击实试验轻型.docx
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击实试验轻型
设计编号:
D698-00a
击实试验（轻型）标准参测试方法
本规范是在制定设计编号:
D698下出版的，紧随指定设计编号:
的数字表明本规范最早被采用的年份，或者最后修正的年份，插入的数字表示最后修正的年份。
上标的字母表明从最近一次修正或评审以来的在编辑上的变化。
1.范围
1.1该方法适用于确定土的含水量和干容重之间关系（压缩曲线）的实验。
这些试验
将土置于直径为4－6in.（101.6－152.4mm）的磨具中，并用5.5lbf（24.4N）的夯锤从12in.（305mm）高度落下形成12400ft-lbf/ft3（600kN-m/m3）的作用力。
注1－试验设备和过程都比R.R.Proctor（EngineeringNewRecord－1933.9.7）所提出的小，但是在以下方面是例外的：
R.R.Proctor提出的夯锤打击方式采用固定长度12in.（305mm）的敲击而不是自由落体，因此，由此而产生不同的压缩作用力取决于实验者，但是其作用力范围在15000－25000ft-lbf/ft3（700－1200kN-m/m3）之间。
标准的作用力测试（见3.2.2）有时是指Proctor实验。
注2－天然产生的粗粒或者细粒土，天然土的合成物或混合物，天然土和人工图的混合物，以及由粘土，砾石和压碎的岩石组成的团聚体都可以被认为是土以及土的团聚体混合物。
1.2测试方法适用于含有小于等于30％的颗粒不能通过3/4in.（19.0mm）筛子的土。
注3－关于含有小于等于30％的颗粒不能通过3/4in.（19.0mm）的筛子的土的容重和含水量的关系受到可通过3/4in.（19.0mm）的筛子的颗粒的容重和含水量的影响，见实践D4718。
1.3本标准提供了3个可供选择的实验方法。
对于待测的材料，应该按照说明选择实验方法，如果说明没有指定实验方法，则应该根据材料的颗粒级配选择实验方法。
1.3.1方法A
1.3.1.1模具－直径4in.（101.6mm）
1.3.1.2材料－可通过4号筛（4.75mm）
1.3.1.3层数－3
1.3.1.4每层击数－25
1.3.1.5应用－可用于含有小于等于20％的颗粒不能通过4号筛（4.75mm）的材料。
1.3.1.6其他应用－如果本方法没有硬性规定，则符合上述级配条件的材料也可以用方法B或C来测试。
1.3.2方法B
1.3.2.1模具－直径4in.（101.6mm）
1.3.2.2材料－可通过3/8in.（9.5mm）筛
1.3.2.3层数－3
1.3.2.4每层击数－25
1.3.2.5应用－可用于材料质量的20％以上不能通过4（4.75mm）号筛，且20％以下的颗粒不能通过3/8in.（9.5mm）筛。
1.3.2.6其他应用－如果本方法没有硬性规定，则符合上述级配条件的材料也可以用方法C来测试。
1.3.3方法C
1.3.3.1模具－直径6in.（152.4mm）
1.3.3.2材料－可通过3/4in.（19.0mm）筛
1.3.3.3层数－3
1.3.3.4每层击数－56
1.3.3.5应用－可用于材料质量的20％以上不能通过3/8in.（9.5mm）筛，且30％以下的颗粒不能通过3/4in.（19.0mm）筛。
1.3.46in.（152.4mm）的模具不可用于方法A和B。
注4－实验结果表明，同样材料在相同的压实作用下选用不同的模具时结果相差不大。
1.4如果实验样本包含大于5％的超径部分（粗粒部分），而这部分材料不包含在测试中，因此，必须根据实践D4253对样本的单位质量和含水量进行修正或对密度测试样本的适当区域进行修正。
1.5对于不能自由排水的土，本测试方法可以得到确定的最大干重度。
但是对于可以自由排水的土，本测试得到的最大干密度是不确定的，并且小于由测试D4253得到的值。
1.6以英寸和英镑为单位的值被认为是标准的，而其他SI单位的值仅供参考。
1.6.1在工程专业中，当不存在动力计算（F=Ma）的时候，通常用相同单位表示质量和力。
这暗含了两个不同的单位系统，绝对系统和重力系统。
我们不能将两个完全不同的系统结合在一个标准中。
从前所述，本测试方法采用英寸－英镑单位（重力系统），其中英镑（lbf）表示力的单位，质量（lbm）的使用只是为了单位的方便，并不能说明这种用法是科学和正确的。
SI系统给出了与IEEE/ASTMSI10有关的单位转换。
由于天平和磅秤的使用而引入的用磅（lbm）来作为质量单位或者用lbm/ft3作为密度单位，在本规范中也被认为是可以接受的。
1.7本规范的主旨不是陈述所有关于安全性的关系，所有关于安全的陈述都是与实践相联系的。
本规范的使用者应该选择适当的安全性和正确的实践方法，并确定以此来调整以前使用的极限值。
2.相关文件
2.1ASTM标准
C127粗粒集合体的比重和吸收性的测试方法
C136细粒和粗粒集合体的筛分方法
D422土的颗粒分析测试方法
D653与土、岩石和其中包含的液体相关的专业名词
D854WaterPycnometer土的固体比重分析方法
D1557修正作用力（56000ft-lbf/ft3（2700kN-m/m3））作用下实验室压缩土的特性分析方法
D2168实验室自动夯锤夯土机的标定方法
D2216实验室土和岩石中含水质量的测定方法
D2487土的工程分类（统一的土分类系统）实践
D2488土的描述和鉴别（人工识别过程）实践
D3740工程设计和建设过程中，土和岩石测试和标对时最小值确定的实践
D4220土样保存和运输的时间
D4253用震动台测得土的密度和容重指数的最大值的测试方法
D4718含有过大颗粒的土容重和含水量的修正实践
D4753在土、岩石和其他结构材料测试中，评定、选择、指定天平和磅秤的说明
D4914试坑中用砂置换方法测试原位土和岩石的密度的方法
D5030试坑中用水置换方法测试原位土和岩石的密度的方法
D6026土工数据中重要数值的使用实践
E1ASTM温度计的使用说明
E11测试用铁纱筛的使用说明
E177ASTM测试方法中关于精确性和偏差的使用实践
E319单盘自动天平的评定实践
E691指导多个实验室之间确定某个试验精度方法的实践
IEEE/ASTMSI10国际单位系统（SI）的使用标准：
现代公制系统
3.专业名词
3.1定义：
普通定义见专业名词D653
3.2本规范具体条款的描述
3.2.1超径百分比（粗粒百分比），Pc，单位％－在压缩实验中不表现出压缩性的部分占总样本比例，可认为是总样本中不能通过4号（4.75mm）、3/8in.（9.5mm）、3/4in.（19.0mm）筛子的部分。
3.2.2标准作用力－本测试的仪器和过程条件下，指压缩作用力，12400ft-lbf/ft3（600kN-m/m3）。
3.2.3标准最大干密度，rdmax，单位lbf/ft3（kN/m3）－压缩实验中，由标准作用力下的压缩曲线定义的干密度的最大值。
3.2.4标准最佳含水率，w’，单位％－在标准作用力下，能够压缩达到最大干密度的土体的含水率。
3.2.5测试百分比（细粒百分比），Pf，单位％－在压缩实验中表现出压缩性的部分占总样本比例。
实验A中，可认为是总样本中可以通过4号（4.75mm）筛的部分；实验B中，可认为是总样本中可以通过3/8in.（9.5mm）筛的部分、实验C中，可认为是总样本中可以通过3/4in.（19.0mm）筛的部分
4.测试方法综述
4.1将具有特定含水量的土分3层放入指定直径的模具中，每一层都用5.5lbf（24.4N）的夯锤从12in.（305mm）高度落下夯击25或56次。
土受的总压缩作用力为12400ft-lbf/ft3（600kN-m/m3）。
由此可以得到土的干容重。
选择不同含水量的土样重复进行上述实验，就可以建立土的干容重和含水量的关系。
这些数据绘成曲线就是压缩曲线。
从压缩曲线中可以确定最优含水量和标准最大干密度的值。
5.说明和应用
5.1将按照工程堆填（堤岸、基础垫层、路基）的土压缩到密实状态就可以得到令人满意的工程特性，例如剪切强度，压缩性或者渗透性。
同样，压密地基土也可以提高他们的工程特性。
实验室压缩实验为确定土达到要求的工程特性所必须的压缩百分比和含水量提供了依据，也为控制结构变形确保达到要求的压缩量和含水率提供了依据。
5.2在工程填土的设计过程中，剪切、固结、渗透性或者其他试验都要求试验样品在实
验之前，从某一个含水率经过压缩，达到某个容重。
在实践中，通常用压缩实验来确定最佳含水量（w0）和最大干容重（rdmax）。
压缩实验的样本选取一系列不同含水量（w），有的高于或低于最优化值（w0），有的等于最优化值（w0），和一系列与最大干重度（rdmax）的百分率相关的干重度。
在以前经验的基础上选择最大干密度（rdmax）和含水量（w），而含水量可能高于低于最优化值（w0），或等于最优化值（w0），或者通过研究某个范围内的值确定需要的压缩百分比。
5.3经验表明，在处理特定土的时候，5.2描述的方法和5.1讨论的结构控制方面实际上是很难实施甚至会得到错误的结果。
5.3.1-5.3.3描述了这些典型的土，处理这些土时会遇到的问题以及可能解决方案。
5.3.1超径百分比－包含超径百分比为30％（材料不能通过3/4in.（19mm）筛子的部分）的土是一个问题。
对这类土，没有ASTM测试方法可以控制其压缩性，几乎没有实验室可以测得这类土的最大容重（密度）（USDI土地开垦局,Denver,CO和美国工程兵部队，Vicksburg,MS）。
尽管测试方法D4914和D5030确定这类土的重度范围，但实际上这些试验很难进行而且价格昂贵。
5.3.1.1设计和控制此类土的压缩性的一种方法就是用一个堆填试验确定需要的压缩度以及达到这个压缩度的方法，然后用方法清单来控制压缩过程。
典型的方法清单包括所使用压缩设备的类型和大小，填土的厚度和夯击遍数。
注5－实施压缩控制的土方工程的成功与否，尤其是采用方法清单的时候，很大程度上取决于承包商和质检人员的责任感和经验。
5.3.1.2另一种方法是运用USDI土地开垦局和美国工程兵部队研究的密度修正系数。
这些修正系数可用于包含50％－70％超径超径百分比的土，每个部门用不同的设计编号:
来表示这些密度修正系数。
USDI土地开垦局用D比率（D－VALUE）表示，而美国工程兵部队用密度干扰系数来表示。
5.3.1.3用细粒部分替换超径部分的置换方法（测试技术D697-78，方法D）不适用于确定包含超径部分的土的最大干密度（rdmax）。
5.3.2裂解－包含碎粒的土在压缩的过程中裂解也是存在的问题之一，尤其是实验室压缩过程比现场压缩实验发生更多的裂解时，该问题尤为典型。
裂解通常发生在含有粗粒的土或者粗粒团聚体中。
当裂解发生时，土的最大干密度增大，所以实验室测得的最大值不能代表实际值。
通常在这种情况下，实际工程中不可能达到最大干密度。
5.3.2.1另外，对于可能发生裂解的土，用堆载实验和方法清单可能绘有所帮助，但是，应用置换的方法是不正确的。
5.3.3粒组缺失－粒组缺失的土（含有许多大颗粒和很小颗粒的土）也是一个问题，其原因是这类土经过压缩后，比普通的土含有更大的孔隙。
在处理这些大孔隙的时候，标准的测试方法（室内或者原位测试）须要用工程鉴定来修正。
注6－本标准实验结果的质量取决于实验者的能力和所选择仪器和工具的适用性。
通常认为达到实践D3740标准的机构具有进行测试、取样、校对以及类似实验过程的能力。
本标准的使用者需要注意的是，按照实践D3740进行实验并不能完全保证实验结果的可靠度。
结果的可靠度取决于很多因素，实践D3740仅仅给出了其中一部分因素的评定方法。
6.仪器
6.1模具装置－本实验的模具是用刚性材料制成的柱状物，其容量和尺寸应符合6.1.1或6.1.2，图1，图2以及表1的规定。
模具的侧壁可能是直立的、分割的或者锥形的。
分割形式的模具可能包含两个半圆部分或一部分沿着某一单元的管状分割区，这些部分应该紧密连接形成一个实验需要的圆柱体。
锥形模具的内直径有统一的坡度，与模具高度之比不能大于0.200in./ft（16.7mm/m）。
每个模具都应有底座和套环装配而成，而这两部分都是由刚性金属制成的特定结构，这样他们就可以严密的与模具连接并且轻松的卸除。
装配护环应该至少比模具顶部高至少2.2in.（50.8mm），而这段高度包括将护环提高以形成至少0.75in.（19.0mm）直圆柱通道部分的高度，护环应该和其内部土体紧密靠近。
模具底座的底面应该和放置圆柱体模具的中心凹槽底面在同一平面上。
6.1.1模具，4in.－模具平均内直径为4.000
0.016in.（101.6
0.4mm），高度为4.584
0.018in.（116.4
0.5mm），体积为0.0333
0.0005ft3（994
14cm3）。
要求装配护环的最小特征值见图1。
6.1.2模具，6in.－模具平均内直径为6.000
0.026in.（152.4
0.7mm），高度为4.584
0.018in.（116.4
0.5mm），体积为0.075
0.0009ft3（2124
25cm3）。
要求装配护环的最小特征值见图2。
图14.0in.圆柱形模具
图26.0in.圆柱形模具
表1图1和图2中数据发的公制转换值
in.
mm
0.016
0.41
0.026
0.66
0.032
0.81
0.028
0.71
1/2
12.70
21/2
63.50
25/8
66.70
4
101.60
41/2
114.30
4.584
116.43
43/4
120.60
6
152.40
61/2
165.10
65/8
168.30
63/4
171.40
81/4
209.60
ft3
cm3
1/30（0.0333）
943
0.0005
14
（0.0750）
2124
0.0011
31
6.2夯锤－6.2.1进一步描述了人工操作的夯锤，而6.6.2描述了自动操作夯锤。
夯锤应从实验样本表面以上12
0.5in.（304.8
1.3mm）的高度自由落下。
夯锤的质量为5.5
0.02lbm.（2.5
0.01kg）,但是自动控制夯锤应符合测试方法D2168的描述，见注7。
夯锤的夯击表面应该是圆形的平面，新夯锤的直径为2.000
0.005in.（50.80
0.13mm），自动夯锤的情况见6.2.2.1。
当夯锤的夯击表面破损，或由于膨胀是使其直径大于2.000
0.01in.（50.80
0.25mm）时，应更换新的夯锤。
注7－通常可以认为，在英寸－英镑体系下，夯锤的质量也可以用等效的千克或者磅来表示。
1lbf＝1lbm＝0.4536kg，或1N＝0.2248lbm＝0.1.2.kg。
6.2.1人工夯锤－夯锤应安装一个导向筒，导向筒应该有足够的空间确保夯锤的自由落体过程，并且其轴线没有受到约束。
导向筒的的每一端至少有四个通气空（总共八个），其中心分别距离筒端3/4
1/16in.（19.0
1.6mm）且空间上按照间隔90度分布，通气孔的最小直径为3/8in.（9.8mm）。
另外在导向管中，通气孔使用和插槽也可以重合。
6.2.2圆形表面自动夯锤－夯锤的自动夯击方式应确保夯击可以均匀并确完全覆盖整个实验样本。
夯锤和模具在直径最小处的内表面之间的距离应保持在0.10
0.03in.（2.5
0.8mm）。
机械夯锤应按照测试方法D2168来标定。
自动夯锤应装配有确定的机械法则，以便在不操作的时候使夯锤停止夯击。
6.2.2.1扇形表面自动夯锤－使用6in.（152.4mm）模具的时候，应用扇形表面的夯锤代替圆形表面夯锤。
实验样本接触面扇形说自称的圆形的半径为2.90
0.02in.（73.7
0.5mm）。
夯锤夯击方法为，夯击扇形定点应定位在样本的在中心处。
6.3样本挤压机（可选）－指用来将压缩后的样本从模具中取出的手锤、机架或其他装置。
6.4天平－GP5级别的天平可以达到说明D4753对1g可读性的要求。
6.5烘箱－要求温度可控，优先选用能强制控制并且使烘箱内温度保持在230
9°F（2110
5°C）。
6.6直尺－量程不小于10in.（254mm）的刚性金属直尺。
直尺总长度的加工直边容许值为
0.005in.（
0.1mm）。
若直尺的刮刀边界厚度小于1/8in.（3mm），则应做成斜面。
6.7筛子－3/4in.（19.0mm），3/8in.（9.5mm）和4号（4.75mm）筛子符合说明E11的要求。
6.8混合工具－多种混合工具，例如搅拌盘、搅拌勺、抹子、刮勺、等。
或可以将土样和需要增加的水完全混合的适用设备。
7.标定
7.1下列情况之一发生时应对仪器进行标定：
首次使用之前，维修之后，存在可能影响结果的当前值，1000个实验样本之间的间隔期，年检。
对于以下仪器：
7.1.1天平－按照说明D4753进行评定。
7.1.2模具－按照附录A1总所描述方法确定其容积。
7.1.3人工夯锤－按照6.2校对自由落距，夯锤质量，和夯锤表面。
按照6.2.1校对导向筒。
7.1.4自动夯锤－按照测试方法D2168标定和调整自动夯锤。
另外，夯锤和模具内表面的距离应该按照6.2.2校对。
8.实验样本
8.1方法A和B要求的样本的干质量约为35lbm（16kg），方法C要求干土的质量为65lbm（29kg）。
但是，原位样本的湿质量的最小值分别为50lbm（23kg）和100lbm（45kg）。
8.2为选择合适的实验方法，应先确定实验样本块体材料中不能通过在4号（4.75mm）、3/8in.（9.5mm）和3/4in.（19.0mm）筛子的材料的百分比。
确定方法为切下样本中具有代表性的一部分，并确定其通过测试方法D422或C136中使用的筛子的材料的百分比，要得到期望的数值，只要计算某个筛子或某几个筛子的百分比。
9.准备仪器
9.1根据选择的实验方法（A、B或C）来选择合适的模具。
确定并记录该模具质量最相近的克数。
组装模具、底板和护环。
检查模具内壁与护环的接触情况，并根据须要进行调整。
9.2检查装配夯锤的工作状态，以及各部分有无缺失或磨损的情况，根据需要进行修理或调整。
如果对夯锤进行了修理或调整，则必须重新标定。
10.步骤
10.1土：
10.1.1不能重复使用已经在实验室内压缩过的土样。
10.1.2如果使用本实验的土样含有埃洛石水化物，或者对于某一种特殊土的经验表明实验结果需要经过空气干燥的修正，则可以采取潮湿样本的方法（见10.2）。
10.1.3按照10.2或10.3的方法制备土样。
10.2潮湿样本方法（优选）－无须事先烘干土样，根据实验方法（A、B和C）使之通过4号（4.75mm）、3/8in.（9.5mm）和3/4in.（19.0mm）筛子。
确定经过处理的土样的含水率。
10.2.1制备四个（最好是五个）土样，使他们的含水量包含了预估的最优含水量。
首先，通过实验增加混合水量的方法，制备含水量接近最优含水量的一个土样。
选择其他土样的含水量，至少应该提供两个含水量大于最优值，和两个含水量小于最优值的土样，含水量的变化率大约为2％。
在最优含水量的两侧至少各有两个含水量可以精确的确定干容重压缩曲线（见10.5）。
对于一些具有很高的最优含水量和相对比较平缓的压缩曲线的土，可能需要更大的含水量增量来得到更加精确的最大干容重。
但是含水量的增量不能超过4％。
注8－实践证明，直观的得到接近最优含水量的一个点是可能的。
典型的处于最优含水量的土可以被压缩成块，当压力消散之后土颗粒仍然聚集在一起，但是当受到弯矩的时候，土样很容易断裂成两部分。
当含水量低于最优值的时候，土趋向于崩解。
当含水量高于最优值的时候，土趋向于聚集成为粘性土块。
典型的最优含水量略低于塑性极限。
10.2.2选用方法A或B进行压缩时，每个土样选用大约5lbm（2.3kg）经过筛分的土。
选择方法C时，每个土样质量为13lbm（5.9kg）。
为使土样达到10.2.1中选择的含水量，应当增加或者降低需要的水量。
方法如下：
增加水量时，在混合土样的时候将水撒入；减少水量时，将土在室温下放在干燥空气中，或者将土置于仪器中烘干，但是温度不能超过140℉（60℃）。
在烘干的时候要经常搅拌土样，使土中含水量平均分布。
分别搅拌每一个土样，使之含水量均匀分布，然后分别放置在独立的密封容器中，放置至表2规定的时间之后进行压缩。
为了确定土样的放置时间，土样应该按照测试方法D2487，实践D2488和类似材料来源中其他试样的数据对土样进行分类。
对本实验，应该按照测试方法D2487进行分类。
表2潮湿土样的放置时间
分类
最小放置时间/小时
GW，GP，SW，SP
无要求
GM，SM
3
其他土
16
10.3干燥样本方法－如果土样过分潮湿而缺乏脆性，则应该降低其含水量，直至材料表现脆性。
土样可以在空气，烘干仪器中烘干，但是土样温度不能超过140℉（60℃）。
在不破坏土颗粒的前提下打碎土的团聚物。
然后使材料通过合适的筛子：
4号（4.75mm）、3/8in.（9.5mm）或3/4in.（19.0mm）。
当用可通过3/4in.的材料在6in.的模具中进行压缩实验时，应使土体团聚物充分破碎，至少可以通过3/8in.筛子，以便在接下来的搅拌的时候使水在土中均匀分布。
10.3.1按照10.2.1制备四个（最好是五个）土样。
10.3.2选用方法A或B进行压缩时，每个土样选用大约5lbm（2.3kg）经过筛分的土。
选择方法C时，每个土样质量为13lbm（5.9kg）。
添加要求的水量，使土样的含水量达到10.3.1所选择的值。
按照10.2.2中说明的方法烘干土样或往土中加水，并养护每一个实验样本。
10.4压缩－按照要求养护之后，每个试样可以按照下面方法进行压缩：
10.4.1确定并记录模具的质量，或者模具和底盘的总质量。
10.4.2将模具和护环装配并固定在底座上。
模具应当放置在均一刚性的基础上，例如质量不小于220lbm（91kg）圆柱形或者立方体混凝土块。
将底座固定在基础上。
与刚性基础的连接方法要允许装配模具、护环和底座在压缩完成之后可以从基础上搬走。
10.4.3分三层压缩土样。
经过压缩之后，每一层土的厚度应大致相等。
压缩之前，将疏松的土放入模具，并铺成厚度均匀的一层。
压缩之前，用人工压缩夯锤或者直径为2in.（5mm）的圆柱体轻轻将土填实，使之不再疏松。
在分别压缩完成前两层土之后，应当把紧靠模具侧壁且没有经过压缩的土和扩张到压缩面以上的土清除。
被清除的土可以加入下一层土中。
清除工具可以是小刀或者其他适用用具。
试样需要的土的总量应该使第三压缩层稍微扩展到到护环的位置，但是不能超过模具表面1/4in.（6mm）。
若第三层土超出模具表面1/4in.
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