風積沙最大幹密度的試驗方法

2023-10-16 18:25:49 1

專利名稱：風積沙最大幹密度的試驗方法
技術領域：
本發明屬於基礎工程和巖土工程路基技術領域，涉及ー種風積沙最大幹密度的試驗方法。此方法確定的風積沙最大幹密度值，用于衡量風積沙在天然含水量狀態下或灑水狀態下機械分層碾壓的壓實情況。
背景技術：
風積沙作為路基填料，其路基的壓實與一般粘土路基一祥同等重要，最大幹密度確定的是否合理對於在相同壓實機械、壓實遍數壓實的風積沙來說，所得壓實程度不同，影響工程技術人員對其壓實效果的判斷。風積沙最大幹密度試驗方法不同所得到的風積沙最大幹密度值也不同，也較大的影響了壓實度的檢測結果。若確定的最大幹密度值偏大，施工中在一定機械組合情況下壓實度難以達到規定的壓實標準，一方面造成大量機械臺班和人力、物力的浪費，另一方面，所得到的壓實度值表面上偏小，達不到規範規定值，監理人員、建設單位管理人員心理不踏實，非常擔心在不滿足規範規定壓實度條件下，能否保證路基穩定，在使用過程中能否保證不出現路基病害，給正常建設管理、工程驗收工作帶來許多不便；若最大幹密度值確定的偏小，利用較小的壓實功就可達到要求的壓實標準，給工程管理工作也會帶來許多麻煩，甚至在道路正常運營過程中出現路基下沉、路面開裂、鬆散等病害，直接影響到道路的養護質量和服務水平。在路基施工過程中，利用推土機運送和攤平過程中，相當於用推土機進行了穩壓，用標準擊實法所確定的最大幹密度值來衡量壓實度，一般可達到90 %左右，甚至更高，對於壓實標準較低的低等級公路來說已達到規定值，顯然，路基並沒有壓實，這種壓實只是表面現象。另ー方面，如果利用壓路機分層壓實，壓實度大於100%的點數偏多，也說明壓實標準偏低。因而，合理的確定風積沙最大幹密度值對於沙漠公路來講至關重要，也是非常必要的。按照目前交通部頒布的《公路土工試驗規程》提供的確定路基填料最大幹密度值的試驗方法，可分為標準擊實法、振動臺法、表面振動儀法等三種試驗方法，其中標準擊實法較為常用，也較為普遍，具有廣泛的實用性，其操作方法具有簡單、快速的特點。對於無粘結性材料可用振動臺法和表面振動儀確定填料的最大幹密度值，但國內還沒有較為成熟、性能穩定、符合技術要求的儀器，這給實際施工、科研等造成許多不便。參照目前《公路土工試驗規程》規定的試驗方法和試驗研究思路，對確定風積沙最大幹密度的試驗儀器進行了比較和分析，每種試驗方法均有各自特點。風積沙在正常情況下呈鬆散無粘結性，採用標準擊實試驗 在含水量較小或完全乾燥時，擊實容易震起風積沙，同時將表面振松，有時反而愈擊愈松；當含水量較大時，錘擊時風積沙四處飛濺，有時還會粘附在擊錘上，造成擊實功的浪費，因而，採用標準重型擊實法確定風積沙最大幹密度的準確性有必要深入研究
發明內容
本發明的目的彌補現有技術的不足，提供ー種風積沙最大幹密度的試驗方法，本方法結合現有技術中在沙漠地區相關課題所取得的研究成果，風積沙在振動狀態下可得到相對較大的幹密度值，為了更深入了解振動時各個影響因素對幹密度值的影響，採用了表面振動壓實儀進行對比試驗，同時採用可以調幅、調頻的振動臺進行試驗研究，總結其不同振動條件下風積沙密度的變化規律，進而推薦出與エ地現場所獲試驗結果相對應的風積沙最大幹密度值室內確定方法，在此基礎上，確定了試驗儀器和試驗方法，為指導和進ー步研究壓實標準、施工エ藝創造了條件。
其技術方案為ー種風積沙最大幹密度的試驗方法，包括以下步驟I)取沙樣經過篩後，篩孔為2mm，將試樣在105 110°C下烘乾後備用，其烘乾時間不少於6h ；2)將振動臺固定於砼基礎上；3)將試模固定于振動臺上；4)填料填料採用三次填料，最後一次填料將風積沙填滿試筒並高出試筒約2_3cm ；5)振動將配重墊塊放於沙樣上，啟動振動臺，振動時間分為l、2、3、4、6、8min ；6)刮平按擬定的不同時間振動結束後，取掉5cm高的活動套筒，採用刮刀、平直尺沿試筒上沿ロ刮平；7)稱重用毛刷將試模外緣及底板周圍風積沙刷乾淨，用臺稱稱取試筒風積沙及底板重量，並稱取試筒和底板自重計算出風積沙乾重；8)幹密度計算幹密度計算時按下列公式幹密度(g/cm3)=風積沙重量(g)/體積(cm3)9)繪製振動曲線以幹密度為縱坐標，以振動時間為橫坐標繪製出幹密度與振動時間關係曲線，曲線上的峰值點為最大幹密度和最佳振動時間。上述試驗方法中，步驟2)中所述的振動臺外型尺寸50 X 50cm，振動頻率2860次/min,振幅大於0. 4mm或振動臺的加速度大於4g,最大載重75kg。上述試驗方法中，步驟3)中所述的試模主要包括試筒、套筒、底板，試筒內直徑15. 2cm,高度17cm，套筒內徑與試筒相同，高5cm，套筒與試筒應配套一致，且與試筒緊密固定後內壁成直線連接，底板為標準擊實筒所配置的底板。上述試驗方法中，步驟5)中所述配重墊塊直徑為15. Icm0上述試驗方法中，步驟6)中刮平時刮平刀方向應相互垂直。上述試驗方法中，步驟7)中也可將風積沙倒出後直接稱取風積沙重量。上述試驗方法中，步驟9)中如果曲線不能繪出明顯的峰值點時應進行補點或重作。本發明風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，所述試驗應以三次平行試驗結果的平均值作為風積沙在幹振條件下的最大幹密度值，若三次平行試驗所得最大幹密度值相差大於0. 03g/cm3，應重做，以便能夠保證試驗結果的準確性。與現有技術相比，本發明的有益效果為現有《公路土工試驗規程》確定路基填料最大幹密度的方法主要有標準擊實法、振動臺法、表面振動法。其中標準擊實法主要適用於粒徑小於O. 074mm顆粒的含量大於75%的填料，且最大粒徑不大於25mm ;振動臺法適用於通過O. 074mm標準篩的幹顆粒質量分數不大於15%的無粘性自由排水粗顆粒和巨粒土。對於粒徑主要集中在O. 074 2_之間的風積沙，採用標準擊實法試驗時，擊實容易震起風積沙，同時將表面振松，當含水量增加時，錘擊風積沙四處飛濺，有時還會粘附在擊錘上，造成擊實功的浪費。採用《公路土工試驗規程》中振 動臺法開展風積沙最大幹密度時，國內還沒有性能穩定、符合技術要求的儀器，且試驗步驟及技術要求不明確，得出的風積沙最大幹密度值不穩定。現場路基壓實質量評定時，缺乏合理有效的依據。對於路基壓實的控制指標採用壓實度，其定義為エ地實測幹密度與室內標準試驗確定的最大幹密度之比。因此最大幹密度值的大小直接決定著現場的壓實質量是否符合施エ技術規範的要求。課題組結合以往的研究成果，加工和訂購了可以調幅、調頻的振動臺進行試驗研究，開展了振幅、振頻、含水量、振動時間、表面壓カ及填料方式等因素下風積沙振動試驗，總結了不同振動條件下風積沙幹密度密度的變化規律，進而推薦出與エ地現場所獲試驗結果相對應的風積沙最大幹密度值室內確定方法，在此基礎上，確定了試驗儀器和試驗方法，為指導和進ー步研究壓實標準、施工エ藝創造了條件。本發明所述方法在技術上的改進及其優點如下(I)試驗通過對不同級配風積沙開展研究，得出了不同級配風積沙最大幹密度確定方法。其中粒徑小於O. 074mm顆粒的含量大於23%時，風積沙的最大幹密度應採用標準擊實法來確定；粒徑小幹O. 074mm顆粒的含量小於23%吋，風積沙的最大幹密度應採用底部振動法來確定。(2)底部振動試驗，風積沙填料按三層方式填料。三層填料吋，風積沙幹密度明顯大於ー層填料。(3)以含水量為零時確定的最大幹密度作為風積沙路基現場壓實質量評定的標準，即幹振法確定風積沙最大幹密度。風積沙路基一般處於相對比較乾旱、炎熱地區，路基風積沙路基施工吋，含水量比較低，接近於零，因此，用幹振法確定出的風積沙最大幹密度來評定路基質量比較符合實際。(4)試筒採用標準擊實筒，可以有效利用生產單位已有的儀器設備。(5)振動過程中配重塊產生的表面単位壓カ為4KPa，低於《公路土工試驗規程》中13. 8KPa。配重塊質量降低後，對振動臺的加速度要求相應降低。(6)根據振幅、頻率振動試驗結果，建立了振幅、頻率與加速度之間的關係，降低了試筒和配重塊質量，採用小型振動臺即可開展風積沙的最大幹密度試驗，生產單位普遍已經採購該型號振動臺用於混凝土的振動壓實，因此無需重新進行購置。


圖I是不同含水量、振幅O. 2mm風積沙振動壓實曲線；圖2是不同含水量、振幅O. 2mm風積沙振動壓實曲線；圖3是幹砂在不同表面重量下振動壓實結果曲線；圖4是不同填料方式風積沙幹密度曲線；圖5是不同表面單位壓力振動曲線；
圖6風積沙幹密度與小於0. 074mm顆粒含量的關係曲線。
具體實施例方式
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進ー步詳細地說明。根據風積沙無粘結性的特點，在調研基礎上，結合我所以前承擔交通部「無砂石料地區公路修築技術研究」課題所得研究成果，研究表明，風積沙在振動情況下也可得到最大幹密度值，參照目前交通部頒布的《公路土工試驗規程》無粘結性材料最大幹密度的確定方法，課題研究吋，擬定採用振動法對風積沙在不同試驗狀態下進行對比試驗，總結並分析各種影響因素對幹密度的影響規律，試驗時分底部振動法，表面振動壓實兩種振動試驗方法分別進行。採用振動臺法確定風積沙幹密度時，幹密度受到振動臺本身機械性能(振幅、頻率等)和風積沙級配、含水量的影響，因此影響幹密度的因素較多，主要有風積沙的級配、含水量、振動臺的振動頻率、振幅大小以及振動加速度，同時，表面單位壓力、振動時間對振動壓實效果也有影響，它們在振動試驗過程中所起的作用不同。風積沙沙樣級配決定了其內部可供填充空隙的大小；含水量可改變風積沙顆粒間的附著力和粘聚力；振動頻率和振幅分別影響了沙樣顆粒移動速度和位移的大小，同時也影響振動機械的激振力，進ー步改變剪應力的大小；表面單位壓力的大小決定了作用於沙樣表面的壓カ；振動時間的長短確定了壓實功的大小。因而，沙樣級配、含水量、表面單位壓力、振動頻率、振幅和振動時間都能影響沙樣最終的密度。考慮六種影響因素作交叉振動試驗，試驗量無疑是非常巨大的。所以必須尋找風積沙沙樣在各個影響因素下幹密度的變化規律，使試驗量減少而且分析出風積沙的振動壓實特性，為此選擇了兩臺不同配置的振動臺和附屬設備，試驗時將擊實筒鎖定在振動臺檯面上，沙樣裝在擊實筒中，沙樣表面單位壓力由放於其上的鑄鐵墊塊產生，整個裝置隨振動臺面一起振動，沙樣逐漸密實。通過改變沙樣級配、含水量、表面靜壓力、振動頻率、振幅和振動時間的數值，得出不同情況下風積沙的振動壓實規律。試驗儀器小型振動臺振動臺振動頻率10 50Hz可調，由400W交流電機提供動カ。通過電機帶動載有偏心墊塊的從動軸轉動，以此產生激振力,推動臺面形成振動。臺面與底座之間以四個剛性彈簧連接。附屬設備包括直徑15cm擊實筒(試筒直徑15. 2cm、高14. 3cm、容積2592cm3) ー個；直徑與擊實筒內徑相同、能於沙樣表面產生1、4、7、13. 8KPa表面靜壓カ的
鑄鐵壓塊一組。振動臺為國營西北機器廠生產的IOOKg機械振動臺，最大荷載IOOKg ;頻率範圍5-60Hz ;最大位移值(振幅)空載5mm、滿載2. 5mm ;最大加速度幅值滿載10g。設備為機械式振動試驗臺，激振カ是由偏心質量旋轉所產生的離心力，最大激振カ2330kg，臺面由四組激振器推動，通過調整四組激振器的初相位，可使臺面在無強迫導向的情況下實現水平和垂直振動。其整個活動系統置於四個連同的空氣彈簧上，組成ー典型的單自由度振動系統。傳動部分是由交流電機經皮帶輪升速，由齒輪箱將動カ分配給四組激振器。振幅決定於四組激振器的偏心距，偏心距的大小通過液壓系統來調整。附屬設備同小型振動臺。表面振動儀為BYZ-I型表面振動儀，振動頻率47. 5 50Hz，激振カ3KN，振動加速度3.5g左右。擊實筒直徑280mm,高230_。
試驗材料風積沙沙樣同重型標準擊實試驗，即沙樣級配為O. 3 O. 15mm、0. 15 O. 074mm、小於O. 074mm的質量百分含量分別為45. 1%A6. 79%,9. 11 %，沙樣來源於榆靖沙漠高速公路。底部振動在風積沙的底部振動試驗過程中，最大幹密度試驗結果受振幅、頻率、含水量、填料方式、表面單位壓力等方面的因素影響較大，為此，針對不同的影響因素分別進行試驗。振動時間對幹密度的影響試驗時應用小型振動臺採用一次填料,單位表面壓カI. 84KPa,振幅O. 2mm,試驗結果見表I。表I幹沙在不同頻率及不同振動時間下的幹密度試驗結果表(単位g/cm3)
權利要求
1.一種風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，包括以下步驟 1)I)取沙樣經過篩後，篩孔為2mm，將試樣在105 110°C下烘乾後備用，其烘乾時間不少於6h ； 2)將振動臺固定於砼基礎上； 3)將試模固定于振動臺上； 4)填料填料採用三次填料,最後一次填料將風積沙填滿試筒並高出試筒約2-3cm； 5)振動將配重墊塊放於沙樣上，啟動振動臺，振動時間分為l、2、3、4、6、8min； 6)刮平按擬定的不同時間振動結束後，取掉5cm高的活動套筒，採用刮刀、平直尺沿試筒上沿口刮平； 7)稱重用毛刷將試模外緣及底板周圍風積沙刷乾淨，用臺稱稱取試筒風積沙及底板重量，並稱取試筒和底板自重計算出風積沙乾重； 8)幹密度計算幹密度計算時按下列公式 幹密度(g/cm3)=風積沙重量(g)/體積(cm3) 9)繪製振動曲線以幹密度為縱坐標，以振動時間為橫坐標繪製出幹密度與振動時間關係曲線，曲線上的峰值點為最大幹密度和最佳振動時間。
2.根據權利要求I所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，步驟2)中所述的振動臺外型尺寸50 X 50cm,振動頻率2860次/min,振幅大於O. 4mm或振動臺的加速度大於4g,最大載重75kg。
3.根據權利要求I所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，步驟3)中所述的試模主要包括試筒、套筒、底板，試筒內直徑15. 2cm，高度17cm，套筒內徑與試筒相同，高5cm，套筒與試筒應配套一致，且與試筒緊密固定後內壁成直線連接，底板為標準擊實筒所配置的底板。
4.根據權利要求I所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，步驟5)中所述配重墊塊直徑為15. 1cm。
5.根據權利要求I所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，步驟6)中刮平時刮平刀方向應相互垂直。
6.根據權利要求I所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，步驟7)中也可將風積沙倒出後直接稱取風積沙重量。
7.根據權利要求I所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，步驟9)中如果曲線不能繪出明顯的峰值點時應進行補點或重作。
8.根據權利要求1-7任一項所述的風積沙最大幹密度的試驗方法，其特徵在於，所述試驗應以三次平行試驗結果的平均值作為風積沙在幹振條件下的最大幹密度值，若三次平行試驗所得最大幹密度值相差大於O. 03g/cm3，應重做。
全文摘要
本發明公開了一種風積沙最大幹密度的試驗方法，包括以下步驟1)取沙樣經過篩後，將試樣烘乾後備用；2)將振動臺固定於砼基礎上；3)將試模固定于振動臺上；4)填料；5)振動；6)刮平；7)稱重；8)幹密度計算；9)繪製振動曲線。本發明操作簡便，準確度高，適用於基礎工程和巖土工程路基技術領域。
文檔編號G01N9/36GK102621038SQ201210048590
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者周志軍, 張保材, 王修山, 王毅, 石雄偉, 穆國兵, 耿楠, 袁卓亞 申請人:長安大學