含水量和最大干密度分別制取試件并模擬材料在浸水狀態下產生應力變形等不利因素，給材料結構附加應力，從而確定材料的破壞變形因素和承載力，為現場材料的施工提供科學的理論依據。

2 主要試驗儀器要求

1)試筒:內徑152 mm、高170 mm的金屬圓筒;高50 mm的套環;直徑151 mm、高50 mm的筒內墊塊。

2)夯錘和導管:夯錘的底面積直徑為50 mm，總質量4.5 kg，夯錘在導管內的總行程為450 mm。

3)路面材料強度儀:能量不小于50 kN，能調節貫入速度至每1 min貫入1 mm，可采用測力計式。

4)荷載板:直徑 150 mm，中心孔眼直徑52 mm，每塊質量1.25 kg，共4塊，并沿直徑分為兩個半圓塊。

3 試驗的主要技術要求

1)采取有代表性土樣，風干后進行搗碎，進行篩分試驗。

2)在預定做試驗之前前一天，取有代表性的試料測定其風干含水率。

3)按《公路土工試驗規程》T 0131－2007進行擊實試驗，按計算出的最大干密度和最佳含水量制取30擊次、50擊次、98擊次的試件各3個。

4)加荷載板安裝百分表，在水槽內浸水4晝夜后測膨脹量。

5)在貫入桿上加載45 N的荷載，調整百分表至整數，加荷使貫入桿以1～1.25 mm/min的速度壓入試件，并讀取測力和測變形的數據。

6)繪制p－l關系曲線，必要時進行原點修正。

7)依據p－l關系曲線讀取貫入量為2.5 mm和5 mm的單位壓力。貫入量為2.5 mm的CBR2.5=(p/7 000)×100，貫入量為 5 mm的CBR5=(p/10 500)×100。在試驗中如貫入量為5 mm的承載比大于2.5 mm的承載比，則試驗應重新做，如結果仍然如此，則采用5 mm的承載比。

4 試驗操作中的要點

4.1 控制測力百分表偏差

在貫入試驗時，兩個測力的百分表經常會出現較大的讀數數值偏差或一側百分表停止甚至倒轉的情況，其主要原因有:①制件過程中加入土樣時沒有將表面整平，擊錘下落后產生了偏心應力，致使試件擊實功產生了變化。②在貫入試驗中，把試件放入路面材料強度儀的升降座時，沒有調整偏球座，使貫入桿與試件幾何對中并頂面全面接觸;在試驗過程中要尤為注意以上情況。

4.2 浸泡96 h時水面高度

在試驗過程中很多人把高出試件頂面25 mm誤解為高出土面25 mm，這是欠合理的。浸水的目的就是模擬材料在使用過程中遇到的不利狀態，借以論證材料的特性;如果水面只高出土面25 mm就不能保證在這個浸水時間內試件和水的充分接觸并保水，也將會嚴重影響膨脹量和承載比的取值。

4.3 選擇應力環

《公路土工試驗規程》規定以1～1.25 mm/min的貫入速度壓入試件時應使貫入量為250×10－2mm時能有5個以上的讀數，測力計內的第一個讀數應為貫入量30×10－2mm左右。故根據不同土質選擇不同等級的應力環至關重要。據以往操作經驗和理論分析，對于黏性土、砂土宜用7.5、10、30 kN的測力環;礫土、含石質土一般選擇30、50 kN的測力環。另外使用過程中，應力環的示值重復性相對誤差不大于0.3%，示值進回程相對誤差不大于1.5%，示值長期穩定度(3個月)不大于0.3% 。

4.4 先預壓45 N荷載

貫入試驗前必須模擬路面自重荷載對路基的作用，在貫入桿上施加45 N的初始壓力，使貫入桿緊密地與試件頂面接觸。然后將測力和測變形的百分表均調整為整數，記錄起始讀數。試驗中黏性土、砂土變形量小，一般把起始讀數調為0，原來施加的45 N作用力及其貫入量可不體現在單位壓力與貫入量曲線上。在一些土的試驗中，先預壓45 N后再調整為0。在實際操作過程中很難實現，因為當壓到45 N后停機調整時應力環百分表通常會因土的回彈力退回到原位置，操作時要注意進行加載調整。

4.5 原點修正

圖1 p—l關系圖

以單位壓力(p)為橫坐標，貫入量(l)為縱坐標，繪制p－l關系曲線。當發現曲線起始部分反彎時要進行修正，其方法是在變曲率點引一切線與坐標軸交于O'點，并以O'為坐標系的原點。但要注意原點改變以后，單位壓力應平移到新原點(如圖1)，單位壓力應隨著平移后的原點變化。在圖示中O'就是修正后的坐標原點，在求單位壓力時要充分考慮整個曲線應向右平移0.2 mm，如原來2.5 mm對應的約為910 kPa，現在就應該變為2.7 mm對應的約為1 010 kPa了，CBR值也就出現了較大的變化。

4.6 應力環回歸方程的求解

在試驗過程中，應力環的校正系數對試驗結果的影響是很大的，然而這也是試驗中常忽視的，下面簡單介紹兩種方法。

4.6.1 最小二乘法

最小二乘法的基本原理是當所有測量數據的偏差平方和最小時，所得到的直線最優。

直線方程為y=bx+a(y為荷載，x為百分表讀數)

如按表1標定結果:可解出:y=0.139 6x－13.904，R2=0.999 9。

表1 標定結果

4.6.2 用EXCEL電子表格求解

按表1中的標定結果 ，以百分表讀數為x軸，荷載為y軸，點擊插入圖表→選擇xy散點圖→單擊下一步→填寫圖標名稱和軸名，然后點擊完成。在點擊完成的圖形上選擇添加趨勢線，把選擇類型設為線性同時設置選項顯示公式和顯示R2值，確定后見圖2。

圖2 百分表—荷載關系圖

4.6.3 EXCEL統計函數求校正系數

文檔里第2行輸入荷載(力值)，第1行輸入百分表讀數(變形)，選擇LINEST線性回歸，結果乘以10，同樣可以得到應力環的解。見圖3。

圖3 EXCEL統計函數求解圖

5 結語

以上介紹為平時在試驗過程中的一些總結和分析，還有很多方面的問題需要在以后進一步發現，總之，只有認真理解試驗方法，嚴格執行試驗規范，才能讓試驗結果接近實際。

［1］JTJ 051－93，公路土工試驗規程［S］.