1.5 土的压实性

土的压实性是指土体在荷载作用下密度提高的特性。对于以土作为建筑材料的工程，为控制填土的强度和变形，在施工中需通过逐层压实来提高密实度。

1.5.1 击实试验

土的压实特性通常在室内通过击实试验来研究。击实试验分轻型和重型两种，试验所用仪器如图1.15所示，轻型击实试验适用于粒径d<5mm的黏性土，重型击实试验采用大击实筒，当击实层数为5层时适用于粒径d≤20mm的土，当采用三层击实时，最大粒径d≤40mm、且粒径大于35mm的颗粒含量不超过全重的5%。

对于轻型击实试验，首先将风干碾碎的代表性土样过5mm筛，将筛下土样拌匀并测定其风干含水率。根据土的塑限预估最优含水率。按依次相差约2%的含水率制备至少5个不同含水率的一组试样，其中应有2个含水率大于塑限、2个含水率小于塑限、1个含水率近似塑限。试验时，将上述某一含水率的土料分3层装入击实筒并将土面整平，分层击实。每层土料用击实锤均匀击打25下，击锤落高由导筒控制。然后用推土器将击实后的试样从击实筒中推出，取2个代表性土样测其含水率 （差值应小于1） w，并按下式计算干密度，即

图1.15 轻、重型试验仪（单位：mm）

（a）轻型击实筒；（b）重型击实筒；（c）2.5kg击锤；（d）4.5kg击锤

1—套筒；2—击实筒；3—垫块；4—垫块；5—提手；6—导筒；7—硬橡皮垫；8—击锤

图1.16 ρ_d-w关系曲线

式中：ρ₀为试样的湿密度，由击实筒体积和筒内被压实试样的总质量确定；w为对应于某一制备土样被压实后的含水率。

对上述制备的不同含水率试样采用同样的方法逐一进行击实，然后测定各试样的干密度ρ_d和含水率w，在直角坐标系中绘制出如图1.16所示的ρ_d-w击实曲线。

如图1.16所示曲线存在一极值点，由此可获得试验土样的最大干密度ρ_dmax，对应的含水率被定义为最优含水率w_op：在击实功一定的情况下，使土体最易被压实，并能达到最大干密度时的含水率。

击实试验是确定压实填土最大干密度和最优含水率的有效方法。当无试验资料时，最优含水率w_op可按塑限含水率近似确定，即w_op=w_P±2%，最大干密度ρ_dmax的计算公式为

式中：η为经验系数，对粉质黏土可取0.96，粉土取0.97；其余符号意义同前。

1.5.2 压实特性

1.压实机理

对细粒土，包括黏性土和可压实的粉土，在一定的压实能量下，只有当含水率适当时才能被压实到最大干密度，这一机理可通过土中水的状态和作用来解释：

（1）当含水率偏低时，土颗粒周围的结合水膜很薄，致使颗粒间具有很强的引力，阻止颗粒移动并使颗粒趋向于任意排列，击实功必须克服这种引力才能使颗粒产生相对位移，造成击实效果降低。此时随着土中含水率的增加，粒间引力逐渐减小，击实功的有效作用也将随之增大。

（2）当含水率偏高时，虽然颗粒间引力较小，但孔隙中存在自由水，击实时孔隙中过多水分不易立即排出，妨碍着土颗粒相互靠拢，同时土体中的封闭气泡也会影响颗粒间力的传递，此时击实功仅能导致颗粒更高程度的定向排列，并不能使土体密实。

（3）当含水率接近最优含水率时，一方面土粒的结合水膜较厚，粒间联结较弱，土颗粒易于移动；另一方面土中不含或少含自由水，击实功主要由土中颗粒承担和传递，击实能使颗粒趋于密实，土体体积减小，获得最佳的击实效果。

2.影响因素

影响土的压实特性的主要因素有含水率、击实能量、土类和级配等，其中含水率的影响前已述及。

图1.17 不同击数下的击实曲线

（1）击实能量的影响。试验证明，土的最优含水率随着夯击能量的大小而有所不同：当击实功加大时，最大干密度将加大，而最优含水率将降低。图1.17是通过击实试验得到的同一种土在不同锤击次数下的击实曲线，曲线表明，随着锤击次数的增加，干密度增加，最优含水率降低，曲线向上和向左移动。曲线还表明含水率低时击实功的影响更加显著，随着含水率的增高，击实曲线以饱和线为渐近线。

饱和线是指S_r=100%时干密度与含水率的关系曲线，表达式可由e=wd_s/S_r=w_satd_s和e=（d_sρ_w/ρ_d）-1直接求得，为

式中：w_sat为试样的饱和含水率。

由于土体不可能被击实至完全饱和状态，所以土的击实曲线不会与图1.17中饱和线相交，这往往可检验试验成果的正确与否。

根据击实功对击实效果的影响，在实际工程中可以通过增加碾压次数或夯击次数提高土体的密实度，但要注意这种措施的有效性随着击实功的增大将逐渐减小。

（2）土类和级配的影响。当固相中黏土矿物增多时，在相同的击实功下，土体的特性表现为最优含水率增大和最大干密度下降。因为在同一含水率下，黏粒含量愈高，结合水膜就愈厚，土体愈难被击实。

在击实功一定的条件下，含粗粒越多的土样其干密度越大，相应的最优含水率越小。

土的级配对土的击实性也有较大影响，同一土类中，由于颗粒间的充填作用，级配良好的土压实后的干密度高于级配不良的土。

3.无黏性土

图1.18 砂土的击实曲线

无黏性土的击实机理与黏性土不同，含水率对击实效果的影响是通过表面张力来反映的，因此其击实特性也与黏性土有很大的差别。图1.18是砂土的击实曲线：当含水率很小甚至趋于零 （干砂）时，在压力与震动作用下土体易趋密实，干密度较大；当含水率较大时，由于饱和砂土的排水性较好，也容易被压实。当含水率为某一范围、使得砂土稍湿时，因颗粒间表面张力作用产生的假凝聚力会使砂土颗粒互相约束而难以相互移动，这种情况下击实效果较差。

1.5.3 压实系数

土的压实系数是指现场控制的土质材料压实后的干密度ρ_d与室内标准击实试验所确定的最大干密度ρ_dmax之比，以λ_c表示为

压实系数是控制填土工程质量的标准之一。λ_c越大，表明填土的压实质量越好。检验填土工程压实效果的方法一般有环刀法、灌砂（水）法、湿度密度仪法、核子密度仪法等。由于现场压实条件和室内试验条件的差异，一般要求λ_c在0.94～0.97之间。《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）针对结构类型和压实填土所处部位给出了λ_c的控制值，见表1.6。