粗粒土性質(zhì)試驗研究

摘 要：粗粒土是水利工程中常用的筑壩材料，本次試驗通過兩種不同級配的土料固結(jié)試驗來研究粗粒土的性質(zhì)。

關(guān)鍵詞：粗粒土；顆粒級配；固結(jié)試驗

1 粗粒土定義

粗粒土[1][2]是指粒徑0.1mm～60mm的顆粒含量（質(zhì)量比）大于50%的土石混合料。粗粒土在自然界分布廣泛、儲量豐富，并具有壓實性能好、透水性強、抗剪強度高、地震荷載作用下不易產(chǎn)生液化等優(yōu)良工程特性，因此在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。如用于建筑高土石壩、高速鐵路路基、橋梁墩臺、人工筑島及處理軟弱地基的砂石墊層等。

2 粒土級配

本次試驗采用粗粒料進行試驗研究，下面將詳細介紹各粗粒料的級配情況。

試驗由混合料和堆石料摻合而成。試樣按土料與礫石質(zhì)量6：4配制，按要求配合后的粗粒料的顆粒級配見表1。

表1 摻和料的級配

3 粗粒土側(cè)限固結(jié)試驗

本試驗的目的是測定粗粒土變形和壓力（或孔隙比與壓力）、變形與時間的關(guān)系，從而繪出e～p和e～lgp曲線，以便計算土的壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、體積壓縮系數(shù)等參數(shù)。

試樣直徑500mm，高度300mm，采用擊實制樣，按要求控制干密度？籽d=2.1g/cm3，試驗固結(jié)荷重等級分別為：50，100，200，400，800，16

00，2400，3200kPa。

4 試驗成果分析

眾所周知，土的壓縮性是指土體在壓力作用下體積變小的性能。通過對粗粒料在側(cè)限條件下的固結(jié)變形數(shù)據(jù)整理，得到e～p（見圖1）、e～lgp（見圖2）和Es～p曲線（見圖3）。

圖1 土料固結(jié)試驗e～p曲線

壓縮系數(shù)av是表征土壓縮性的重要指標之一。e～p曲線越陡，av就越大，則土的壓縮性越高。反之，e～p曲線愈平緩，av就愈小，則土的壓縮性愈低。但是，由于e～p曲線不是直線，因此，即使是同一種土，其壓縮系數(shù)不是一個常量。其值取決于所取的壓力增量及壓力增量的起始值的大小。它隨著起始值的增加及壓力增量的增加而減小。該試驗中av100-200為0.025MPa-1<0.1MPa-1，所以這種土均屬低壓縮性土，e～p曲線為一條隨著試驗荷載p增大斜率依次減小的遞減曲線，即隨壓力的逐漸升高，壓縮系數(shù)相應(yīng)降低。說明堆石體在壓力作用下，克服顆粒間點接觸摩擦力，顆粒產(chǎn)生破碎、位移，發(fā)生重新排列，細顆粒充填于粗顆粒間的孔隙，使粗顆粒的骨架作用減弱，堆石體密實度增加。

從圖2中可以看到：壓縮指數(shù)Cc也是反映土的壓縮性高低的一個指標。Cc越大，e～lgp曲線越陡，土的壓縮性就高。反之，Cc愈小，e～lgp曲線愈平緩，土的壓縮性就愈低。由試驗可得粗粒土曲線的斜率分別為：0.011和0.042。

從圖3中可以看到：粗粒土的壓縮模量與垂直壓力的關(guān)系總的趨勢是隨壓力的增加而增大，但增加的梯度不一定相同。這是因為試驗過程中在豎向壓力作用下，顆粒產(chǎn)生破碎或位置產(chǎn)生位移所致。因此在工程中必須嚴格控制粗、細顆粒的含量，同時還要考慮到碾壓施土過程中顆粒發(fā)生破碎，相應(yīng)的適當(dāng)增加粗顆粒的含量，減小細顆粒的含量，使施土后的堆石體級配符合設(shè)計級配曲線。

5 結(jié)束語

通過粗粒土固結(jié)試驗研究了粗粒土的強度變形特性，得到了如下一些結(jié)論：

粗粒土側(cè)限固結(jié)試驗結(jié)果表明粗粒土均屬低壓縮性土，在試驗過程中粗粒土孔隙比隨壓力的增加而減小，即隨壓力的逐漸升高，壓縮系數(shù)相應(yīng)降低，壓縮指數(shù)相應(yīng)的增大，壓縮模量總的趨勢是隨壓力的增加而增大。

參考文獻

[1]郭慶國.粗粒土的工程特性及應(yīng)用[M].鄭州：黃河水利出版社，1998，08.

[2]郭慶國.粗粒土的抗剪強度特性及其參數(shù)[A].中國土木工程學(xué)會第六屆土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會議論文集[C].同濟大學(xué)出版社與中國建筑工業(yè)出版社，1991，29-36.

作者簡介：趙寶平（1981，5-），男，籍貫：內(nèi)蒙古，工作單位：廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，工程師，研究方向：巖土工程。