水利工程粗粒zui大干密度試驗裝置

一、目的與適用范圍

采用振動臺法測定無粘性自由排水粗粒土和巨粒土（包括堆石料）的zui大干密度。

試驗適用于通過0.074mm標準篩的質量百分率不大于15%的粗粒土和巨粒土。對zui大顆粒大于60mm的巨粒土，應相似級配法制備縮小粒徑的系列模型試料。

二、試驗儀器設備

振動臺、試筒、套筒，加重底板、加重塊、百分表及表架、臺秤、起吊機、標準篩及其他工具。

三、試驗主要步驟

1.干土法

1)    將充分攪拌均勻并烘干的試樣分成三份。將其中一份裝入已稱量的試筒中，注意使顆粒分離度zui小（裝完擊實后的試樣等于或略低于筒高的1/3）。

2)    放置合適的加重底板于試料上，卸下加重底板把手。將試筒固定于振動臺上，裝上套筒，將合適的加重塊置于加重底板上。設定振動臺的振動頻率和振幅，開啟振動機，在50Hz下振動10min在60Hz下振動8min。振畢卸去加重塊及加重底板。

3)         重復以上1)、2)步驟進行第二、第三層振動壓實。第三層振畢加重底板不再立即卸去。

4)    卸去套筒，將百分表架支桿插入每個試筒導向瓦套孔中，刷凈試筒頂面上及加重底板上位于試筒導向瓦兩側測量位置所積落的細粒土。分別測讀并記錄試筒導向瓦每側試筒頂沿面（中心線處）各三個百分表讀數，共12個讀數（其平均值即為百分表初始讀數R_i）；再從加重底板上測讀并記錄出相應讀數（其平均值即為終了百分表讀數R_f）。

5)    卸去加重底板，卸下套筒，在此過程中若試筒沿面和加重底板上的細粒土落入試筒中的質量超過試樣總質量的0.2%，應測定其質量，并在報告中注明。

6)         在合適的臺稱上稱量并記錄試筒及試樣總質量，計算zui大干密度ρ_dmax。

7)         重復以上1)至6)步驟，直至獲得一致的zui大干密度值（在2%以內）。

2.濕土法

1)    將板均勻顆粒級配及含水量的試料，大致分成三份。如果向干料中加水，zui小飽和時間位0.5小時，加水宜加到足夠份量。

注：對于估算向烘干試料中的加水量，起初可嘗試每4.5kg試料加約1000ml的水量，或按下式估算：

M_w=M_s(ρ_w／ρ_d－1／G_s)

式中：M_w—— 加水量，g

ρ_d——由起初振密結果所估算的干密度，kg/m³

 M_s——試樣質量，g,

Ρ_w——水的密度,1000 kg/m³

G_s——土粒比重，kg/m³

2)    裝試筒于振動臺上。啟動振動臺，將濕料徐徐裝填入試筒（裝填宜使振畢試樣等于或略低于筒高的1/3），大致振動2～3min后，宜用盡可能不帶走土粒的辦法吸去試樣表面的所有自由水。

3)         裝上加重底板、套筒及加重塊，振動試筒及試樣。振畢卸去加重塊及加重底板，吸去試樣表面所有的自由水。

4)         進行第二、第三層振動壓實。第三層振畢加重底板不再立即卸去。

5)         卸下套筒，吸去加重底板上及邊緣的所有自由水。按“干土法”中步驟4）測讀并記錄百分表讀數。

6)         卸下加重底板及試筒。測定并記錄試筒與試樣的總質量。為測定試樣的含水量，仔細地將試筒中全部濕試樣倒入已知質量地盤中，并將粘附于試筒內壁及筒的所有顆粒沖洗于盤中，然后將試樣烘干至衡量，測定并記錄其烘干質量。

四、計算

對干土法，zui大干密度按下式計算：

ρ_dmax=M_d／V

式中：ρ_dmax——zui大干密度，kg/m³

M_d——干試樣質量，kg

V——振畢密實試樣體積，m³

V=[V－Ac(ΔH ／10)]×10⁶筒

V——標定的試筒體積，m³

Ac——標定的試筒橫斷面積, cm²

ΔH＝(R_i －R_f)( 順時針讀數百分表)

   ＝(R_f －R_i)（逆時針讀數百分表）

R_i——初始百分表讀數，0.01mm

R_f——振畢后加重底板上相對位置百分表終讀數的均值，0.01mm

T_p——加重底板厚度，mm

對濕土法，zui大干密度按下式計算：

ρ_dmax＝M_m/[V(1＋0.01ω)]

式中：M_m——振畢密實濕試樣質量，kg；

ω——振畢密實試樣含水量，％。

巨粒土原型料zui大干密度應按以下方法確定：

1.        作圖法

2.        計算法

對幾組系列試驗結果用曲線擬合法可整理出下式：

ρ_dmax＝a＋b㏑M_r

式中a、b為常數。

由于M_r＝1時，ρ_dmax＝ρ_Dmax ，所以a＝ρ_Dmax ，

即ρ_dmax＝ρ_Dmax＋b㏑M_r,

令M_r＝1時，即得原型料值ρ_Dmax。

五、備注：

計算干土法所測定的zui大干密度試驗結果的平均值作為試驗報告的zui大干密度值，當濕土法結果比干土法高時，采用濕土法試驗結果的平均值。

zui大干密度試驗結果精度要求如表：