专利名称：一种超粒径粗颗粒土最大干密度的测定方法
技术领域：
本发明属于岩土工程技术领域，尤其属于粗颗粒土的密度测定技术领域。
背景技术：
粗颗粒土在自然界分布广泛、储量丰富，并具有压实性能好、抗剪强度高、压缩变形小、透水性强、地震荷载作用下不易产生液化等优良的工程特性，因此在工程建设中得到了广泛应用。如用于铁路与公路路基、土石坝、人工筑岛及软基处理的砂石垫层等。该类土的填筑标准，有的采用压实度，有的采用相对密度，即使填筑后的土体密度，必须满足设计采用的某一压实度或某一相对密度的要求。无论采用何种标准，皆要首先测出最大干密度， 所以最大干密度在确定填筑控制标准和填筑质量中至关重要。若试验测得的最大干密度值较真实值偏低，会造成现场压实程度达不到实际要求的标准，使得土体的强度和抗变形能力不足而引起严重的后果，如使高速铁路路基发生过大的沉降变形，严重时可能造成路提的坍塌；若试验测得的最大干密度值较真实值偏高，则会提高碾压成本，造成不必要的浪费，甚至出现因达不到设计碾压密度要求而停工延期的情况。关于粗颗粒土最大干密度的测定方法，由于设备的限制只能测定最大粒径在某一粒径范围内的粗颗粒土，如《土工试验规程》(SL237-1999)允许的最大粒径为60mm、《公路土工试验规程》(JTGE40-2007)允许的最大粒径也为60mm、《铁路工程土工试验规程》 (TB10102-2004)允许的最大粒径只有40mm。然而天然存在的和用于工程上的粗颗粒土，最大粒径可达800mm以上，远超过室内试验允许的最大粒径，也就难以用室内试验成果为设计和施工确定压实指标和填筑控制标准，尤其面对我国高土石坝和高速铁路大量修建的今天，如何确定超径粗颗粒土的最大干密度，是急需解决的现实问题之一。已有公开的超粒径粗颗粒土的最大干密度测定方法中，一是直接采用大型振动台对超粒径粗颗粒土进行最大干密度的试验研究，但因振动台太大，参数和影响因素太复杂， 并未取到满意的结果，受到试验手段和试验条件的限制，难以推广使用。二是系列延伸法， 即利用现有常规试验设备条件，由小粒径系列模型资料得出粒径与最大干密度的关系，据以延伸出超粒径粗颗粒土的最大干密度。系列延伸法由于缺乏成熟的模型理论，无法估算缩尺效应的影响，延伸估计出的数据误差大，可靠性低。现行《铁路工程土工试验规程》(TB10102-2004)中还公开了一种试样中超粒径颗粒质量百分数在5 30%时的最大干密度校正方法，校正公式如式(A)所示。该方法的基本原理是采用相同质量超粒径颗粒实体体积Ps/Pa取代相同质量非超粒径颗粒取最大干密度时的体积Ps/P d _。采用该方法进行最大干密度校正时，有一条基本假设是认为超粒径颗粒与周围非超粒径颗粒之间形成的间隙大小与超粒径颗粒实体体积相比可忽略不计。 事实上，对于超粒径颗粒粒径与非超粒径颗粒粒径相差较小的情况，超粒径颗粒与周围非超粒径颗粒之间形成的间隙大小是不容忽略的，若仍采用该方法校正就会使得校正值大于真实值，从而形成较大的误差，该误差值还会随超粒径颗粒含量的增大而加大；当超粒径颗粒粒径与非超粒径颗粒粒径相差较大时，超粒径颗粒与周围非超粒径颗粒之间形成的间隙大小与超粒径颗粒实体体积相比较小，可忽略不计；极端情况下，若把水看作是非超粒径颗粒，往水中加入一定的土颗粒作为超粒径颗粒，这时采用该方法进行校正就是完全正确的。 由上述分析可以看出，粗颗粒土中有超粒径颗粒时，属于超粒径颗粒粒径与非超粒径颗粒粒径相差较小的情况，不能采用公式(A)所述的方法进行校正；而细粒土中有超粒径颗粒时，属于超粒径颗粒粒径与非超粒径颗粒粒径相差较大的情况，采用公式(A)所述的方法进行校正是合理的。水利和公路规范中也公开了采用该方法进行有超粒径的细颗粒土最大干密度校正。
权利要求
1. 一种超粒径粗颗粒土最大干密度的测定方法，其步骤依次是(1)颗粒粒径分组由筛分试验进行颗粒分组，将颗粒逐级过筛，每级筛上的颗粒为一组；每级筛的孔径与其相邻的下一级筛的孔径的比值为1 0. 5 0. 7，最下一级筛的孔径为0. 075mm ；将孔径小于且最接近最大干密度测定设备允许的最大颗粒粒径的一级筛作为分界筛， 分界筛及以上各级筛上的颗粒为超粒径颗粒，其余筛上的颗粒为非超粒径颗粒；(2)确定超粒径颗粒与非超粒径颗粒代表粒径根据超粒径颗粒中各颗粒组的质量占超粒径颗粒总质量的百分数，按质量加权平均计算出超粒径颗粒的代表粒径D D=E PiDi/ Σ Pi(1)式中下标i为超粒径颗粒组的序号，Pi为第i组超粒径颗粒占全部颗粒总质量的百分数(％ )讽为第i组超粒径颗粒的中值粒径(mm)；根据非超粒径颗粒中各颗粒组的质量占非超粒径颗粒总质量的百分数，按质量加权平均计算出非超粒径颗粒的代表粒径d d = Σ Pjdj/ Σ Pj(2)式中下标j为非超粒径颗粒组的序号，Pj为第j组非超粒径颗粒占全部颗粒总质量的百分数(％ ) ；dj为第j组非超粒径颗粒的中值粒径(mm)；(3)确定超粒径颗粒和非超粒径颗粒之间的间隙体积与超粒径颗粒实体体积的比值 V'(即超粒径颗粒孔隙比)挪+ 2、+ arcsin(—)(1 -k2)--V' =β-^-2_xl00%(3)k2 arcsin(-)k + \式中k = D/d ; β = 1. 87为空间修正系数；(4)对所有超粒径颗粒进行颗粒密度试验得到超粒径颗粒的毛体积密度Pa，对所有非超粒径颗粒进行最大干密度试验得到非超粒径颗粒的最大干密度P dmax ；(5)得出超粒径粗颗粒土的最大干密度Pd max :ο =_\__( 4 )“dmax λ — P PPd max Ρα式中PS =Σ Pi,为所有超粒径颗粒占全部颗粒总质量的百分数(％ )。
全文摘要
本发明公开了一种超粒径粗颗粒土最大干密度的测定方法。首先对试样进行颗粒粒径分组，然后按质量加权平均法分别计算超粒径和非超粒径颗粒组群的代表粒径；根据建立的两种粒径球体堆积的平面分析模型，并引入空间修正系数，确定超粒径颗粒和非超粒径颗粒之间的间隙体积与超粒径颗粒实体体积的比值，即超粒径颗粒孔隙比；结合超粒径颗粒的毛体积密度、超粒径颗粒的质量百分数以及剔除超粒径颗粒后试样的最大干密度，从而得到超粒径粗颗粒土的最大干密度。该方法原理明确、操作简便，测出的最大干密度更为准确，可为工程建设提供更加可靠的数据依据。
文档编号G01N9/36GK102183436SQ20111003835
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者万小全, 刘钢, 张良, 李 浩, 王冠, 罗强, 肖双松, 陈坚, 陈虎, 陶元洪 申请人:西南交通大学