最大干密度和最優(yōu)含水率的準(zhǔn)確性分析

陳松

摘 要：本篇文章基于土的擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的最大干密度和最優(yōu)含水率，為了確保這兩項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)在具體操作中確定擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和擊實(shí)方法。本篇文章基于此，首先進(jìn)行簡(jiǎn)要的擊實(shí)試驗(yàn)概述，然后分析影響擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)因素。希望本文的研究能夠?yàn)樽x者提供有益參考。

關(guān)鍵詞：擊實(shí)試驗(yàn)；最大干密度；最優(yōu)含水率

前言：常規(guī)土建工程中，填土的壓實(shí)度是路基質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于需要填土操作的工程來說，特別注意它的透水性和壓縮性。按照在這方面的國家相關(guān)規(guī)定，需要進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)以確定在工程中采用哪種碾壓方法、夯擊力度。在這項(xiàng)試驗(yàn)中，需要特別注意兩個(gè)參數(shù)，即最大干密度和最優(yōu)含水率，要保證它們的準(zhǔn)確性。

1擊實(shí)試驗(yàn)概述

在我國最為常用的擊實(shí)試驗(yàn)方法，主要有輕型和重型兩種，其中前者的試驗(yàn)主要用于水利工程，后者主要用于道路工程建設(shè)。試驗(yàn)方法參照我國《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、《土工試驗(yàn)規(guī)程》。

這種試驗(yàn)主要對(duì)土體進(jìn)行夯擊，以此打散原有的土體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)土粒重新排列，提高土體的壓實(shí)率，降低孔隙率，通過這樣的操作保障工程用土的穩(wěn)定性、承載力。含水率與干密度呈現(xiàn)一定關(guān)系，因此在試驗(yàn)中要注意擊實(shí)功能大小。此外，土體原本的干密度、試驗(yàn)方法也會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，為了避免在這過程中出現(xiàn)誤差，需要盡可能考慮各種影響因素，以此保證試驗(yàn)結(jié)果精確度。

2擊實(shí)試驗(yàn)準(zhǔn)備以及最大干密度和含水率因素分析

2.1擊實(shí)所需設(shè)備以及操作步驟

試驗(yàn)所需設(shè)備以及儀器的具體要求，如表1所示。

除了表1所示的設(shè)備之外，還有烘箱、噴水設(shè)備、碾土器、推土器、修土刀。關(guān)于土樣制備，要求其重量小于20kg，將土壤自然風(fēng)干或采用相關(guān)儀器進(jìn)行烘干處理后，采用孔徑5mm的篩拌勻，然后按照每份2.5kg一份的要求分成5份，估計(jì)這些土樣的最優(yōu)含水率，每一份含水率相差2%，以此為一組。按照上述步驟，由此得出一份最接近最優(yōu)含水率的土樣[1]。

關(guān)于試驗(yàn)的操作步驟，主要分為三步進(jìn)行：第一步，將土樣（600g～720g）裝入擊實(shí)筒內(nèi)進(jìn)行夯擊操作，要求在這個(gè)過程完成后，土樣高度仍大致相同，并且每層交接面刨毛。為了確保擊錘對(duì)土樣的力度均勻，保證較好的效果，因此這個(gè)環(huán)節(jié)采用電動(dòng)擊實(shí)儀，擊實(shí)操作后控制試樣高度低于6mm。第二步，使用修土刀刮去擊實(shí)筒內(nèi)的試樣，要盡可能地收集到測(cè)試土樣，并進(jìn)行稱量，最小精確到克的單位。第三步，取30～40g的土樣稱量其含水率。

2.2擊實(shí)功能因素以及含水率、最大干密度互相關(guān)系

上文提到，擊實(shí)功能越大那么最高干密度越大，含水率也越小。這是因?yàn)橥馏w經(jīng)過高強(qiáng)度的壓實(shí)作用下，造成其土粒間的阻力減小，完成土粒重新排列，由此減小其孔隙，增大密實(shí)度。

根據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)曲線，在保持一致?lián)魧?shí)功能的條件下，測(cè)試土樣在干密度隨含水率增加而增大，但是前者達(dá)到最大值后，再繼續(xù)增加土樣的含水率，非但不能提高干密度的數(shù)值，還會(huì)進(jìn)一步降低。此最大數(shù)值為最大干密度，對(duì)應(yīng)的含水率為最優(yōu)含水率[2]。

通過更進(jìn)一步的擊實(shí)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含水率偏低或偏高都會(huì)影響土體最大干密度、最優(yōu)含水率。當(dāng)土體含水率偏低，土體顆粒之間的阻力大，在壓實(shí)作用下不能很好地改變土粒結(jié)構(gòu)，也不利于其顆粒之間移動(dòng)。但是增大土的含水率，那么土粒水磨增厚，使得各個(gè)土顆粒之間移動(dòng)得到充分的潤滑，更容易完成壓實(shí)操作。當(dāng)土體含水率偏高，存在其中的空氣難以排出，再繼續(xù)添加土的水量，使其孔隙體積增大，進(jìn)一步降低土的干密度。對(duì)于最優(yōu)含水率估算，要考慮各種類型的土壤，其中粘性較大的土壤含水率較高，而砂性土壤的含水率相對(duì)較低，就土的最大干密度來看，砂性土壤最接近[3]。

2.2余土高度以及干法、濕法因素

在擊實(shí)試驗(yàn)中，部分用于測(cè)試的土樣會(huì)高于或低于擊實(shí)筒頂?shù)母叨龋ǔＷ罾硐氲臓顟B(tài)是擊實(shí)筒高度與土樣高度一致。為了表明測(cè)試土樣不同高度，所呈現(xiàn)的最大干密度和最優(yōu)含水率關(guān)系，會(huì)采取數(shù)據(jù)曲線的方式表示。當(dāng)土樣高度與擊實(shí)設(shè)備保持一致，那么呈現(xiàn)的就是一條等功能擊實(shí)曲線；若是土樣偏高，呈現(xiàn)的擊實(shí)曲線則是干密度與含水率非等功能。所以需要在擊實(shí)試驗(yàn)中控制余土高度。不同余土高度（單位：mm）對(duì)測(cè)試土樣的干密度（單位：g/cm3）影響，如表2所示。

從表2得知，當(dāng)余土偏高（大于6mm）時(shí)，測(cè)試土樣的干密度才能控制在允許誤差范圍，因此為了最大限度保證擊實(shí)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，要避免余土高度大于6mm。

不同的土樣制備方法，也會(huì)影響測(cè)試土樣干密度的試驗(yàn)結(jié)果。以粘土為例，采用烘干處理的土樣，對(duì)最大干密度影響最大，風(fēng)干土次之，天然土最次。鑒于此，需要采用烘干土作為測(cè)試土樣，以此保障擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。

結(jié)論：綜合上述，通過擊實(shí)試驗(yàn)中可以得知工程填土的最大干密度和最優(yōu)含水率，以此確保工程的質(zhì)量。基于這個(gè)要求，本文分析了影響擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)因素，主要有擊實(shí)功能、余土高度以及土樣制備三種因素。在試驗(yàn)過程中要充分考慮各項(xiàng)影響因素，以此保證最大干密度和最優(yōu)含水率準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)建平，林盛吉.基于不同壓實(shí)功下的套井回填最大干密度及最優(yōu)含水率換算研究[J].浙江水利科技，2016，44（04）：53-56.

[2]彭永凱.Excel中用Newton迭代法求解土的最優(yōu)含水率和最大干密度的方法[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，23（06）：67-68.

[3]曹仁良.淺議最大干密度和最優(yōu)含水量的確定及其影響因素[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（33）：117-118.

（作者單位：湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）