關于土的承載比試驗的若干問題的探討

張林波，李 瑤，趙 青

(1.重慶錦程工程咨詢有限公司，重慶 401147;2.湖南省吉茶高速公路建設開發(fā)有限公司，湖南吉首 416000)

CBR試驗是1928年O·J·Porter在美國加利福尼亞州進行瀝青路面破壞調查時，為比較地方材料的強度而提出的，它是把試件貫入量達到2.5 mm時單位壓力對標準碎石壓入相同貫入量時標準荷載壓強的比值，稱為CBR。

1 室內(nèi)CBR試驗原理

按照《公路土工試驗規(guī)程》中的相關試驗方法確定材料的最大干密度和最佳含水量，以最佳含水量和最大干密度分別制取試件并模擬材料在浸水狀態(tài)下產(chǎn)生應力變形等不利因素，給材料結構附加應力，從而確定材料的破壞變形因素和承載力，為現(xiàn)場材料的施工提供科學的理論依據(jù)。

2 主要試驗儀器要求

1)試筒:內(nèi)徑152 mm、高170 mm的金屬圓筒;高50 mm的套環(huán);直徑151 mm、高50 mm的筒內(nèi)墊塊。

2)夯錘和導管:夯錘的底面積直徑為50 mm，總質量4.5 kg，夯錘在導管內(nèi)的總行程為450 mm。

3)路面材料強度儀:能量不小于50 kN，能調節(jié)貫入速度至每1 min貫入1 mm，可采用測力計式。

4)荷載板:直徑 150 mm，中心孔眼直徑52 mm，每塊質量1.25 kg，共4塊，并沿直徑分為兩個半圓塊。

3 試驗的主要技術要求

1)采取有代表性土樣，風干后進行搗碎，進行篩分試驗。

2)在預定做試驗之前前一天，取有代表性的試料測定其風干含水率。

3)按《公路土工試驗規(guī)程》T 0131－2007進行擊實試驗，按計算出的最大干密度和最佳含水量制取30擊次、50擊次、98擊次的試件各3個。

4)加荷載板安裝百分表，在水槽內(nèi)浸水4晝夜后測膨脹量。

5)在貫入桿上加載45 N的荷載，調整百分表至整數(shù)，加荷使貫入桿以1～1.25 mm/min的速度壓入試件，并讀取測力和測變形的數(shù)據(jù)。

6)繪制p－l關系曲線，必要時進行原點修正。

7)依據(jù)p－l關系曲線讀取貫入量為2.5 mm和5 mm的單位壓力。貫入量為2.5 mm的CBR2.5=(p/7 000)×100，貫入量為 5 mm的CBR5=(p/10 500)×100。在試驗中如貫入量為5 mm的承載比大于2.5 mm的承載比，則試驗應重新做，如結果仍然如此，則采用5 mm的承載比。

4 試驗操作中的要點

4.1 控制測力百分表偏差

在貫入試驗時，兩個測力的百分表經(jīng)常會出現(xiàn)較大的讀數(shù)數(shù)值偏差或一側百分表停止甚至倒轉的情況，其主要原因有:①制件過程中加入土樣時沒有將表面整平，擊錘下落后產(chǎn)生了偏心應力，致使試件擊實功產(chǎn)生了變化。②在貫入試驗中，把試件放入路面材料強度儀的升降座時，沒有調整偏球座，使貫入桿與試件幾何對中并頂面全面接觸;在試驗過程中要尤為注意以上情況。

4.2 浸泡96 h時水面高度

在試驗過程中很多人把高出試件頂面25 mm誤解為高出土面25 mm，這是欠合理的。浸水的目的就是模擬材料在使用過程中遇到的不利狀態(tài)，借以論證材料的特性;如果水面只高出土面25 mm就不能保證在這個浸水時間內(nèi)試件和水的充分接觸并保水，也將會嚴重影響膨脹量和承載比的取值。

4.3 選擇應力環(huán)

《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定以1～1.25 mm/min的貫入速度壓入試件時應使貫入量為250×10－2mm時能有5個以上的讀數(shù)，測力計內(nèi)的第一個讀數(shù)應為貫入量30×10－2mm左右。故根據(jù)不同土質選擇不同等級的應力環(huán)至關重要。據(jù)以往操作經(jīng)驗和理論分析，對于黏性土、砂土宜用7.5、10、30 kN的測力環(huán);礫土、含石質土一般選擇30、50 kN的測力環(huán)。另外使用過程中，應力環(huán)的示值重復性相對誤差不大于0.3%，示值進回程相對誤差不大于1.5%，示值長期穩(wěn)定度(3個月)不大于0.3% 。

4.4 先預壓45 N荷載

貫入試驗前必須模擬路面自重荷載對路基的作用，在貫入桿上施加45 N的初始壓力，使貫入桿緊密地與試件頂面接觸。然后將測力和測變形的百分表均調整為整數(shù)，記錄起始讀數(shù)。試驗中黏性土、砂土變形量小，一般把起始讀數(shù)調為0，原來施加的45 N作用力及其貫入量可不體現(xiàn)在單位壓力與貫入量曲線上。在一些土的試驗中，先預壓45 N后再調整為0。在實際操作過程中很難實現(xiàn)，因為當壓到45 N后停機調整時應力環(huán)百分表通常會因土的回彈力退回到原位置，操作時要注意進行加載調整。

4.5 原點修正

圖1 p—l關系圖

以單位壓力(p)為橫坐標，貫入量(l)為縱坐標，繪制p－l關系曲線。當發(fā)現(xiàn)曲線起始部分反彎時要進行修正，其方法是在變曲率點引一切線與坐標軸交于O'點，并以O'為坐標系的原點。但要注意原點改變以后，單位壓力應平移到新原點(如圖1)，單位壓力應隨著平移后的原點變化。在圖示中O'就是修正后的坐標原點，在求單位壓力時要充分考慮整個曲線應向右平移0.2 mm，如原來2.5 mm對應的約為910 kPa，現(xiàn)在就應該變?yōu)?.7 mm對應的約為1 010 kPa了，CBR值也就出現(xiàn)了較大的變化。

4.6 應力環(huán)回歸方程的求解

在試驗過程中，應力環(huán)的校正系數(shù)對試驗結果的影響是很大的，然而這也是試驗中常忽視的，下面簡單介紹兩種方法。

4.6.1 最小二乘法

最小二乘法的基本原理是當所有測量數(shù)據(jù)的偏差平方和最小時，所得到的直線最優(yōu)。

直線方程為y=bx+a(y為荷載，x為百分表讀數(shù))

如按表1標定結果:可解出:y=0.139 6x－13.904，R2=0.999 9。

表1 標定結果

4.6.2 用EXCEL電子表格求解

按表1中的標定結果 ，以百分表讀數(shù)為x軸，荷載為y軸，點擊插入圖表→選擇xy散點圖→單擊下一步→填寫圖標名稱和軸名，然后點擊完成。在點擊完成的圖形上選擇添加趨勢線，把選擇類型設為線性同時設置選項顯示公式和顯示R2值，確定后見圖2。

圖2 百分表—荷載關系圖

4.6.3 EXCEL統(tǒng)計函數(shù)求校正系數(shù)

文檔里第2行輸入荷載(力值)，第1行輸入百分表讀數(shù)(變形)，選擇LINEST線性回歸，結果乘以10，同樣可以得到應力環(huán)的解。見圖3。

圖3 EXCEL統(tǒng)計函數(shù)求解圖

5 結語

以上介紹為平時在試驗過程中的一些總結和分析，還有很多方面的問題需要在以后進一步發(fā)現(xiàn)，總之，只有認真理解試驗方法，嚴格執(zhí)行試驗規(guī)范，才能讓試驗結果接近實際。

［1］JTJ 051－93，公路土工試驗規(guī)程［S］.