礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)荷載板厚度的試驗(yàn)研究

莫石秀,羅立峰,張先念

(1.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司,廣州 510623;2 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院,廣州 516139)

0 引言

目前在測定礦質(zhì)集料承載比(CBR)時，主要是參考T 0134—1993土的承載比(CBR)試驗(yàn)。該試驗(yàn)的對象是土，而礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)的對象為礦質(zhì)集料。前者經(jīng)擊實(shí)后是一個整體，而后者無法擊實(shí)，是散體結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行貫入試驗(yàn)過程中，隨著貫入桿的壓入，整體的土體變化較為均勻穩(wěn)定，而礦質(zhì)集料則由于突然滑移而出現(xiàn)“突變”的現(xiàn)象，因此如何減少“突變”的次數(shù)或減輕“突變”對CBR的影響，成為礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)是否成功的關(guān)鍵。分析礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)過程，減少“突變”或減輕“突變”與試件頂部荷載板的重量有關(guān)。目前土的承載比(CBR)的荷載板，其作用與之相當(dāng)，每塊重1.25kg，厚1cm(本文按厚度區(qū)分)。

本文在前期大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)，繼承T 0134—1993土的承載比(CBR)試驗(yàn)的部分做法，就荷載板厚度對礦質(zhì)集料承載比(CBR)的影響，進(jìn)行試驗(yàn)研究與分析[1-5]。

1 試驗(yàn)研究的技術(shù)路線

礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)只有頂面是活動的，即礦質(zhì)集料處在一個有下限和側(cè)限的容器中。當(dāng)貫入桿下壓時，集料的側(cè)移除擠密以外，大的變形主要靠向上的變形發(fā)展來消化，于是荷載板的重要性就凸顯出來，因?yàn)楹奢d板的質(zhì)量大小決定了變形量的大小，且存在反比的關(guān)系，當(dāng)貫入壓力恒定時，荷載板的質(zhì)量越大，礦質(zhì)集料的變形越小，反之亦然?？紤]極端情況，假如不允許這個變形，那集料勢必處于一個封閉的不變形的空間內(nèi)，當(dāng)貫入桿下壓作用時，只有壓密，變形小，可以預(yù)測CBR值將會大大提升；相反如果沒有荷載板則頂面在貫入桿作用時很容易發(fā)生變形，或者說會出現(xiàn)“無序”變形，從而導(dǎo)致所測的CBR值變異較大，影響到CBR參數(shù)的取用。因此，合適的荷載板質(zhì)量，會使得礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)中的向上變形由“無序”變?yōu)椤坝行颉保沟盟鶞y定的CBR值更加穩(wěn)定。

本文礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)方法參見文獻(xiàn)[5]。為使得研究更具普遍性，礦質(zhì)集料選用了當(dāng)前我國公路路面工程中較為常用的輝綠巖。荷載板采用0cm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm八種厚度，其1cm厚大小及式樣同土的承載比(CBR)荷載板，通過八組試驗(yàn)分析研究荷載板不同厚度時對CBR穩(wěn)定性的影響。其它試驗(yàn)組件同T 0134—1993土的承載比(CBR)試驗(yàn)和參考文獻(xiàn)[5]。

2 原材料

輝綠巖：廣東河源紫金臨江芙蓉石場生產(chǎn)，物理指標(biāo)及篩分見表1和表2。

表1 輝綠巖(10～20mm)物理指標(biāo)

表2 輝綠巖(10～20mm)篩分結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢

不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢見表3及圖1所示。

表3 不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢

圖1 不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢

(1)當(dāng)荷載板厚度小于5cm時，貫入度為2.5mm和5.0mm時的CBR變化波動趨勢趨同。

(2)當(dāng)荷載板厚度大于5～6cm時，變化波動趨勢相反。這種波動是否具有規(guī)律性，還需進(jìn)一步考察驗(yàn)證。

(3)當(dāng)荷載板厚度大于6cm時，變化一致。其后情況由于數(shù)據(jù)有限，還需進(jìn)一步考察驗(yàn)證。

3.2 不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數(shù)變化趨勢

不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數(shù)變化趨勢見表4及圖2所示。

表4 不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數(shù)變化趨勢

圖2 不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數(shù)變化趨勢

(1)兩者之間的變化趨勢一致，但就數(shù)據(jù)而言，貫入量為2.5mm時數(shù)據(jù)的波動性明顯較貫入量為5.0mm時劇烈很多。就已有的兩組數(shù)據(jù)而言，貫入量為2.5mm時的平均變異系數(shù)為24.5%，貫入量為5.0mm時的平均變異系數(shù)為17.38%，兩者平均變異系數(shù)相差7.12%。

(2)貫入量2.5mm時的變異系數(shù)整體比貫入量5.0mm時的大。

(3)兩個貫入量下的變異系數(shù)均存在最小值，位于3～5cm之間。就最小值而言，貫入量為5.0mm的變異系數(shù)小于貫入量2.5mm時的變異系數(shù)，差值在4%左右。

(4)對比兩組數(shù)據(jù)的平均變異系數(shù)，貫入量為5.0mm的平均變異系數(shù)遠(yuǎn)小于貫入量為2.5mm時的平均變異系數(shù)。對比兩組數(shù)據(jù)變異系數(shù)最小值，貫入量為5.0mm時的最小變異系數(shù)為6.0%，貫入量為2.5mm時的最小變異系數(shù)為10%，由此可以看出，貫入量為5.0mm時試驗(yàn)的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于貫入量為2.5mm時的試驗(yàn)穩(wěn)定性。

(5)鑒于以上成果，推薦礦質(zhì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)采用貫入量為5.0mm。

3.3 貫入量為2.5mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

貫入量為2.5mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化見表5及圖3。

表5 貫入量為2.5mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

圖3 貫入量為2.5mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

(1)CBR和變異系數(shù)均起伏較大。CBR2.5的平均值為48.44%，變異系數(shù)平均值為24.5%。

(2)變異系數(shù)在荷載板厚為3cm時最小，達(dá)到10%，與變異系數(shù)均值相差14.5%。此點(diǎn)所對應(yīng)的CBR2.5為41.58%，與CBR2.5的均值相差6.86%，約平均值的14%。

3.4 貫入量為5.0mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

貫入量為5.0mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化見表6及圖4所示。

表6 貫入量為5.0mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

圖4 貫入量為5.0mm時CBR及變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

(1)CBR和變異系數(shù)起伏平緩。CBR5.0的平均值為76.59%，變異系數(shù)平均值為17.37%。

(2)變異系數(shù)在荷載板厚為4cm時最小，達(dá)到6%，與變異系數(shù)均值相差11.37%。此點(diǎn)所對應(yīng)的CBR5.0為85.3%，與CBR5.0的均值相差8.71%,約平均值的11.37%。

(3)貫入量為5.0mm時的CBR5.0和變異系數(shù)的穩(wěn)定性均優(yōu)于貫入量為2.5mm時的。

3.5 不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數(shù)隨荷載板厚的變化見表7及圖5所示。

表7 不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

圖5 不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數(shù)隨荷載板厚的變化

(1)貫入量為5.0mm時變異系數(shù)隨荷載板厚的變化比較平緩，貫入量為2.5mm時變異系數(shù)隨荷載板厚度的變化起伏較大。

(2)兩者均存在最小值，位于3～4cm之間。貫入量為2.5mm的變異系數(shù)的最小值為10%，貫入量為5.0mm的變異系數(shù)的最小值為6%，相差約4%。

4 結(jié)論及建議

通過上述試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

(1)隨著荷載板厚度的變化，CBR及其變異系數(shù)隨之變化。

(2)隨著荷載板厚度的變化，貫入量為2.5mm時的CBR和變異系數(shù)均相比貫入量為5.0mm時的CBR和變異系數(shù)變化起伏較大，可見采用貫入量為5.0mm時的CBR和變異系數(shù)較為穩(wěn)定。

(3)當(dāng)貫入量為5.0mm，荷載板為3～4cm時，變異系數(shù)存在最小值為6%。

土的承載比(CBR)試驗(yàn)(T 0134—1993)規(guī)定的精密度和允許差CV≤12%。本文試驗(yàn)研究表明：貫入量2.5mm、荷載板為3～4cm和貫入量為5.0mm、荷載板為3～4cm時的變異系數(shù)分別為10%和6%，均能滿足CV≤12%的要求。但考慮到貫入量5.0mm時CBR和變異系數(shù)較為穩(wěn)定，建議改進(jìn)性的集料CBR試驗(yàn)荷載板采用4cm厚，與原土的承載比(CBR)試驗(yàn)(T 0134—1993)一致。