淺析黃土地層的擊實(shí)特性

劉武杰

摘要：本文以渭南市吳田村黃土剖面為例，按黃土地層取樣并進(jìn)行室內(nèi)擊試驗(yàn)，得出不同地層剖面土層的最佳含水率、最大干密度，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出不同地層黃土擊實(shí)特性規(guī)律，旨在為黃土地區(qū)工程建設(shè)提供一定的參考。

Abstract： This article takes the loess section of Wutian Village， Weinan City as an example， and samples the loess layer and conducts indoor impact tests to obtain the optimal moisture content and maximum dry density of the soil layers in different stratum sections. Based on the analysis of test data， the loess compaction characteristics in different strata is obtained to provide a certain reference for engineering construction in the loess area.

關(guān)鍵詞：黃土地層;室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn);最大干密度;最佳含水率

0? 引言

黃土分布面積占我國國土面積約7%之多，黃土地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)，尤其是道路工程建設(shè)頗為重要。而這些地區(qū)的建筑材料一般都較為匱乏，提高黃土及黃土質(zhì)土這一特殊土壤的利用則是工程屆必須研究的課題。

遇水產(chǎn)生濕陷變形是黃土最大的不利因素之一，多年的研究揭示，含水率和干密度相同情況下，在既定的壓力范圍內(nèi)，天然狀態(tài)下未經(jīng)壓實(shí)的黃土與經(jīng)壓實(shí)后的黃土的濕陷性是有區(qū)別的，一般后者的濕陷性會(huì)更嚴(yán)重。因此，提高壓實(shí)度是黃土地區(qū)工程建設(shè)中性價(jià)較高一種方式，最佳含水率和最大干密度這兩大與壓實(shí)度相關(guān)的指標(biāo)研究就尤為重要。

1? 剖面簡介及取樣方法

1.1 剖面簡介

本文試驗(yàn)土樣取自渭南市吳田村（位于西安市以東約70公里）轄區(qū)內(nèi)一自然剖面，該剖面上部為黃土地層，下部為三門組湖湘地層，是典型的較為完整的三門組黃土地層天然剖面，交通較為便利。剖面地層自上而下完整且連續(xù)包含了L0至S21所有地層，垂直高度約128.5m。

1.2 取樣方法

①利用“紅三條”地層S5、上分砂層（或上粉砂質(zhì)黃土）L9、下粉砂層（或下粉砂質(zhì)黃土）L15等三個(gè)黃土標(biāo)志地層的特性，并借助水準(zhǔn)儀，精確定位出黃土剖面的地質(zhì)層位。

②清表，自上而下開挖一條可充分揭示原始地層信息的溝槽，以方便取樣。

③假定層厚為hi（單位：m），則1）hi≤1m時(shí)，按一層取樣;2）1m2m時(shí)，按1m/小層分層取樣。

④對于所取土樣，詳細(xì)標(biāo)注其地層信息、層厚等，按順序擺放整齊，以便實(shí)驗(yàn)。

2? 試驗(yàn)過程及結(jié)果

進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)前，對所取土樣完成篩分試驗(yàn)，結(jié)果如表1。

2.1 儀器簡介

2.1.1 擊實(shí)儀器

LSD-V型數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)多功能擊實(shí)儀

①擊實(shí)錘參數(shù)：錘重4.5KG、落高45cm、底面直徑5cm;

②擊實(shí)次數(shù)：98。

2.1.2 烘箱

可調(diào)溫度為0～300℃，試驗(yàn)過程中設(shè)置為106℃。

2.1.3 液壓推土器

2.1.4 其他

圓孔篩：孔徑40mm、20mm及5mm篩各一個(gè)。

擊實(shí)試筒及套環(huán)：筒內(nèi)徑15.2cm、高17cm;套環(huán)高5cm，內(nèi)徑15.2cm。

小刀：2把（用于拉毛各層結(jié)合面、削平多出擊實(shí)筒的土樣）。

臺秤：感量為試件用量的0.1%。

2.2 試驗(yàn)方法及步驟

本文試驗(yàn)的試樣制備及試驗(yàn)方法依據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40-2007）相關(guān)規(guī)定執(zhí)行：①試樣不重復(fù)使用;②干土法。

1）試樣所用土樣晾曬風(fēng)干后碾碎，用圓孔篩篩后拌合均勻，每小層土樣備5份試樣（四分法），并測出風(fēng)干含水率（烘干法）。

2）結(jié)合黃土的最佳含水率工程經(jīng)驗(yàn)，本文試驗(yàn)采用的目標(biāo)含水率為：9%，11%、13%、15%、17%，本次試驗(yàn)每份土量取5.1kg，結(jié)合以下公式可算出每目標(biāo)含水率下的試樣制備所需加水量：

3）制備土樣均勻?yàn)佋阡X盆中，用噴壺噴灑不同目標(biāo)含水率下不同的加水量，用手?jǐn)嚢杈鶆蚝?，用保鮮膜覆蓋每份土樣，擱置一天一夜，保證水分不蒸發(fā)且能與土體混合均勻。

4）按規(guī)程對不同含水率的土樣依次擊實(shí)、對地層剖面的每層土樣也依次擊實(shí)。

5）本文試驗(yàn)為重型擊實(shí)試驗(yàn)，即：分三層擊實(shí)，每層擊98次。

3? 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 擊實(shí)數(shù)據(jù)

通過擊實(shí)試驗(yàn)，繪制擊實(shí)曲線，得出表2。

利用表2中數(shù)據(jù)，經(jīng)過加權(quán)計(jì)算，得出表3結(jié)果。

分析表3中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知各層黃土的最佳含水率及最大干密度的數(shù)值范圍較為集中，最佳含水率大部分分布在13.0%～14.7%區(qū)間內(nèi)、最大干密度大部分分布在1.878g/cm3～1.910g/cm3區(qū)間內(nèi)。其中黃土L層與古土壤S層的最大干密度與最佳含水率數(shù)值也較為接近。

3.2 不同地質(zhì)時(shí)期地層土樣擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果比較

參考地質(zhì)學(xué)界對黃土地層的劃分規(guī)則，結(jié)合本文剖面地層情況，分類如下：

全更新世Q4層：L0～S0層;晚更世Q3層：L1～S1層;中更新世Q2層：L2～S7層;早更新世Q1層：L8～S21層。

利用表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出表4結(jié)果。

分析表4中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知全更新世Q4得到加權(quán)最佳含水率為四組數(shù)據(jù)中最小，而所達(dá)到的最大干密度確為四組數(shù)據(jù)中最大;相比較而言，其余三組數(shù)據(jù)的加權(quán)最佳含水率和最大干密度的數(shù)值均比較接近。

3.3 黃土層（L層）與古土壤層（S層）的擊實(shí)特性比較

利用表2中數(shù)據(jù)，經(jīng)過加權(quán)計(jì)算，得出表5結(jié)果。

分析表4中數(shù)據(jù)，可知黃土層（L層）與古土壤層（S層）的加權(quán)值無顯著差異。

4? 結(jié)論

①該剖面地層最大干密度在1.85g/cm3～1.966g/cm3范圍內(nèi)，最佳含水率在11.7%～15.5%范圍內(nèi)，為該部分地區(qū)的壓實(shí)度指標(biāo)提供一定參考價(jià)值。

②本次試驗(yàn)剖面的黃土層與古土壤層試驗(yàn)結(jié)果的加權(quán)值差異不大，表明黃土的擊實(shí)特性與其地層分類無顯著關(guān)聯(lián)。但擊實(shí)過程中有一特點(diǎn)較為明顯：即在含水率較小時(shí)，黃土層土料會(huì)被擠壓或振動(dòng)出擊實(shí)筒，而在含水率較大是，古土壤層易出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象。

③本文試驗(yàn)剖面的Q4、Q3、Q2、Q1等不同地質(zhì)年代的試驗(yàn)結(jié)果加權(quán)值差異不大，表明黃土的擊實(shí)特性與其形成年代特征無顯著關(guān)聯(lián)。

綜合以上分析，可得出黃土最大干密度及最佳含水率與其不同地層、地質(zhì)年代的關(guān)聯(lián)性較弱，實(shí)際工程施工中嚴(yán)格控制壓實(shí)度，可取得良好的工程效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉武杰.渭南吳田黃土剖面地層擊實(shí)特性研究[D].長安大學(xué)碩士論文，2013.

[2]景宏君，張斌.黃土路基強(qiáng)度規(guī)律[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2004，4（2）：14-18.

[3]JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].