一種粗顆粒土填料土體結構類型的測定方法
2023-12-02 06:12:16
專利名稱：一種粗顆粒土填料土體結構類型的測定方法
技術領域：
本發明涉及土工試驗技術領域，特別涉及一種粗顆粒土填料土體結構類型的確定方法。
背景技術：
壓實後的粗顆粒土填料具有三種典型的土體結構類型一種是土體中小顆粒佔主要，大顆粒懸浮在小顆粒中，即懸浮密實結構；第二種是土體中大顆粒之間相互緊密接觸， 能形成穩定的骨架，而小顆粒又恰好能密實地填充滿大顆粒之間的間隙，即骨架密實結構； 第三種是土體中大顆粒含量較多，以致小顆粒的含量不足以填充滿大顆粒之間的間隙，即骨架孔隙結構。粗顆粒土的土體結構類型不同，其工程特性表現出明顯的差異。大量的研究和工程實踐表明懸浮密實結構由於細顆粒佔主導，其抗剪強度和抗變形能力都相對較低，但具有較好的防滲性能；骨架密實結構由於既有較多數量的大顆粒形成受力骨架，同時又有相當數量的小顆粒可填密骨架的間隙，因而不僅具有較高的抗剪強度和抗變形能力， 同時還具備一定的防滲能力；骨架孔隙結構的大顆粒數量較多能形成受力骨架，而小顆粒含量較少不足以填充滿骨架間隙，因而有很好的滲透性能，同時也表現出良好的抗剪強度和抗變形能力。實際工程中常常根據不同的功能要求，設計或選擇具有不同土體結構類型的粗顆粒土作為路基填料。如為保證高速鐵路無砟軌道路基基床在列車動荷載作用下的長期穩定性，不發生明顯的塑性累積變形，所選用或設計出的粗顆粒土填料的土體結構類型應該為骨架密實結構或骨架孔隙結構，若選擇或設計出的粗顆粒土填料，經壓實後的土體結構類型是懸浮密實結構，在長期的列車動荷載作用下，就會產生過大的塑性累積變形，影響軌道的平順性，從而影響列車高速運行時的平穩性，嚴重時還可能會威脅到行車安全；嚴寒地區的公路路基路面結構的底基層及路床等有抗凍性能的要求，需保證結構層具有較強的排水能力，土體結構應為骨架孔隙結構，若採用的填料在壓實後的土體結構滲水能力較弱，就會發生凍害現象；而對於工程要求具有防滲功能的土工結構層，其土體結構就應該選用懸浮密實結構。可見，準確地判別所選用或設計的粗顆粒土填料的土體結構類型至關重要。現有公開的土體結構類型測定方法，不同行業的測定方法也不同。公路浙青路面集料配合比設計方法中，通常以某個固定粒徑為界限粒徑(4. 75mm或2. 36mm)，將顆粒分為粗顆粒與細顆粒兩部分，並認為粗顆粒主要起骨架作用，細顆粒起填充作用，然後比較緊裝粗顆粒骨架的間隙率VCAdk或松裝粗顆粒骨架的間隙率VCA-和填料中粗顆粒之間的間隙率VCAmix，若VCAmix > VCA-，表明粗顆粒在填料中彼此不能相互接觸，處於「懸浮」狀態，則浙青混合料屬於懸浮密實結構，若VCA· ( VCAmix ( VCA-，表明粗顆粒在填料中能相互接觸形成受力骨架，則浙青混合料為骨架結構；這種以固定粒徑作為填充顆粒與骨架顆粒之間的分界粒徑的方法僅能判斷大於該固定粒徑的顆粒是否已經形成受力骨架，並不能確定那些顆粒是真正意義上的受力骨架，若填料的真實骨架顆粒中有粒徑小於該固定粒徑的顆粒，採用該判別方法就會得到錯誤的結論，如某粗顆粒填料壓實後粒徑大於1. 18mm的顆粒
4之間相互緊密接觸形成了穩定的受力骨架(即土體結構類型為骨架結構)，則填料中粒徑大於4. 75mm或2. 36mm的粗顆粒在填料中必然處於彼此不能相互緊密接觸的「懸浮」或「疏鬆」接觸狀態，即該粒徑範圍顆粒沒有形成穩定的受力骨架，若採用上述的土體結構類型判別方法，就會得到該土體結構類型是懸浮密實結構的錯誤結論。水利工程通常將5mm作為骨架顆粒與非骨架顆粒(填充顆粒)的界限粒徑，用&表示粒徑大於5mm顆粒的含量，並認為當P5為70%左右時，骨架顆粒能形成骨架，填充顆粒又恰好能填充滿骨架間隙，土體是骨架密實結構；當P5大於70%後，填充顆粒不足以填充滿骨架間隙，土體就是骨架孔隙結構； 當P5低於70%時，由於填充顆粒含量較多，撐開了土體骨架，土體就是懸浮結構；這種以P5 含量作為土體結構類型的判別方式，是一種經驗性的方法，缺乏試驗依據。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是提供一種粗顆粒土填料土體結構類型的測定方法，該方法能準確測定粗顆粒土的土體結構類型，而且操作簡便。本發明實現解決其技術問題所採用的技術方案如下本發明的一種粗顆粒土土體結構類型的測定方法，包括如下步驟①對填料試樣進行顆粒粒徑分組，填料試樣的顆粒粒徑分組由最大粒徑Dmax開始依次遞減進行劃分，每個粒徑組的最小粒徑Dp1和最大粒徑Di的比值Di^Di為0. 5 0. 75， 最小一級粒徑組的最大粒徑為D1，最小粒徑為Dtl = Dfflin ；②確定填料試樣的級配和最大幹密度，通過篩分試驗得到填料試樣中各粒徑組的顆粒質量佔總質量的百分比，由粗顆粒土的最大幹密度試驗得到填料試樣的最大幹密度
P d max ③剔除填料試樣中最小一級粒徑組即粒徑範圍為(Dtl，D1)的顆粒，由粗顆粒土的最大幹密度試驗得到剩餘顆粒試樣即粒徑範圍為(D1, Dfflax)顆粒試樣的最大幹密度Pdmax,
Pl ；④確定粒徑範圍為(DnDmax)的顆粒在填料試樣中的最大幹分布密度Pfmax,pl，Pf _,P1由以下公式(1)計算得到Pfmaxjpl = PdmaxXP1..................... (1)式中Pl是粒徑範圍為(D1, Dfflax)的顆粒在填料試樣中所佔的質量百分比，由步驟 (2)的篩分試驗得到；⑤計算口「⑽^與Pfmax,pl之間的差值百分比β 由以下公式⑵計算得到 _5] β, = pdm^pl ~P/max^' χ100% ..................... (2);⑥若β工> 3%，則填料土體結構就是懸浮密實結構，試驗結束；若β工彡3%，則填料土體結構為骨架結構，繼續下一步驟；⑦確定骨架顆粒的粒徑範圍，重複步驟③ ⑤繼續剔除剩餘顆粒試樣中的最小一級粒徑組即粒徑範圍為(Dp1，Di) (1 = 2,3,4···)的顆粒，由粗顆粒土的最大幹密度試驗得到剩餘顆粒試樣即粒徑範圍為(DyDmax)顆粒試樣的最大幹密度P dmax,pi，由公式⑴計算得到對應的Pfmax,pi，最後通過公式( 計算得到；若 3%，即得骨架顆粒的粒徑範圍為(Di+ Dfflax)、填充顆粒的粒徑範圍為(D0, Di^1)，
5停止剔除顆粒，繼續下一步驟；⑧計算填料試樣為最密實狀態時，填料試樣中骨架顆粒之間的間隙率Vmin, &<及填充顆粒在填料試樣中的最大幹分布密度Pf .,m-D，分別由以下公式(3)和公式(4)計算得到
權利要求
1. 一種粗顆粒土填料土體結構類型的測定方法，包括如下步驟①對填料試樣進行顆粒粒徑分組，填料試樣的顆粒粒徑分組由最大粒徑Dmax開始依次遞減進行劃分，每個粒徑組的最小粒徑Dh和最大粒徑Di的比值Di^Di為0. 5 0. 75，最小一級粒徑組的最大粒徑為D1，最小粒徑為Dtl = Dfflin ；②確定填料試樣的級配和最大幹密度，通過篩分試驗得到填料試樣中各粒徑組的顆粒質量佔總質量的百分比，由粗顆粒土的最大幹密度試驗得到填料試樣的最大幹密度P dmax ；③剔除填料試樣中最小一級粒徑組即粒徑範圍為(Dtl，D1)的顆粒，由粗顆粒土的最大幹密度試驗得到剩餘顆粒試樣即粒徑範圍為(DpDmax)顆粒試樣的最大幹密度Pdmax,pl ；④確定粒徑範圍為(DpDmax)的顆粒在填料試樣中的最大幹分布密度Pfmax,pl，Pfmax,pl 由以下公式(1)計算得到P f max, Pl — P d max ^ Pl.....................(1)式中Pl是粒徑範圍為(D1, Dfflax)的顆粒在填料試樣中所佔的質量百分比，由步驟(2) 的篩分試驗得到；⑤計算^^-^與Pfmax,pl之間的差值百分比由以下公式⑵計算得到
2.如權利要求1所述一種粗顆粒土填料土體結構類型的測定方法，其特徵是所述步驟①中，若填料試樣中有小於0. 075mm的顆粒，則D1 = 0. 075mm, D0 = 0。
全文摘要
一種粗顆粒土填料土體結構類型的測定方法，旨在準確測定粗顆粒土的土體結構類型。該方法通過小到大依次逐漸剔除試樣中的顆粒，並比較剩餘顆粒在壓實後原試樣中的密度與相應的剩餘粒徑範圍顆粒的最大幹密度的大小，首先得到土體中相互緊密接觸形成受力骨架的顆粒的粒徑範圍。若土體中整個粒徑範圍顆粒都是受力骨架顆粒，則土體就是懸浮密實結構；若土體中一部分顆粒相互緊密接觸形成受力骨架，其餘部分顆粒填充到受力骨架顆粒的間隙中，土體就是骨架結構，其中若起填充作用的顆粒在受力骨架顆粒的間隙中的密度等於其最大幹密度，土體就是骨架密實結構，反之，若起填充作用的顆粒在受力骨架顆粒的間隙中的密度小於其最大幹密度，土體就是骨架孔隙結構。
文檔編號G01N9/36GK102393347SQ201110214119
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者萬小全, 劉鋼, 張良, 李 浩, 王冠, 羅強, 肖雙松, 陳堅, 陳虎, 陶元洪 申請人:西南交通大學