ASTM用振动台测土的最大密度和重度的标准试验方法D 4253

Designation:D4253–00StandardTestMethodsMaximumIndexDensityandUnitWeightofSoilsUsingaVibratoryTable用振动台测土的最大密度和重度的标准试验方法1.范围1.1这些试验方法适用于确定无粘性土的最大干密度/重度，自由排水土（砂土）利用垂直振动台。标题中省略了在密度或重度前干燥的形容词和该标准保留部分构成了合适的定义，定义在3节术语中。1.2单位系统1.2.1在该标准里描述的试验设备，其发展和生产都使用重量的或是英制单位体系。因此，给定试验设备的尺寸和质量为英寸-英镑单位都认为是标准。1.2.2工程领域同时使用英镑代表单位质量（lbm）和单位力（lbf）在实践中是很平常的。这暗中结合了两套独立的单位系统。也就是，绝对系统合重力系统。同一标准里结合使用两套独立的英制单位系统在科学上是不期望的。当处理英寸-英镑体系时，该标准书写已经采用重力体系单位。在该系统里，英镑（lbf）代表一单位力（重力）。然而，天平和秤称量质量；重力必须计算。在英寸-英寸体系，通常假设1lbf等于1lbm。当报告密度没有遵守该标准时，单位重度应计算并报告，应为结果可能用于确定力或应力。1.2.3术语密度和单位重度通常交换使用。密度是每单位体积的质量，然而单位重度是单位体积的力。在本标准中密度单位只给定为SI单位。密度确定后，重度计算单位用SI或是英寸-英镑，或者两者同时使用。1.3提供了四种供选择的确定最大干密度/重度方法，如下：1.3.1方法1A-采用烘干土和电磁的垂直振动台。1.3.2方法1B-采用湿土和电磁的垂直震动台。1.3.3方法2A-采用烘干土和离心的或是偏心轮驱动的垂直振动台。1.3.4方法2B-采用湿土和离心的或是偏心轮的垂直震动台。1.4被委派试验的人应确定使用的方法。1.4.1使用的振动台类型（方法1或2）很可能决定于可获得的设备。注释1-1.4.2不管是干法还是湿法（方法1A和1B或是2A和2B）都建议在开始新的工作或是遇到土种类变化时结束，因为对于某些土湿法能超出最大密度/重度值很多。像高密度，当伴随考虑最小密度/重度，试样方法D4245发现将极大地影响计算的对于野外遇到的土的相对密度值（3.2.8）。这时干法通常更合适，因为通常能很快地获得结果，作为一条主要原则：湿法应用于如果确定产生的最大密度/重度可能极大的影响相对密度值的使用/适用。1.5这些方法适用于可能含高达15%通过No.200(75μm)筛的干土颗粒的土，倘若他们也为无粘性土，自由排水的性质（名义上的筛孔径满足规范E11）。更进一步，这些试验方法适用于土，这些土在干质量状态下能全部通过3-in(75-mm)筛。1.5.1对于这些试验方法的目的，土应被视为自然形成的无粘性土，或者是自然和处理粒子的混合物，假设它们是自由排水的。1.6这些试验方法会对无粘性、自由排水土明显的产生更大的干密度/重度，比由击实作用取得的土，其明确的湿度与密度的关系不明显。然而，对于某些含5-15%粉土的土，利用击实作用（试验方法D698或是D1577）可能有用在评价一个合适的最大干密度/重度是多大时。1.7对多种自由排水、无粘性的土，这些试验方法造成相当数量土的降级（颗粒破碎）。当出现降级，典型的是获得的最大密度/重度的增加，对比试验结果不可能获得当不同粒径模子用在同一给定土的试验中。1.8该标准试验方法没有包含所有的安全问题，即便要，也应联系实际需要。在试验前确定合适的安全、健康守则和决定其规章制度适用的局限性是试验者的责任。2.参考文件3.术语3.1定义：对于该标准中的普通定义参考术语D653。3.2在该标准特定的术语定义：3.2.1干密度/重度，ρd或γd，名词-土沉积或充填在给定的孔隙率下的干密度/重度。3.2.2最大密度/重度，ρmax或γmax，名词-土在最密实状态下的干密度/重度，可通过标准试验室减少孔隙和破碎土粒的击实程序得到土的最密实状态。3.2.4最大孔隙率，emax，名词-土在最小密度/重度下的孔隙率。3.2.5最小密度/重度，ρmin或γmin，名词-土在最松散状态下的干密度/重度，最松散状态可通过采用标准实验室阻止土散开和减少颗粒间隙的程序获得。3.2.6最小孔隙率，emax，名词-土在最大密度/重度下的孔隙率。3.2.7相对密度，Dd，名词-比例值，以百分数表示，最大孔隙率和任何给定的无粘性的、自由排水的土的孔隙率的差值与土的最大和最小孔隙率的差值的比值。方程式如下：或者，用干密度表示：或者，用干重度表示：3.2.8压实度或是相对压实度，Rc，名词-比例值，以百分数表示，土的干密度/重度与其最大密度/重度的比值。方程式为：或者3.2.9密度指数，Id，名词-比例值，以百分数表示，土的任何给定的干密度/重度与最小密度/重度的差值和最大与最小密度/重度的比值。方程式如下：或者4.试验方法概要4.1一给定的能自由排水的土的最大密度/重度是通过放置烘干或是湿土于模子里来确定，施加2-lb/in.2（14-kPa）的超载（静载）于土表面，然后垂直振动模子、土、荷载。使用电磁的或是离心的或者偏心轮振动台，其垂直振动（两振幅（峰值-到-峰值））轨迹像正弦时间曲线，振幅大约0.013in.（0.33mm）、8min、60Hz，或者振幅大约0.019in.（0.48mm）、10min、50Hz。最大密度/重度的计算通过振密土的烘干质量除以它的体积（振密土的平均高度乘以模子面积）。5.意义和作用5.1对于很多无粘性、自由排水土，最大密度/重度在评价一给定质量土的密实状态是一个关键元素，其密实状态或为自然产生或为人为放置（充填）。5.1.1相对密度和压实度都通常用于评价一给定质量土的密实状态。有时同样也使用密度/重度。见3节中术语描述。5.2对于给定质量的土，普遍认为相对密度或是压实度是评价土密实状态的良好指标。然而，土的工程性质，如强度、压缩性和渗透性，由不同的方法密实至给定的密实状态差别很大。因此，可靠的工程判断必须联系土的密实状态下的工程性质。5.3在这些试验方法中每必要获得绝对的最大密度/重度。注释2-注释3-5.4已经发现垂直振动的双振幅对取得的密度有很大的影响。对特定的振动台和模子组装，在振动台的双振幅下可能取得给定材料的最大密度/重度，而非本试验方法要求的双振幅：0.013±0.002in.(0.33±0.05mm)，频率60Hz或是0.019±0.003in.（0.48±0.08mm）,频率50Hz。也就是，干密度/重度最初可能随着振动双振幅的加大而增加，达到峰值，然后随着振动双振幅的加大而降低。此外，密度/重度峰值和最佳双振幅（产生峰值密度/重度的双振幅）的关系随着土的种类和等级的变化而变化。基于这个原因，这些试验方法允许使用非上面描述的振动台双振幅，像在11.1.6.3中的特许情况。5.5现已发现使用标准模子（6.1.1）能满足大多数土对最大密度/重度试验的要求。特殊模子（6.1.2）应仅用于当试验结果应用于关联设计或特殊研究和没有足够的土应用标准模子时采用。此类试验结果应用谨慎，因为用特殊模子取得的最大密度/重度可能与采用标准模子取得的值不一致。6.仪器设备6.1模子装配-典型的模子装配如图1。独立元件和附件应包括以下：6.1.1标准模子-圆柱状的金属模子，标定体积为0.100ft3（2830cm3）和0.500ft3（14200cm3）。模子应满足图2要求。模子的实际体积偏差应在标定体积的±1.5%内。6.1.2特殊模子-圆柱状的金属，标定体积小于0.100ft3（2830cm3），内径等于或大于432in.（70mm），但小于4in.（100mm）且满足在图3中展示的方法设计。此种摸子可能仅使用当试验结果用于联合设计或其它特殊研究或是两者，和没有足够的土样使用0.100ft3（2830cm3）模子。6.1.3导向筒-一带夹具的导向筒集合，或者其它合适附属设备[见图4（a）]，每一尺寸的模子都有。为使模子上的导筒容易进入，在夹紧装置上三个中的两个固定螺丝应用螺帽锁住。6.1.4底座超载-每个标准模子的超载底座，满足图5的要求。6.1.5超载重量-每种尺寸模子的超载重量。见图5：有关0.100ft3(2830cm3)和0.500ft3(14200cm3)模子的容许值。对于特殊模子，应保持相似的容许值。对于使用的模子，超载底盘和超载重量的总重量应相当于超载应力2.00±0.02lb/in2(13.8±0.1kPa)。对特殊模子超载重量可由单个实体金属质量组成。6.1.6超载底座-操作盘-置于放在初始位置后移动超载底座上升至加密结束的设备，操作实例如图4（b）；然而，应使用一便利的盖子。6.2计量刻度盘指示器支撑和刻度盘指示器-一种设备，用于联结导向支架，测定在加密后[图4（b）]模子顶面和超载底座面的高差值。指示器应有2-in.(50-mm)或者更大的行程，0.001-in(0.025)的刻度和固定好使刻度盘测量杆和模子垂直轴平行。刻度盘指示器应为顺时针转动类型，当测量杆松弛时读数为零或者逆时针型，当测量杆全部缩进时读数为零。6.3天平，有足够的确定试样和模子总质量的称量量程，足够的精度，其称量土的质量接近0.1%。在大多数情况下满足这些要求的天平说明如下：6.3.1对于0.500-ft3(14200-cm3)模子，天平使用最小称量为40-kg并符合规范D4753关于GP10级（最小可读数为5g）的要求。6.3.2对于0.100-ft3(2830-cm3)模子，天平最小称量15kg并符合规范D4753关于GP5级（最小可读数为1g）的要求。6.3.3对于容积小于0.1-ft3(2830-cm3)的特殊模子，天平最小称量2kg并符合规范D4753关于GP2级（最小可读数为0.1g）的要求。6.4提升物-一种绳子、铁链或是缆绳，当使用0.100-ft3(2830-cm3)或是0.500-ft3(14200-cm3)的模子时，能至少提升140-kg重。6.5烘箱，温度可调节控制，最好是强制漂移型的，能在保持整个烘箱在统一的温度110±5℃。6.6筛，3-in.(75-mm)，211in.（37.5mm），43in.（37.5mm），211in.（19mm），83in.（9.5mm），No.（4.75mm）和No.200（75μm）号筛，满足规范E11的要求。6.7刻度条,金属，大约3×12×41in.（75×300×6mm），其它（见10.4）。6.8其它仪器像混合盘，一大的金属铲子，一猪鬃毛除尘刷，一分钟秒钟计时器，一微分尺其量程在1-in.(25mm)且分度为0.001-in(0.025-mm)，还带一金属直边缘（用于修整在放入模子后多余的土，如果确定采用试验方法D4254测最小密度/重度）。6.9振动台，应固定在混凝土地面或是质量足够重的大块并且其构造要求余振不能传递到试验的其它区域。垂直振动板应有足够大的尺寸和刚度，以确保在试验期间模子装配能附者和牢固的支撑着。在实验条件下振动台应有能力以正怰曲线式的垂直运动轨迹在双平均振幅（峰值-到-峰值移动）：0.013±0.002in.(0.33±0.05mm)，频率60Hz或是0.019±0.003in.（0.48±0.08mm）,频率50Hz，之间运动。振动台应能调整振动频率（在0到60Hz之间）或是调整双振幅,或者都能，在大约0.005in.（0.15mm）和0.013(0.33mm)频率60Hz或大约0.007in.(0.20mm)和0.019in.(0.48mm)频率50Hz，用在试验方法1A，1B，2A，或2B（11.2.3）中。振动台应能调整双振动振幅，在0.008in.(0.20mm)和0.025in.(0.64mm)频率60Hz或大约0.012in.(0.30mm)和0.036in.(0.91mm)频率50Hz，用于联合设计或是其它特殊研究（11.1.6.3）。6.9.1使用以下中的一种平台：6.9.1.