粗粒土性質試驗研究

摘 要：粗粒土是水利工程中常用的筑壩材料，本次試驗通過兩種不同級配的土料固結試驗來研究粗粒土的性質。

關鍵詞：粗粒土；顆粒級配；固結試驗

1 粗粒土定義

粗粒土[1][2]是指粒徑0.1mm～60mm的顆粒含量（質量比）大于50%的土石混合料。粗粒土在自然界分布廣泛、儲量豐富，并具有壓實性能好、透水性強、抗剪強度高、地震荷載作用下不易產生液化等優良工程特性，因此在工程建設中得到廣泛應用。如用于建筑高土石壩、高速鐵路路基、橋梁墩臺、人工筑島及處理軟弱地基的砂石墊層等。

2 粒土級配

本次試驗采用粗粒料進行試驗研究，下面將詳細介紹各粗粒料的級配情況。

試驗由混合料和堆石料摻合而成。試樣按土料與礫石質量6：4配制，按要求配合后的粗粒料的顆粒級配見表1。

表1 摻和料的級配

3 粗粒土側限固結試驗

本試驗的目的是測定粗粒土變形和壓力（或孔隙比與壓力）、變形與時間的關系，從而繪出e～p和e～lgp曲線，以便計算土的壓縮系數、壓縮指數、體積壓縮系數等參數。

試樣直徑500mm，高度300mm，采用擊實制樣，按要求控制干密度？籽d=2.1g/cm3，試驗固結荷重等級分別為：50，100，200，400，800，16

00，2400，3200kPa。

4 試驗成果分析

眾所周知，土的壓縮性是指土體在壓力作用下體積變小的性能。通過對粗粒料在側限條件下的固結變形數據整理，得到e～p（見圖1）、e～lgp（見圖2）和Es～p曲線（見圖3）。

圖1 土料固結試驗e～p曲線

壓縮系數av是表征土壓縮性的重要指標之一。e～p曲線越陡，av就越大，則土的壓縮性越高。反之，e～p曲線愈平緩，av就愈小，則土的壓縮性愈低。但是，由于e～p曲線不是直線，因此，即使是同一種土，其壓縮系數不是一個常量。其值取決于所取的壓力增量及壓力增量的起始值的大小。它隨著起始值的增加及壓力增量的增加而減小。該試驗中av100-200為0.025MPa-1<0.1MPa-1，所以這種土均屬低壓縮性土，e～p曲線為一條隨著試驗荷載p增大斜率依次減小的遞減曲線，即隨壓力的逐漸升高，壓縮系數相應降低。說明堆石體在壓力作用下，克服顆粒間點接觸摩擦力，顆粒產生破碎、位移，發生重新排列，細顆粒充填于粗顆粒間的孔隙，使粗顆粒的骨架作用減弱，堆石體密實度增加。

從圖2中可以看到：壓縮指數Cc也是反映土的壓縮性高低的一個指標。Cc越大，e～lgp曲線越陡，土的壓縮性就高。反之，Cc愈小，e～lgp曲線愈平緩，土的壓縮性就愈低。由試驗可得粗粒土曲線的斜率分別為：0.011和0.042。

從圖3中可以看到：粗粒土的壓縮模量與垂直壓力的關系總的趨勢是隨壓力的增加而增大，但增加的梯度不一定相同。這是因為試驗過程中在豎向壓力作用下，顆粒產生破碎或位置產生位移所致。因此在工程中必須嚴格控制粗、細顆粒的含量，同時還要考慮到碾壓施土過程中顆粒發生破碎，相應的適當增加粗顆粒的含量，減小細顆粒的含量，使施土后的堆石體級配符合設計級配曲線。

5 結束語

通過粗粒土固結試驗研究了粗粒土的強度變形特性，得到了如下一些結論：

粗粒土側限固結試驗結果表明粗粒土均屬低壓縮性土，在試驗過程中粗粒土孔隙比隨壓力的增加而減小，即隨壓力的逐漸升高，壓縮系數相應降低，壓縮指數相應的增大，壓縮模量總的趨勢是隨壓力的增加而增大。

參考文獻

[1]郭慶國.粗粒土的工程特性及應用[M].鄭州：黃河水利出版社，1998，08.

[2]郭慶國.粗粒土的抗剪強度特性及其參數[A].中國土木工程學會第六屆土力學及基礎工程學術會議論文集[C].同濟大學出版社與中國建筑工業出版社，1991，29-36.

作者簡介：趙寶平（1981，5-），男，籍貫：內蒙古，工作單位：廣州市水務科學研究所，工程師，研究方向：巖土工程。