專利名稱：一種超粒徑粗顆粒土最大干密度的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于粗顆粒土的密度測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
粗顆粒土在自然界分布廣泛、儲(chǔ)量豐富，并具有壓實(shí)性能好、抗剪強(qiáng)度高、壓縮變形小、透水性強(qiáng)、地震荷載作用下不易產(chǎn)生液化等優(yōu)良的工程特性，因此在工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。如用于鐵路與公路路基、土石壩、人工筑島及軟基處理的砂石墊層等。該類土的填筑標(biāo)準(zhǔn)，有的采用壓實(shí)度，有的采用相對(duì)密度，即使填筑后的土體密度，必須滿足設(shè)計(jì)采用的某一壓實(shí)度或某一相對(duì)密度的要求。無(wú)論采用何種標(biāo)準(zhǔn)，皆要首先測(cè)出最大干密度， 所以最大干密度在確定填筑控制標(biāo)準(zhǔn)和填筑質(zhì)量中至關(guān)重要。若試驗(yàn)測(cè)得的最大干密度值較真實(shí)值偏低，會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)程度達(dá)不到實(shí)際要求的標(biāo)準(zhǔn)，使得土體的強(qiáng)度和抗變形能力不足而引起嚴(yán)重的后果，如使高速鐵路路基發(fā)生過(guò)大的沉降變形，嚴(yán)重時(shí)可能造成路提的坍塌；若試驗(yàn)測(cè)得的最大干密度值較真實(shí)值偏高，則會(huì)提高碾壓成本，造成不必要的浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)因達(dá)不到設(shè)計(jì)碾壓密度要求而停工延期的情況。關(guān)于粗顆粒土最大干密度的測(cè)定方法，由于設(shè)備的限制只能測(cè)定最大粒徑在某一粒徑范圍內(nèi)的粗顆粒土，如《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)允許的最大粒徑為60mm、《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE40-2007)允許的最大粒徑也為60mm、《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》 (TB10102-2004)允許的最大粒徑只有40mm。然而天然存在的和用于工程上的粗顆粒土，最大粒徑可達(dá)800mm以上，遠(yuǎn)超過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)允許的最大粒徑，也就難以用室內(nèi)試驗(yàn)成果為設(shè)計(jì)和施工確定壓實(shí)指標(biāo)和填筑控制標(biāo)準(zhǔn)，尤其面對(duì)我國(guó)高土石壩和高速鐵路大量修建的今天，如何確定超徑粗顆粒土的最大干密度，是急需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題之一。已有公開(kāi)的超粒徑粗顆粒土的最大干密度測(cè)定方法中，一是直接采用大型振動(dòng)臺(tái)對(duì)超粒徑粗顆粒土進(jìn)行最大干密度的試驗(yàn)研究，但因振動(dòng)臺(tái)太大，參數(shù)和影響因素太復(fù)雜， 并未取到滿意的結(jié)果，受到試驗(yàn)手段和試驗(yàn)條件的限制，難以推廣使用。二是系列延伸法， 即利用現(xiàn)有常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備條件，由小粒徑系列模型資料得出粒徑與最大干密度的關(guān)系，據(jù)以延伸出超粒徑粗顆粒土的最大干密度。系列延伸法由于缺乏成熟的模型理論，無(wú)法估算縮尺效應(yīng)的影響，延伸估計(jì)出的數(shù)據(jù)誤差大，可靠性低。現(xiàn)行《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》(TB10102-2004)中還公開(kāi)了一種試樣中超粒徑顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在5 30%時(shí)的最大干密度校正方法，校正公式如式(A)所示。該方法的基本原理是采用相同質(zhì)量超粒徑顆粒實(shí)體體積Ps/Pa取代相同質(zhì)量非超粒徑顆粒取最大干密度時(shí)的體積Ps/P d _。采用該方法進(jìn)行最大干密度校正時(shí)，有一條基本假設(shè)是認(rèn)為超粒徑顆粒與周圍非超粒徑顆粒之間形成的間隙大小與超粒徑顆粒實(shí)體體積相比可忽略不計(jì)。 事實(shí)上，對(duì)于超粒徑顆粒粒徑與非超粒徑顆粒粒徑相差較小的情況，超粒徑顆粒與周圍非超粒徑顆粒之間形成的間隙大小是不容忽略的，若仍采用該方法校正就會(huì)使得校正值大于真實(shí)值，從而形成較大的誤差，該誤差值還會(huì)隨超粒徑顆粒含量的增大而加大；當(dāng)超粒徑顆粒粒徑與非超粒徑顆粒粒徑相差較大時(shí)，超粒徑顆粒與周圍非超粒徑顆粒之間形成的間隙大小與超粒徑顆粒實(shí)體體積相比較小，可忽略不計(jì)；極端情況下，若把水看作是非超粒徑顆粒，往水中加入一定的土顆粒作為超粒徑顆粒，這時(shí)采用該方法進(jìn)行校正就是完全正確的。 由上述分析可以看出，粗顆粒土中有超粒徑顆粒時(shí)，屬于超粒徑顆粒粒徑與非超粒徑顆粒粒徑相差較小的情況，不能采用公式(A)所述的方法進(jìn)行校正；而細(xì)粒土中有超粒徑顆粒時(shí)，屬于超粒徑顆粒粒徑與非超粒徑顆粒粒徑相差較大的情況，采用公式(A)所述的方法進(jìn)行校正是合理的。水利和公路規(guī)范中也公開(kāi)了采用該方法進(jìn)行有超粒徑的細(xì)顆粒土最大干密度校正。
權(quán)利要求
1. 一種超粒徑粗顆粒土最大干密度的測(cè)定方法，其步驟依次是(1)顆粒粒徑分組由篩分試驗(yàn)進(jìn)行顆粒分組，將顆粒逐級(jí)過(guò)篩，每級(jí)篩上的顆粒為一組；每級(jí)篩的孔徑與其相鄰的下一級(jí)篩的孔徑的比值為1 0. 5 0. 7，最下一級(jí)篩的孔徑為0. 075mm ；將孔徑小于且最接近最大干密度測(cè)定設(shè)備允許的最大顆粒粒徑的一級(jí)篩作為分界篩， 分界篩及以上各級(jí)篩上的顆粒為超粒徑顆粒，其余篩上的顆粒為非超粒徑顆粒；(2)確定超粒徑顆粒與非超粒徑顆粒代表粒徑根據(jù)超粒徑顆粒中各顆粒組的質(zhì)量占超粒徑顆?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，按質(zhì)量加權(quán)平均計(jì)算出超粒徑顆粒的代表粒徑D D=E PiDi/ Σ Pi(1)式中下標(biāo)i為超粒徑顆粒組的序號(hào)，Pi為第i組超粒徑顆粒占全部顆?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)(％ )諷為第i組超粒徑顆粒的中值粒徑(mm)；根據(jù)非超粒徑顆粒中各顆粒組的質(zhì)量占非超粒徑顆?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，按質(zhì)量加權(quán)平均計(jì)算出非超粒徑顆粒的代表粒徑d d = Σ Pjdj/ Σ Pj(2)式中下標(biāo)j為非超粒徑顆粒組的序號(hào)，Pj為第j組非超粒徑顆粒占全部顆?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)(％ ) ；dj為第j組非超粒徑顆粒的中值粒徑(mm)；(3)確定超粒徑顆粒和非超粒徑顆粒之間的間隙體積與超粒徑顆粒實(shí)體體積的比值 V'(即超粒徑顆?？紫侗?挪+ 2、+ arcsin(—)(1 -k2)--V' =β-^-2_xl00%(3)k2 arcsin(-)k + \式中k = D/d ; β = 1. 87為空間修正系數(shù)；(4)對(duì)所有超粒徑顆粒進(jìn)行顆粒密度試驗(yàn)得到超粒徑顆粒的毛體積密度Pa，對(duì)所有非超粒徑顆粒進(jìn)行最大干密度試驗(yàn)得到非超粒徑顆粒的最大干密度P dmax ；(5)得出超粒徑粗顆粒土的最大干密度Pd max :ο =_\__( 4 )“dmax λ — P PPd max Ρα式中PS =Σ Pi,為所有超粒徑顆粒占全部顆?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)(％ )。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超粒徑粗顆粒土最大干密度的測(cè)定方法。首先對(duì)試樣進(jìn)行顆粒粒徑分組，然后按質(zhì)量加權(quán)平均法分別計(jì)算超粒徑和非超粒徑顆粒組群的代表粒徑；根據(jù)建立的兩種粒徑球體堆積的平面分析模型，并引入空間修正系數(shù)，確定超粒徑顆粒和非超粒徑顆粒之間的間隙體積與超粒徑顆粒實(shí)體體積的比值，即超粒徑顆?？紫侗?；結(jié)合超粒徑顆粒的毛體積密度、超粒徑顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)以及剔除超粒徑顆粒后試樣的最大干密度，從而得到超粒徑粗顆粒土的最大干密度。該方法原理明確、操作簡(jiǎn)便，測(cè)出的最大干密度更為準(zhǔn)確，可為工程建設(shè)提供更加可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N9/36GK102183436SQ20111003835
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者萬(wàn)小全, 劉鋼, 張良, 李 浩, 王冠, 羅強(qiáng), 肖雙松, 陳堅(jiān), 陳虎, 陶元洪 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)