第31卷第2期 岩 土 力 学 V ol.31 No.2 2010年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2010
文章编号：1000－7598 (2010) 02－0382－05
含粗粒的细粒土的压实特性研究
冯瑞玲1，陶建利2，赵占厂3，沈宇鹏1
（1. 北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044；2. 中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097；3. 中交桥梁技术有限公司，北京 100016）
摘 要：以2种不同的细粒土及18种不同级配的含粗粒的细粒土为研究对象，进行了大量的室内击实试验，来寻求含粗粒的细粒土的最佳击实功，从而确定当路基填料为含粗粒的细粒土时，其室内最大干密度的试验方法。在此基础上，提出含粗粒的细粒土的最大干密度宜采用重型击实试验法确定，且每层的击实次数宜增加为130击。同时，利用多元线性回归方法对试验结果进行了分析，得到了最大干密度与土中各个粒组含量之间的线性关系式。结果表明，含粗粒的细粒土的最大干密度与各粒组含量之间存在良好的线性关系。
关 键 词：含粗粒的细粒土；最大干密度；确定方法；影响因素；多元线性回归 中图分类号：TU 411 文献标识码：A
Research on compaction property of fine soil containing coarse granulae
FENG Rui-ling1, TAO Jian-li 2, ZHAO Zhan-chang 3, SHEN Yu-peng 1
Beijing 100097, China; 3. CCCC Highway and Bridge Consultants Co. Ltd., Beijing 100088, China)
(1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. China Highway Engineering Consulting Group Company Ltd.,
Abstract: Through compaction test of 2 kinds of fine-grained soil and 18 kinds of soil containing coarse granulae in the lab, the optimum compaction energy of the soil containing coarse granulae is studied when it is used as the embankment fill material. The test results show that the suitable test method of the maximum dry density for the soil containing coarse granulae is heavy compaction test; and the compaction times should be increased to 130 for each layer. The relationship between the maximum dry density and the granulae size group is analyzed through multiple linear regression; and the results show there is a good linear relationship between them.
Key words: the soil containing coarse granulae; maximum dry density; test method; affect factors; multiple linear regression
1 引 言
随着我国高速公路向山岭重丘区的延伸，为了合理利用资源，路基填料大都就地取材，采用粗粒土[1]或含粗粒的细粒土[1]进行填筑。用这类材料填筑的高速公路，经过几年的运营之后，所反映出的共性问题，就是对粗粒土及含粗粒的细粒土的性质认识不清，这不但增加了工程成本，而且还影响了路基的使用寿命、行车安全和环境保护。究其原因主要是由于我国现行相关规范中，对路基压实质量的控制方法及指标均是针对细粒土提出的
[1, 3－4][2]
多元线性回归方法来研究其标准干密度的确定方法、影响最大干密度的因素及其影响程度。
2 试验材料及试验方案
2.1 试验材料
试验选用的两种不同的细粒土原材料分别为取自山东滨州的低液限黏土和山东济宁的高液限黏土，同时还选择了取自山东莱芜的砂（河砂）和山东济南的砾石（石灰岩）土样作为细粒土原材料的外掺材料，来研究细粒土及含粗粒的细粒土的压实特性。细粒土原材料的性质见表1，细粒土原材料及外掺材料的级配组成见图1。 2.2 试验方案
为了确定细粒土及含粗粒的细粒土的标准干密度的确定方法，对两种细粒土原材料及由它们所组
。
对于由含粗粒的细粒土填筑的路基，往往都参照细粒土的相关标准执行。鉴于此，本文中以含粗粒的细粒土为研究对象，通过大量的室内击实试验，以
收稿日期：2009-01-14
第一作者简介：冯瑞玲，女，1976年生，博士，博士后，副教授，主要从事路基工程及岩土工程方面的教学与科研工作。E-mail: rlfeng@bjtu.edu.cn
第2期 冯瑞玲等：含粗粒的细粒土的压实特性研究 383
成的不同配合比的材料分别进行了击实次数分别为70、98、130、150、170次的击实试验，击实试验
的其他参数均按照《公路土工试验规程》[1]中的重型击实Ⅱ.2执行。
表1 原材料性质表
Table 1 Physical indexes of the natural soil
材料名称 土样1 土样2
采集地区
塑性指标
w L / %
土粒相对密度
w p / % 19.1
I P 10.8
G s 2.70
土名 低液限黏土
备注 以下简称黏土1以下简称黏土2
山东滨州黄河大桥 29.9
济宁泗水 60.0 23.7 36.3 2.74 高液限黏土
%
/数100分百80量质60土的40径粒20某于0小100
10
10.1
0.01
0.001粒径/ mm
图1 细粒土原材料及外掺材料的级配曲线 Fig.1 Gradation curves of the fine natural soil
and the additive soil
3 含粗粒的细粒土的最佳击实功
不同级配的配合比材料，在不同击实功时的最大干密度与击实功的关系曲线如图2～7所示。其中图2为在黏土1中分别掺入15 %的砂、砂砾和砾石
1.85) 3m c /g 1.80( /度密1.75干大1.70最1.65
1 900
2 9003 900
4 900
击实功/ (kJ/m3
)
图2 黏土1击实功与干密度关系曲线（85:15） Fig.2 Curves between the compaction energy Fig.3 Curves and the dry density for clay #1 (85:15)
2.05) 3m 2.00c /g 1.95( /度1.90密1.85干1.80大1.75最1.701.65
1 900
2 9003 9004 900
击实功/ (kJ/m3)
图4 黏土2击实功与干密度关系曲线（55:45） Fig.4 Curves between the compaction energy Fig.5 Curves and the dry density for clay #2 (55:45) 后的击实功与干密度曲线，图3、4为在黏土1中掺入的砂、砂砾、砾石含量分别为30 %和45 %时的试验结果，图5～7为在黏土2中掺加砂、砂砾及砾石的含量分别为15 %、30 %和45 %时的试验结果。
从图2～7中可以看出：
（1）不同级配的细粒土的最大干密度随击实功的增加而增大。当击实功增加到一定值时，再增大击实功，最大干密度值并不随之继续增长，而是趋于一定值或出现减小的现象。由此说明，对于某一级配的含粗粒的细粒土存在一个最佳击实功，在此击实功下，该土样可达到最大干密度值（此处的最大干密度并非98击/层时对应的最大值）。本次试验所用各种级配含粗粒的细粒土的最佳击实功均为 3 555.1 kJ/m3，相应的击实次数为130击/层。
2.05
) 3m 2.00c /g 1.95( /度1.90密1.85干1.80大1.75最1.701.65
1 900
2 9003 900
4 900
击实功/ (kJ/m3
)
图3 黏土1击实功与干密度关系曲线（70:30） between the compaction energy
and the dry density for clay #1 (70:30)
黏土2
黏土2+砂
1.95) 3m c 1.90/g ( 1.85/度密1.80干1.75大最1.701.65
1 900
2 900
3 900
4 900
击实功/ (kJ/m3)
图5 黏土2击实功与干密度关系曲线（85:15） between the compaction energy
and the dry density for clay #2 (85:15)
384 岩 土 力 学 2010年
黏土
2
2.05
2.001.951.901.851.801.751.701.65
1 900最大干密度/ (g /c m 3)
黏土2+砂
2.202.102.001.901.801.701.60
1 900
2 900
3 900
4 900
击实功/ (kJ/m3)
2 900
3 900
3
最大干密度/ (g /c m 3)
4 900
击实功/ (kJ/m)
图6 黏土2击实功与干密度关系曲线（70:30） 图7 黏土2击实功与干密度关系曲线（55:45） Fig.6 Curves between the compaction energy Fig.7 Curves between the compaction energy
and the dry density for clay #2 (70:30) and
（2）当掺加同一种粗粒料时，随着粗颗粒含量的增加，含粗粒的细粒土的最大干密度增大。 （3）当掺加比例相同时，掺加料的粒径越大，所形成的含粗粒的细粒土的干密度也越大。当粗粒组含量较小时（
综上所述，含粗粒的细粒土存在一个最佳击实
功。在该击实功下，土体可达到最大干密度值（此处的最大干密度并非98击/层时对应的最大值）。本次试验用的含粗粒的细粒土的最佳击实功约为 3 555.1 kJ/m3，相应的击实次数为130击/层。
4 粒组含量与土的最大干密度的关系
图8为各种不同级配含粗粒的细粒土的粗粒组含量与其相应的最大干密度关系。从图中可以看出，级配黏土1与级配黏土2中粗粒组含量与其相应的最大干密度之间存在良好的线性关系，一元线性回归后的结果见表2。
从图8中可以看出，由低液限黏土与高液限黏土所组成的含粗粒的细粒土，分别与各自的粗粒组含量之间具有较好的线性关系，但若将两组土样综合起来看，仅用粗粒组含量一个自变量很难找出与干密度之间的关系。此外，由于含粗粒的细粒土的最大干密度，不仅受粗粒组含量的影响，同时与细粒组含量也有关系。因此，以下将级配低液限黏土与级配高液限黏土共20种土样，综合起来寻找影响最大干密度的因素及各因素的影响程度。
分析过程中进行了两元、三元、四元回归，采用的自变量有砾粒组含量LC 、砂粒组含量SC 、粉粒组含量FC 、黏粒组含量NC 、粗粒组含量CC 、细粒组含量XC 等，四元回归分析结果见表3。
从分析结果中可以看出，当采用级配黏土1与黏土2共20组进行回归时，四元回归的效果较好，其复相关系数均大于0.9，即含粗粒的细粒土中的砾粒组、砂粒组、粉粒组、黏粒组的含量对其干密度
the dry density for clay #2 (55:45)
均有显著的影响，且干密度与各粒组含量之间有较好的线性关系。
98击(黏土1) 130击(黏土1) 98击(黏土2)
130击(黏土2) 98击(黏土1) 130击(黏土1) 98击(黏土2) 130击(黏土2)
2.20) 3m c 2.10/g ( 2.00/度密1.90干大1.80最1.701.60
[***********]606570
粗粒组含量/ %
图8 含粗粒的细粒土中粗粒组含量与土体
最大干密度的关系曲线
Fig.8 Curves between the coarse granulae content
in the fine soil with some coarse granulae in it and the maximum dry density
根据本次试验及分析结果，认为含粗粒的黏性土的最大干密度与各粒组含量之间的关系满足表3中的四元回归方程。利用该方程可以预测含粗粒的黏性土的最大干密度。
5 粗粒含量与土的最佳含水率的关系
在细粒土中掺加粗粒组颗粒，不仅对细粒土的最大干密度有很大的影响，而且对其最佳含水率也有影响。为了研究不同种类、不同掺量的外掺材料对细粒土最佳含水率的影响程度，对本次试验所用的3种外掺材料，分别测试了其饱水率，然后根据
其饱水率来计算级配土样中素土的总吸水率w ′op 。素土的总吸水率w ′op
为级配土样在最佳含水率时所需的总水量与级配土样中素土颗粒重量的比值。试验用的砂、砂砾、砾的饱水率分别为5.3 %、3.3 %、1.3 %。不同外掺材料及掺加比例时土样的试验及计
第2期 冯瑞玲等：含粗粒的细粒土的压实特性研究 385
算结果见表4。表4中w op 为土样的最佳含水率，由击实试验结果得到；γd max 为土样的最大干密度，由
′为素土的总吸水率；Δw 为击实试验结果得到；w op
试验用素土的最佳含水率与级配土样中素土总吸水率的差值。
从表4中可以看出：在细粒土中掺加粗粒料后所形成的级配土样，在外掺材料种类及掺加量不同时，级配材料中素土的总吸水率均较接近于素土的最佳含水率：
（1）在98击时，除去粉土:砂=70:30与粉土:砂=55:45的两种土样外，其余各级配材料中素土
的总吸水率与素土的最佳含水率的差值均小于2 %，最大为1.68 %；
（2）在130击时，除去粉土:砂砾=70:30与粉土:砾=85:15的两种土样外，其余各级配材料中素土的总吸水率与素土的最佳含水率的差值也大约在含水率控制的误差范围之内。
因此，对于含粗粒的细粒土，当粗粒组的粒径超过《公路土工试验规程》[1]中的相关规定后，可以剔除超径粗粒组，仅对规程中允许粒径的土进行击实试验，并以其最佳含水率来控制全粒径材料现场碾压时的含水率。
表2 级配黏土1与黏土2一元回归结果
Table 2 The unitary regression results of the gradation clay #1 and #2
击数 98 130
级配黏土1
级配黏土2
回归方程
=1.059+0.013 5CC
R
0.944 9 0.955 1
ρd max ρd max
回归方程
=1.554 4+0.008 2CC
R
0.970 2 0.975 0
ρd max =1.061 1+0.013 9CC ρd max =1.599 8+0.008CC
注：ρd max 为最大干密度；CC 为粗粒组含量。
表3 粒组含量与最大干密度的线性回归结果汇总表
Table 3 The linear regression results between the granulae content and the maximum dry density
击数 98 130
ρd max
四元回归方程
=10.427 2−0.080 4LC −0.081 7SC −0.091 8FC −0.086 3NC
R S 显著性检验 0.908 0.052 4 F99显著 0.939 0.043 4 F99显著
ρd max =10.416 07−0.079 7LC −0.081 4SC −0.091 5FC −0.085 7NC
注：四元回归方程中LC 为砾粒组含量（%），砾粒组粒径范围为2～60 mm；SC 为砂粒组含量（%），砂粒组粒径范围为0.074～2 mm；FC 为粉粒组含量（%），粉粒组粒径范围为（0.002～0.074mm ）；NC 为黏粒组含量（%），黏粒组粒径范围为小于0.002 mm的颗粒。
表4 级配材料的含水率
Table 4 The moisture contents of the gradation material
98击 130击
配合比材料
w op / %
γd max / (g/cm)
3
′ w op / %
Δw
w op / %
γd max / (g/cm) 1.78 1.85 1.77
3
′ w op / %
Δw
/ % / %
粉土 15.0 1.69 15.00 0.00 15.14 1.70 15.14 0.00 粉土:砂=85:15 13.7 粉土:砂=70:30 粉土:砂=55:45 粉土:砂砾=85:15 粉土:砂砾=70:30 粉土:砂砾=55:45 粉土:砾=85:15 粉土:砾=70:30 粉土:砾=55:45
1.75 16.12 -1.12 13.50
15.88 -0.74 16.29 -1.15 14.47
0.67
13.0 1.81 18.57 -3.57 11.40 11.0 1.92 20.00 -5.00 9.40 13.4 1.75 15.76 -0.76 12.30
1.94 17.09 -1.95
10.0 1.85 14.29 0.71 8.50 1.86 12.14 3.00 7.9 1.95 14.36 0.64 7.20 2.00 13.09 2.05 11.4 1.72 13.41 1.59 10.80 1.77 12.71 2.43 10.9 1.91 15.57 -0.57 9.80
1.91 14.00 1.14
8.2 1.97 14.91 0.09 7.20 2.02 13.09 2.05
1.83 19.29 0.21 15.70
1.85 18.47 -0.42
黏土 19.5 1.69 19.50 0.00 18.05 1.74 18.05 0 黏土:砂=85:15 16.4 黏土:砂=70:30 黏土:砂=55:45 黏土:砂砾=85:15 黏土:砂砾=70:30 黏土:砂砾=55:45 黏土:砾=85:15 黏土:砾=70:30 黏土:砾=55:45
13.2 1.90 18.86 0.64 13.00 1.94 18.57 -0.52
10.5 2.00 19.09 0.41 9.10 2.01 16.55 1.50 16.6 1.84 19.53 -0.03 15.40 13.9 1.93 19.86 -0.36 12.20
1.86 1.97
18.12 -0.07 17.43
0.62
9.8 2.07 17.82 1.68 9.10 2.08 16.55 1.50 15.4 1.81 18.12 1.38 14.30 1.85 16.82 1.23 13.8 1.94 19.71 -0.21 12.80
1.99
18.29 -0.24
10.1 2.02 18.36 1.14 9.50 2.07 17.27 0.78
386 岩 土 力 学 2010年
6 结 论
通过对2种不同的细粒土及18种含粗粒的细粒土进行的大量的击实试验及对试验结果进行多元线性回归分析，所得主要结论如下：
（1）对于含粗粒的细粒土，宜采用现行《公路土工试验规程》（JTJ051－93）中重型击实Ⅱ.2的相关标准，并将击实次数增加至130击/层。 （2）粗粒组的含量对细粒土的最大干密度有显著的影响。含粗粒的黏性土的最大干密度与各粒组含量之间存在良好的线性关系，且满足表3中的2个回归方程。
（3）对于含超径粗粒料的细粒土，可以剔除超径粗粒组，仅对规程中允许粒径的土进行击实试验，并以其最佳含水率来控制全粒径材料现场碾压时的含水率。
参 考 文 献
[1] 饶鸿雁, 杨世基, 刘书套, 等. JTJ 051－93公路土工试
验规程[S]. 北京: 人民交通出版社, 1993.
[2] 冯瑞玲. 公路路基填土的压实标准研究[R]. 北京: 交
通部公路科学研究所, 2005.
[3] 杨盛福, 陈永耀, 成平, 等. JTG B01－2003公路工程
技术标准[S]. 北京: 人民交通出版社, 2004.
[4] 沈金安, 李福普, 吕桂芝, 等. JTJ059－95公路路基路
面现场测试规程[S]. 北京: 人民交通出版社, 1995. [5] 沙庆林. 公路压实与压实标准[M]. 北京: 人民交通出
版社, 1999.
[6] 刘肇生. “经济击实功”的实验确定与应用[J]. 力学与
实践, 1995, 17(2): 39－40
LIU Zhao-sheng. Study on the “economic compaction energy” through the lab test[J]. Mechanics and Engineering , 1995, 17(2): 39－40.
第八届全国土动力学学术会议第一号通知
（2010年12月24日～26日，哈尔滨）
主办单位：中国振动工程学会土动力学专业委员会 承办单位：中国地震局工程力学研究所 协办单位：哈尔滨理工大学
第八届全国土动力学学术会议将于2010年12月在素有冰城夏都之称的哈尔滨隆重召开。本届会议由中国振动工程学会土动力学专业委员会主办并得到相关学会的支持，中国地震局工程力学研究所承办，哈尔滨理工大学协办。
我国是目前世界上土木工程发展最快的国家，重大工程建设规模之宏大、数量之众多、环境之复杂是人类历史上前所未有的，土木工程防灾减灾问题已经成为当今土木工程学科中最重要、最活跃和最具挑战性的研究领域，土动力学及岩土抗震工程问题是其中的关键研究课题之一。
2008年5月12日，我国四川汶川发生了8.0级大地震。此次地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震，给人民生命财产造成了巨大损失。地震中岩土破坏引起的灾害占整个震害的比重是我国以往大地震中罕见的，出现了诸多值得深入研究的新现象和新问题，对土动力学及岩土工程抗震研究提出了挑战。
每四年召开一次的全国土动力学学术会议，已经成为我国土动力学领域规模最大、最有影响、最具特色的系列化学术会议，成为本专业委员会凝聚全国同行专家人心、团结队伍、交流成果的一个知名学术品牌和平台。
第八届全国土动力学学术会议的主题是“创新、实践、安全”。会议立足于交流近年来我国土动力学领域最新研究成果, 推动理论在工程实践中的应用，为我国人居和重大工程提供安全环境而努力。会议必将为从事土动力学研究和应用的科技工作者提供一个良好交流机会，为我国未来防灾减灾事业的发展提供重要的技术支持。
论文议题：（1）土的动力特性与本构关系；（2）土工动力测试技术及其应用；（3）岩土动力解析与数值方法； （4）地面运动与场地效应；（5）土体-结构动力相互作用分析；（6）地震液化判别和危害性评价；（7）土工结构与边坡工程抗震；（8）减振隔振技术与环境岩土工程；（9）基础和地下工程抗震；（10）生命线工程抗震；（11）海洋土动力特性与海洋岩土工程；（12）爆炸及其它高速人工荷载下土体响应；（13）土工震（振）灾监测技术；（14）土工抗震加固技术；（15）计算机技术应用；（16）汶川地震岩土抗震问题；（17）规范、政策议题及行业标准；（18）工程实录。
会议论文征集：会议论文应为未经发表过的最新成果。学术委员会将组织专家对所提交的论文进行审查，精选一定数量的优秀论文在《地震工程与工程振动》专刊上正式发表，其余通过审查的论文将以论文集的形式印刷，采用无刊号方式出版。论文格式参考《地震工程与工程振动》，论文篇幅应尽量控制在6页以内。论文请按时通过电子邮件发到大会秘书处大会论文提交邮箱中。
重要日期：2010年6月30日，论文全文截止时间；2010年7月31日，论文录用通知时间； 2010年9月30日，论文修改稿截止时间。
大会秘书处联系人：孙 锐 0451－86673512，[1**********]；陈龙伟 0451－86652942，[1**********] 通信地址：哈尔滨学府路29号中国地震局工程力学研究所 邮政编码：150080 大会论文提交邮箱：iemsr@163.com
（摘自 中国地震局工程力学所 网站）