一种采用干密度评价砂土湿陷性的方法与流程

1.本发明属于土工测试领域，尤其是涉及一种采用干密度评价砂土湿陷性的方法。


背景技术：

2.目前，针对水敏性土的湿陷性测试方法，在《湿陷性黄土地区建筑标准》（gb 50025-2018）规定了详细的测定湿陷系数的室内试验方法和现场载荷试验方法，此两种方法，仅针对风积黄土、冲洪积黄土等粉粒黏粒含量大的黏性土粉土有较好的适用性，但是针对砂土目前未有明确的规定或者评价标准；在《岩土工程勘察规范》（gb 50021-2001）（2009版）中，针对湿陷性砂土，规定了采用按浸水载荷试验测取砂土的湿陷系数，而没有相应的室内试验方法。
3.以上两种方法，在评价砂土的湿陷性时，结合国内外的有关试验，往往出现不一致情况，主要表现为室内试验和现场浸水载荷试验成果出入大，导致对砂土湿陷性的评价时出现相反的结论。出现上述差距的主要原因可能有两方面：一是在进行浸水平板载荷试验过程中，砂土在浸水饱和后强度下降，在200kpa压力下载荷板下的砂土不仅有孔隙比减少而产生的变形，还有因被侧向挤出而产生的变形；二是载荷板下砂土的应力状态与环刀内砂土的应力状态完全不同，受压缩的土层厚度是不明确的，《岩土工程勘察规范》（gb50021-2001）（2009版）按1.5倍的载荷板宽度假定受压缩土层的厚度，相应的判定是否湿陷的界限值为0.015
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1.5=0.023（小数点第三位后四舍五入），但这种假定在实际试验中未必是符合客观实际的。
4.另外，由于砂土的颗粒组成、沉积环境等与黄土差别较大，在实际岩土工程勘察中，对砂土的现场取样、室内制样及现场浸水载荷试验存在一些困难，主要困难有：1）当砂土的含水量较低时（一般小于5%），很难采取到不扰动土试样；2）室内制样（制作环刀试样）的成功率较低，试样容易碎裂且很容易从环刀内脱出；3）砂土环刀试样在浸水后偶有少量细颗粒土从透水石与环刀的缝隙流出，这可能是导致室内试验测得湿陷系数不够准确的原因之一。
5.由于以上室内试验和现场浸水载荷各自存在的问题，为克服砂土湿陷性评价的困难，本发明提供一种采用干密度评价砂土湿陷性的方法，通过本发明一方面可以测算砂土的湿陷系数或最大湿陷系数；另一方面，当试验测得的湿陷系数大于或接近于上述最大湿陷系数时，可以检查试验结果是否正确。通过本发明提供的方法，可以弥补目前规范的不足，对评价砂土湿陷性具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种采用干密度评价砂土湿陷性的方法，可以计算出砂土湿陷系数。
7.为解决上述问题，本发明提供了一种采用干密度评价砂土湿陷性的方法，包括如下步骤：测量砂土天然密度；测量砂土天然含水率；通过所述砂土天然密度和所述砂土天然
含水率计算砂土天然干密度；若能获取原状土样，则计算一定压力下的压缩干密度和该压力下的浸水压缩干密度，并计算砂土湿陷系数；若不能获取原状土样，则计算一定压力下的浸水压缩干密度，并计算湿陷系数；将计算的所述砂土湿陷系数与试验测得的所述砂土湿陷系数进行比较，以检查试验结果是否正确。
8.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中所述砂土天然干密度计算公式如下：其中，为天然密度，为砂土的天然含水率。
9.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中若能获取原状土样时，则测量砂土天然密度采用环刀法；所述环刀法中所述砂土天然密度计算公式如下：其中，为试样质量，为试样体积。
10.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中所述一定压力下的压缩干密度计算公式如下：其中，为土的天然干密度，为土的压缩干密度，为环刀高度，为土样在一定压力作用下的压缩变形量；所述该压力下的浸水压缩干密度计算公式如下：其中，为浸水压缩干密度，为土样在一定压力作用下浸水稳定后的总变形量。
11.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中所述湿陷系数的计算公式为：。
12.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中若不能获取原状土样时，则测量砂土天然密度采用灌砂法或灌水法；所述灌砂法中所述砂土天然密度计算公式如下：其中，为量砂容器加原有量砂质量，为量砂容器加原第1次剩余量砂质量，为从套环中取出的量砂质量，为试样容器加试样质量，为量砂容器加第2次剩余砂质量，为试样容器质量；为试坑内灌砂时量砂的平均密度，为挖试坑前，往套环内灌砂时量砂的平均密度。
13.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中若不能获取原状土样时，则测量砂土天然密度采用灌水法；所述灌水法中所述砂土天然密度计算公式如下：
其中，为试样质量，为试坑体积。
14.进一步地，上述采用干密度评价砂土湿陷性的方法中所述最大湿陷系数的计算公式为：。
15.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：一方面可以测算砂土的湿陷系数或最大湿陷系数；另一方面，当试验测得的湿陷系数大于或接近于上述最大湿陷系数时，可以检查试验结果是否正确。通过本发明提供的方法，可以弥补目前规范的不足，对评价砂土地区湿陷性具有重要意义。
附图说明
16.图1是本发明所示实施例流程图；
17.图2是本发明所示实施例中有套环灌砂法示意图；图3是本发明所示实施例中灌水法示意图；图4是本发明所示实施例中蜡封法示意图。附图标记：11：漏斗；12：漏斗架；13：防风筒；14：套环；21：塑料薄膜；22：参考水平面；23：钢套环；31：盛水杯；32：蜡封试样；33：细线；34：砝码。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
19.下面结合附图，对本发明所示实施例进行说明。
20.参考图1，本实施例具体包括如下步骤：先测量砂土天然密度，再测量砂土天然含水率。砂土天然密度测量可以通过环刀法、现场灌水法或灌砂法。
21.参考图2，灌砂法具体步骤为：选定一块面积为40cm
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40cm具有代表性的场地，将场地铲平，称盛量砂的容器加量砂质量，按图2所示，将仪器放在整平的地面上，用固定器将套环固定。开漏斗阀，将量砂经漏斗灌入套环内，待套环灌满后，拿掉漏斗、漏斗架及防风简，无风可不用防风筒，用直尺刮平套环上砂面，使与套环边缘齐平。将刮下的量砂细心倒回量砂容器，不得丢失。称量砂容器加第1次剩余量砂质量。将套环内的量砂取出，称量，倒回量砂容器内。环内量砂允许有少部分仍留在环内。在套环内挖试坑，挖坑时要特别小心，将已松动的试样全部取出。放入盛试样的容器内，将盖盖好，称容器加试样质量，并取代表性试样，测定含水率。在套环上重新装上防风筒、漏斗架及漏斗。将量砂经漏斗灌入试坑内，量砂下落速度应大致相等，直至灌满套环。取掉漏斗、漏斗架及防风筒，用直尺刮平套环上的砂面，使与套环边缘齐平。刮下的量砂全部倒回量砂容器内，不得丢失。称量砂容器加第二次剩余量砂质量。
22.天然密度计算公式如下：
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（1）干密度计算公式如下：
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（2）其中，为天然密度（g/cm3），为量砂容器加原有量砂质量（g），为量砂容器加原第1次剩余量砂质量（g），为从套环中取出的量砂质量（g），为试样容器加试样质量（包括少量遗留砂质量）（g），为量砂容器加第2次剩余砂质量（g）,为试样容器质量（g），为试坑内灌砂时量砂的平均密度（g/cm3），为挖试坑前，往套环内灌砂时量砂的平均密度（g/cm3），为砂土的天然含水率。
23.除了灌砂法，还可以通过灌水法进行测量，参考图3，将测点处的地面整平，并用水准尺检查；选定具有代表性的一块面积约40cm
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40cm的场地并将地面铲平，按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求的深度。将坑内的试样装入盛土容器内，称试样质量，取有代表性的试样测定砂土的天然含水率；试坑挖好后，放上相应尺寸的套环，并用水准尺找平，将大于试坑容积的塑料薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴；记录储水筒内初始水位高度，拧开储水筒内的注水开关，将水缓慢注入塑料薄膜中。当水面接近套环上边缘时，将水流调小，直至水面与套环上边缘齐平时关注水开关，不应使套环内的水溢出；持续3min~5min，记录储水筒内水位高度。
24.试坑体积计算公式为：
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（3）其中，为试坑体积（cm3）,为储水筒内初始水位高度（cm）,为储水筒水终了时水位高度（cm），为套环体积（cm3），为套环体积储水筒断面积（cm2）。
25.天然密度计算公式如下：
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（4）其中，为试样质量（g），为试坑体积（cm3）。
26.还可以采用蜡封法测定不规则原状试样的密度，参考图4，切取约30cm3的试样。削去松浮表土及尖锐棱角后，系于细线上称量，准确至0.01g，取代表性试样测定砂土的天然含水率；持线将试样徐徐浸入刚过熔点的蜡中，待全部沉浸后，立即将试样提出。检查涂在试样四周的蜡中有无气泡存在。当有气泡时，应用热针刺破，并涂平孔口。冷却后称蜡封试样质量，准确至0.1g；用线将试样吊在天平一端，并使试样浸没于纯水中称量，准确至0.1g。测记纯水的温度；取出试样，擦干蜡表面的水分，用天平称量蜡封试样，准确至0.1g。当试样质量增加时，应另取试样重做试验。
27.蜡封法天然密度计算公式如下：
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（5）其中，为试样质量（g），为试样加蜡质量（g），为试样加蜡在水中质量（g），为纯水在t
º
c时的密度（g/cm3），为蜡的密度（g/cm3）。
28.还可以采用环刀法，按工程需要取原状土试样或制备所需状态的扰动土试样，整
平其两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在试样上；用切土刀（或钢丝锯）将土样削成略大于环刀直径的土柱。然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀为止。将两端余土削去修平，取剩余的代表性土样测定砂土的天然含水率；擦净环刀外壁称量，准确至0.1g。
29.环刀法天然密度计算公式如下：
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（6）其中，为试样质量（g），为试样体积（cm3）。
30.在完成砂土天然密度测量步骤和砂土天然含水率测量步骤后，便可以计算砂土天然干密度，计算公式如下：
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（7）其中，为砂土的天然含水率。
31.接下来，如果能取得原状土样，则进行常规压缩试验。在一定压力（通常为200kpa,可表示为
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200
）下变形稳定后砂土能够达到的干密度。压缩干密度除了与压力有关外，与砂土的含水量有很大的关系。
32.若采用环刀法，由于环刀内土样在压缩前后的干土质量是不变的，于是有：
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（8）整理后可得：
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（9）其中，为土的天然干密度，为土的压缩干密度，为环刀面积，为环刀高度，为土样在一定压力作用下的压缩变形量。
33.还可以采用浸水压缩干密度，即砂土在一定压力下浸水变形稳定后能够达到的干密度,浸水压缩干密度计算公式为：
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（10）其中，为浸水压缩干密度，为土样在一定压力作用下浸水稳定后的总变形量，即压缩变形量和湿陷变形量之和。
34.接着计算湿陷系数,假定环刀面积为，高度为，天然密度为，在一定压力下土样压缩变形量为，相应的干密度为。浸水后总变形量为，该变形量含压缩变形量和湿陷变形量，即，相应的干密度为。在天然状态（未浸水）压缩变形前后，环刀内的干土质量是不变的，于是有：
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（11）整理后可得：
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（12）同样，与天然状态相比，压缩与浸水变形稳定后，环刀内的干土质量也不变，于是有：
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（13）湿陷变形量为：
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（14）于是湿陷系数为：
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（15）湿陷系数与三个干密度相关，即天然干密度、一定压力（通常为200kpa）下的压缩干密度以及该压力下的浸水压缩干密度。
35.一般情况下，地基土的湿陷系数采用200kpa下的湿陷系数，即采用200kpa压力下砂土能够达到的干密度。当砂土的含水量较小时，其压缩变形较小，湿陷变形较大，即压缩干密度相对较小，湿陷系数值相对较大；相反，当砂土的含水量较大时，湿陷系数值相对较小。
36.若能取得原状土样，通常需要估算砂土可能达到的最大湿陷系数，即当砂土的压缩干密度等于干密度时，其湿陷系数达到最大值。在极端情况下，当砂土的含水量很小时，其强度很高，假定没有压缩变形，即压缩干密度与天然干密度相同（=），此时，湿陷系数将达到理论上的最大值，即：
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（16）最后，可以将计算的砂土湿陷系数或最大湿陷系数与试验测得的湿陷系数进行比较，以检查试验结果是否正确。
37.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。