无黏性土的密实度

无黏性土一般是指砂土和碎石土,这两类土中一般黏粒含量很少,不具有可塑性,呈单粒结构,他们最主要的物理状态指标是密实度。土的密实度是指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少,天然状态下的砂、碎石等处于从密实到松散的不同物理状态。天然状态下无黏性土的密实度与其工程性质有着密切的关系。无黏性土呈密实状态时,强度较大,是良好的天然地基;呈松散状态时,则是一种软弱地基。

1.砂土的密实度

反映砂土密实状态的指标主要有孔隙比e、相对密实度Dr、标准贯入试验锤击数N。

(1)孔隙比e。用孔隙比e来判断砂土的密实度是最简便的方法。孔隙比越小,表示土越密实;孔隙比越大,表示土越疏松。根据天然孔隙比,可将砂土划分为密实、中密、稍密和松散四种状态。具体划分标准见表2-4。

表2-4　按孔隙比e划分砂土的密实度

该方法由于没有考虑到颗粒级配这一重要因素对砂土密实状态的影响,再加上从现场取原状砂样存在实际困难,因而砂土的天然孔隙比的数值很不可靠,故该方法在使用上也存在问题。

(2)相对密实度Dr。为了更合理地判断砂土所处的密实状态,可用天然孔隙比e与同一种砂土的最疏松状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比,看e是靠近emax还是靠近emin,以此来判别它的密实度,即相对密实度法。其表达式为:

式中 e——砂土在天然状态下或某种控制状态下的孔隙比;

　　　emax——砂土在最疏松状态下的孔隙比,即最大孔隙比;

emin——砂土在最密实状态下的孔隙比,即最小孔隙比。

将式(2-16)中的孔隙比用干密度替换,可得到用干密度表示的相对密实度表达式:

式中 ρd——砂土的天然干密度;

　　ρdmax——砂土的最大干密度;

　　ρdmin——砂土的最小干密度。

从式(2-16)可以看出,当e接近于emin时,Dr接近于1,表明砂土接近于最密实状态;当e接近于emax时,Dr接近于0,表明砂土接近于最疏松状态。根据砂土的相对密实度Dr可以将砂土的密实状态划分为三种:

从理论上讲,相对密实度的理论比较完善,但是测定emax和emin的试验方法不够完善,试验结果常常有很大出入,难以获得科学的数据,而砂土的天然孔隙比测定也比较困难,所以相对密实度的指标难于测准,对于天然土尚且难以应用,通常多用于填方工程的质量控制中。

(3)标准贯入试验锤击数N。为了避免采取原状砂样的困难,在工程实践中通常用标准贯入试验锤击数来评价砂土的密实度。标准贯入试验是用规定的锤质量(63.5kg)和落距(76cm)把一标准贯入器(带有刃口的对开管,外径50cm,内径35cm)打入土中,记录贯入一定深度(30cm)所需的锤击数N的一种原位测试方法。砂土根据标准贯入试验锤击数N可分为松散、稍密、中密和密实四种密实度,具体的划分标准见表2-5。

表2-5　按标准贯入试验锤击数N划分砂土的密实度

2.碎石土的密实度

对于碎石土,因难以取样试验,为了更加准确地反映碎石土的密实程度,《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定,对于平均粒径小于或等于50mm且最大粒径不超过100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾,可采用重型圆锥动力触探锤击数来评价其密实度;对于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土,应按野外鉴别方法来综合判定其密实度。

(1)以重型圆锥动力触探锤击数N63.5为标准。重型圆锥动力触探是用质量为63.5kg的落锤以76cm的落距把探头(探头为圆锥头,锥角60°,锥底直径7.4cm)打入碎石土中,记录探头贯入碎石土10cm的锤击数N63.5。根据重型圆锥动力触探锤击数N63.5可将碎石土划分为松散、稍密、中密和密实四种密实度,具体的划分标准见表2-6。

表2-6　碎石土的密实度

(2)碎石土密实度的野外鉴别。碎石土的密实度可以根据野外鉴别方法划分为密实、中密、稍密、松散四种状态,其划分标准见表2-7。

表2-7　碎石土密实度野外鉴别方法

续表