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土的压实

2020-04-09 21:01

用机械方法使土粒在短暂重复荷载作用下挤紧、密度增大的过程。对于黏性土,压实意味着土在含水率几乎不变的情况下,气体含量减到最小或饱和度增加到最大。压实的目的是为了提高土的抗剪强度及承载力,减小土的压缩性,降低土的渗透性。1933年,美国R.R.普罗克特阐明了土的压实的基本原理:①土在压实过程中的干密度与含水率存在一定关系。②土在一定压实功能下有一最优含水率(wop),其相应的干密度称为最大干密度(ρdm)。压实机具随土的性质而异,有碾压、夯击和振动机具等。对土的压实研究,通常通过室内击实试验、相对密度试验和现场碾压试验来进行。土的压实分为黏性土的压实和无黏性土的压实两类。

黏性土的压实

黏性土的压实常用室内标准击实试验来研究(参见土的击实试验)。压实的影响因素很复杂,它与土的类型、结构、组成、含水率、毛细管压力和有效应力等有关。某种土的压实程度以干密度(ρd)表示,它的大小与土的含水率、土体承受的压实功能大小有关,其干密度与含水率的关系曲线称为击实曲线(见图)。土的压实质量一般以压实度表示,压实度是指填土压实控制的干密度相应于试验室标准击实试验所得最大干密度的百分率。

干密度—含水率关系曲线

土的压实机理有多种解释,R.R.普罗克特的水膜润滑理论认为:黏性土在低含水率时,土颗粒周围水膜薄,表面张力形成的毛管压力大,土粒间摩阻力高,相互位移困难,故压实干密度低,呈絮凝结构,见图中a点。逐渐增加含水率,水膜变厚,水膜的润滑作用逐渐增大,表面摩阻力随之减小,压实干密度增大。当含水率增到某一值时,干密度达最大。如再增加含水率,由于土中的自由水增多,抵消了部分击实功,压实干密度反而降低,并呈分散结构,见图中b点。

压实方式也会影响黏性土的压实特性,西特(H.B.Seed)等人的研究结果表明:压实方式对黏性土强度有显著影响,对于压实至同一干密度的同一种土,其强度可能相差数倍。所以,室内制备试样要尽量模拟现场施工情况。工程施工时多用平碾、羊脚碾、汽胎碾等进行。

无黏性土的压实

无黏性土主要指砂土和碎石类土,其压实通常采用室内相对密度试验来研究。此类土的压实性主要取决于颗粒粒径和颗粒级配,良好级配的土可以达到较大的密度。一般当土中大于5 mm颗粒的含量为60%~70%时,干密度最大。其含水率大小的影响不同于黏性土,主要与土颗粒的粒径大小、形状等有关。对于冲积砂,饱和含水或完全干燥情况下的干密度最大,潮湿情况下的干密度最小。坚质、纯净、级配良好的砂卵石加水压实的效果不明显;尖角状的堆石料加水可提高压实密度,减小后期的湿化变形。

在静力条件下,无黏性土颗粒之间的摩擦力比颗粒的重力大得多,结构不易破坏,不易压实。在动力条件下,土颗粒处于摇动或飘浮状态,土的结构强度极易丧失,土颗粒得以重新排列成为比较密实、稳定的结构,故无黏性土的压实以利用振动机具最为有效,如在现场常用振动碾,在室内用振动击实仪和振动台。

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