专利名称：风积沙最大干密度的试验方法
技术领域：
本发明属于基础工程和岩土工程路基技术领域，涉及ー种风积沙最大干密度的试验方法。此方法确定的风积沙最大干密度值，用于衡量风积沙在天然含水量状态下或洒水状态下机械分层碾压的压实情況。
背景技术：
风积沙作为路基填料，其路基的压实与一般粘土路基一祥同等重要，最大干密度确定的是否合理对于在相同压实机械、压实遍数压实的风积沙来说，所得压实程度不同，影响工程技术人员对其压实效果的判断。风积沙最大干密度试验方法不同所得到的风积沙最大干密度值也不同，也较大的影响了压实度的检测结果。若确定的最大干密度值偏大，施工中在一定机械组合情况下压实度难以达到规定的压实标准，一方面造成大量机械台班和人力、物力的浪费，另一方面，所得到的压实度值表面上偏小，达不到规范规定值，监理人员、建设单位管理人员心理不踏实，非常担心在不满足规范规定压实度条件下，能否保证路基稳定，在使用过程中能否保证不出现路基病害，给正常建设管理、工程验收工作带来许多不便；若最大干密度值确定的偏小，利用较小的压实功就可达到要求的压实标准，给工程管理工作也会带来许多麻烦，甚至在道路正常运营过程中出现路基下沉、路面开裂、松散等病害，直接影响到道路的养护质量和服务水平。在路基施工过程中，利用推土机运送和摊平过程中，相当于用推土机进行了稳压，用标准击实法所确定的最大干密度值来衡量压实度，一般可达到90 %左右，甚至更高，对于压实标准较低的低等级公路来说已达到规定值，显然，路基并没有压实，这种压实只是表面现象。另ー方面，如果利用压路机分层压实，压实度大于100%的点数偏多，也说明压实标准偏低。因而，合理的确定风积沙最大干密度值对于沙漠公路来讲至关重要，也是非常必要的。按照目前交通部颁布的《公路土工试验规程》提供的确定路基填料最大干密度值的试验方法，可分为标准击实法、振动台法、表面振动仪法等三种试验方法，其中标准击实法较为常用，也较为普遍，具有广泛的实用性，其操作方法具有简单、快速的特点。对于无粘结性材料可用振动台法和表面振动仪确定填料的最大干密度值，但国内还没有较为成熟、性能稳定、符合技术要求的仪器，这给实际施工、科研等造成许多不便。參照目前《公路土工试验规程》规定的试验方法和试验研究思路，对确定风积沙最大干密度的试验仪器进行了比较和分析，每种试验方法均有各自特点。风积沙在正常情况下呈松散无粘结性，采用标准击实试验 在含水量较小或完全干燥时，击实容易震起风积沙，同时将表面振松，有时反而愈击愈松；当含水量较大时，锤击时风积沙四处飞溅，有时还会粘附在击锤上，造成击实功的浪费，因而，采用标准重型击实法确定风积沙最大干密度的准确性有必要深入研究
发明内容
本发明的目的弥补现有技术的不足，提供ー种风积沙最大干密度的试验方法，本方法结合现有技术中在沙漠地区相关课题所取得的研究成果，风积沙在振动状态下可得到相对较大的干密度值，为了更深入了解振动时各个影响因素对干密度值的影响，采用了表面振动压实仪进行对比试验，同时采用可以调幅、调频的振动台进行试验研究，总结其不同振动条件下风积沙密度的变化规律，进而推荐出与エ地现场所获试验结果相对应的风积沙最大干密度值室内确定方法，在此基础上，确定了试验仪器和试验方法，为指导和进ー步研究压实标准、施工エ艺创造了条件。
其技术方案为ー种风积沙最大干密度的试验方法，包括以下步骤I)取沙样经过筛后，筛孔为2mm，将试样在105 110°C下烘干后备用，其烘干时间不少于6h ；2)将振动台固定于砼基础上；3)将试模固定于振动台上；4)填料填料采用三次填料，最后一次填料将风积沙填满试筒并高出试筒约2_3cm ；5)振动将配重垫块放于沙样上，启动振动台，振动时间分为l、2、3、4、6、8min ；6)刮平按拟定的不同时间振动结束后，取掉5cm高的活动套筒，采用刮刀、平直尺沿试筒上沿ロ刮平；7)称重用毛刷将试模外缘及底板周围风积沙刷干净，用台称称取试筒风积沙及底板重量，并称取试筒和底板自重计算出风积沙干重；8)干密度计算干密度计算时按下列公式干密度(g/cm3)=风积沙重量(g)/体积(cm3)9)绘制振动曲线以干密度为纵坐标，以振动时间为横坐标绘制出干密度与振动时间关系曲线，曲线上的峰值点为最大干密度和最佳振动时间。上述试验方法中，步骤2)中所述的振动台外型尺寸50 X 50cm，振动频率2860次/min,振幅大于0. 4mm或振动台的加速度大于4g,最大载重75kg。上述试验方法中，步骤3)中所述的试模主要包括试筒、套筒、底板，试筒内直径15. 2cm,高度17cm，套筒内径与试筒相同，高5cm，套筒与试筒应配套一致，且与试筒紧密固定后内壁成直线连接，底板为标准击实筒所配置的底板。上述试验方法中，步骤5)中所述配重垫块直径为15. Icm0上述试验方法中，步骤6)中刮平时刮平刀方向应相互垂直。上述试验方法中，步骤7)中也可将风积沙倒出后直接称取风积沙重量。上述试验方法中，步骤9)中如果曲线不能绘出明显的峰值点时应进行补点或重作。本发明风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，所述试验应以三次平行试验结果的平均值作为风积沙在干振条件下的最大干密度值，若三次平行试验所得最大干密度值相差大于0. 03g/cm3，应重做，以便能够保证试验结果的准确性。与现有技术相比，本发明的有益效果为现有《公路土工试验规程》确定路基填料最大干密度的方法主要有标准击实法、振动台法、表面振动法。其中标准击实法主要适用于粒径小于O. 074mm颗粒的含量大于75%的填料，且最大粒径不大于25mm ;振动台法适用于通过O. 074mm标准筛的干颗粒质量分数不大于15%的无粘性自由排水粗颗粒和巨粒土。对于粒径主要集中在O. 074 2_之间的风积沙，采用标准击实法试验时，击实容易震起风积沙，同时将表面振松，当含水量增加时，锤击风积沙四处飞溅，有时还会粘附在击锤上，造成击实功的浪费。采用《公路土工试验规程》中振 动台法开展风积沙最大干密度时，国内还没有性能稳定、符合技术要求的仪器，且试验步骤及技术要求不明确，得出的风积沙最大干密度值不稳定。现场路基压实质量评定时，缺乏合理有效的依据。对于路基压实的控制指标采用压实度，其定义为エ地实测干密度与室内标准试验确定的最大干密度之比。因此最大干密度值的大小直接决定着现场的压实质量是否符合施エ技术规范的要求。课题组结合以往的研究成果，加工和订购了可以调幅、调频的振动台进行试验研究，开展了振幅、振频、含水量、振动时间、表面压カ及填料方式等因素下风积沙振动试验，总结了不同振动条件下风积沙干密度密度的变化规律，进而推荐出与エ地现场所获试验结果相对应的风积沙最大干密度值室内确定方法，在此基础上，确定了试验仪器和试验方法，为指导和进ー步研究压实标准、施工エ艺创造了条件。本发明所述方法在技术上的改进及其优点如下(I)试验通过对不同级配风积沙开展研究，得出了不同级配风积沙最大干密度确定方法。其中粒径小于O. 074mm颗粒的含量大于23%时，风积沙的最大干密度应采用标准击实法来确定；粒径小干O. 074mm颗粒的含量小于23%吋，风积沙的最大干密度应采用底部振动法来确定。(2)底部振动试验，风积沙填料按三层方式填料。三层填料吋，风积沙干密度明显大于ー层填料。(3)以含水量为零时确定的最大干密度作为风积沙路基现场压实质量评定的标准，即干振法确定风积沙最大干密度。风积沙路基一般处于相对比较干旱、炎热地区，路基风积沙路基施工吋，含水量比较低，接近于零，因此，用干振法确定出的风积沙最大干密度来评定路基质量比较符合实际。(4)试筒采用标准击实筒，可以有效利用生产单位已有的仪器设备。(5)振动过程中配重块产生的表面単位压カ为4KPa，低于《公路土工试验规程》中13. 8KPa。配重块质量降低后，对振动台的加速度要求相应降低。(6)根据振幅、频率振动试验結果，建立了振幅、频率与加速度之间的关系，降低了试筒和配重块质量，采用小型振动台即可开展风积沙的最大干密度试验，生产单位普遍已经采购该型号振动台用于混凝土的振动压实，因此无需重新进行购置。
图I是不同含水量、振幅O. 2mm风积沙振动压实曲线；图2是不同含水量、振幅O. 2mm风积沙振动压实曲线；图3是干砂在不同表面重量下振动压实结果曲线；图4是不同填料方式风积沙干密度曲线；图5是不同表面单位压力振动曲线；
图6风积沙干密度与小于0. 074mm颗粒含量的关系曲线。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进ー步详细地说明。根据风积沙无粘结性的特点，在调研基础上，结合我所以前承担交通部“无砂石料地区公路修筑技术研究”课题所得研究成果，研究表明，风积沙在振动情况下也可得到最大干密度值，參照目前交通部颁布的《公路土工试验规程》无粘结性材料最大干密度的确定方法，课题研究吋，拟定采用振动法对风积沙在不同试验状态下进行对比试验，总结并分析各种影响因素对干密度的影响规律，试验时分底部振动法，表面振动压实两种振动试验方法分别进行。采用振动台法确定风积沙干密度时，干密度受到振动台本身机械性能(振幅、频率等)和风积沙级配、含水量的影响，因此影响干密度的因素较多，主要有风积沙的级配、含水量、振动台的振动频率、振幅大小以及振动加速度，同时，表面单位压力、振动时间对振动压实效果也有影响，它们在振动试验过程中所起的作用不同。风积沙沙样级配决定了其内部可供填充空隙的大小；含水量可改变风积沙颗粒间的附着力和粘聚力；振动频率和振幅分别影响了沙样颗粒移动速度和位移的大小，同时也影响振动机械的激振力，进ー步改变剪应力的大小；表面单位压力的大小决定了作用于沙样表面的压カ；振动时间的长短确定了压实功的大小。因而，沙样级配、含水量、表面单位压力、振动频率、振幅和振动时间都能影响沙样最終的密度。考虑六种影响因素作交叉振动试验，试验量无疑是非常巨大的。所以必须寻找风积沙沙样在各个影响因素下干密度的变化规律，使试验量減少而且分析出风积沙的振动压实特性，为此选择了两台不同配置的振动台和附属设备，试验时将击实筒锁定在振动台台面上，沙样装在击实筒中，沙样表面单位压力由放于其上的铸铁垫块产生，整个装置随振动台面一起振动，沙样逐渐密实。通过改变沙样级配、含水量、表面静压力、振动频率、振幅和振动时间的数值，得出不同情况下风积沙的振动压实规律。试验仪器小型振动台振动台振动频率10 50Hz可调，由400W交流电机提供动カ。通过电机带动载有偏心垫块的从动轴转动，以此产生激振力,推动台面形成振动。台面与底座之间以四个刚性弹簧连接。附属设备包括直径15cm击实筒(试筒直径15. 2cm、高14. 3cm、容积2592cm3) ー个；直径与击实筒内径相同、能于沙样表面产生1、4、7、13. 8KPa表面静压カ的
铸铁压块一組。振动台为国营西北机器厂生产的IOOKg机械振动台，最大荷载IOOKg ;频率范围5-60Hz ;最大位移值(振幅)空载5mm、满载2. 5mm ;最大加速度幅值满载10g。设备为机械式振动试验台，激振カ是由偏心质量旋转所产生的离心力，最大激振カ2330kg，台面由四组激振器推动，通过调整四组激振器的初相位，可使台面在无强迫导向的情况下实现水平和垂直振动。其整个活动系统置于四个连同的空气弹簧上，组成ー典型的单自由度振动系统。传动部分是由交流电机经皮带轮升速，由齿轮箱将动カ分配给四组激振器。振幅决定于四组激振器的偏心距，偏心距的大小通过液压系统来调整。附属设备同小型振动台。表面振动仪为BYZ-I型表面振动仪，振动频率47. 5 50Hz，激振カ3KN，振动加速度3.5g左右。击实筒直径280mm,高230_。
试验材料风积沙沙样同重型标准击实试验，即沙样级配为O. 3 O. 15mm、0. 15 O. 074mm、小于O. 074mm的质量百分含量分别为45. 1%A6. 79%,9. 11 %，沙样来源于榆靖沙漠高速公路。底部振动在风积沙的底部振动试验过程中，最大干密度试验结果受振幅、频率、含水量、填料方式、表面单位压力等方面的因素影响较大，为此，针对不同的影响因素分别进行试验。振动时间对干密度的影响试验时应用小型振动台采用一次填料,单位表面压カI. 84KPa,振幅O. 2mm,试验结果见表I。表I干沙在不同频率及不同振动时间下的干密度试验结果表(単位g/cm3)
权利要求
1.一种风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，包括以下步骤 1)I)取沙样经过筛后，筛孔为2mm，将试样在105 110°C下烘干后备用，其烘干时间不少于6h ； 2)将振动台固定于砼基础上； 3)将试模固定于振动台上； 4)填料填料采用三次填料,最后一次填料将风积沙填满试筒并高出试筒约2-3cm； 5)振动将配重垫块放于沙样上，启动振动台，振动时间分为l、2、3、4、6、8min； 6)刮平按拟定的不同时间振动结束后，取掉5cm高的活动套筒，采用刮刀、平直尺沿试筒上沿口刮平； 7)称重用毛刷将试模外缘及底板周围风积沙刷干净，用台称称取试筒风积沙及底板重量，并称取试筒和底板自重计算出风积沙干重； 8)干密度计算干密度计算时按下列公式 干密度(g/cm3)=风积沙重量(g)/体积(cm3) 9)绘制振动曲线以干密度为纵坐标，以振动时间为横坐标绘制出干密度与振动时间关系曲线，曲线上的峰值点为最大干密度和最佳振动时间。
2.根据权利要求I所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，步骤2)中所述的振动台外型尺寸50 X 50cm,振动频率2860次/min,振幅大于O. 4mm或振动台的加速度大于4g,最大载重75kg。
3.根据权利要求I所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，步骤3)中所述的试模主要包括试筒、套筒、底板，试筒内直径15. 2cm，高度17cm，套筒内径与试筒相同，高5cm，套筒与试筒应配套一致，且与试筒紧密固定后内壁成直线连接，底板为标准击实筒所配置的底板。
4.根据权利要求I所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，步骤5)中所述配重垫块直径为15. 1cm。
5.根据权利要求I所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，步骤6)中刮平时刮平刀方向应相互垂直。
6.根据权利要求I所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，步骤7)中也可将风积沙倒出后直接称取风积沙重量。
7.根据权利要求I所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，步骤9)中如果曲线不能绘出明显的峰值点时应进行补点或重作。
8.根据权利要求1-7任一项所述的风积沙最大干密度的试验方法，其特征在于，所述试验应以三次平行试验结果的平均值作为风积沙在干振条件下的最大干密度值，若三次平行试验所得最大干密度值相差大于O. 03g/cm3，应重做。
全文摘要
本发明公开了一种风积沙最大干密度的试验方法，包括以下步骤1)取沙样经过筛后，将试样烘干后备用；2)将振动台固定于砼基础上；3)将试模固定于振动台上；4)填料；5)振动；6)刮平；7)称重；8)干密度计算；9)绘制振动曲线。本发明操作简便，准确度高，适用于基础工程和岩土工程路基技术领域。
文档编号G01N9/36GK102621038SQ201210048590
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者周志军, 张保材, 王修山, 王毅, 石雄伟, 穆国兵, 耿楠, 袁卓亚 申请人:长安大学