复阻抗法土壤密度及含水率测试的标定试验研究

杨浩明 王永智 王辉

摘 要：为确定复阻抗法测量土壤密度及含水率标定试验的影响因素及合理参数，采用室内试验与现场验证相结合的方法进行研究。通过配置多组干密度及质量含水率的土样样本，并选取不同样本数量及样本组合方式，构建土样干密度—复阻抗、体积含水率—电容电阻比的标定关系。结果表明：选取合理的土样干密度与质量含水率范围、样本数量能够显著提高标定关系的拟合程度，而样本组合方式影响相对较小。此外，基于上述试验得到的标定关系应用于工程现场测试的结果准确程度较高，验证了上述参数的合理性。

关键词：土壤密度；含水率；复阻抗法；标定试验；拟合优度

中图分类号：ＴＵ４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０２４

引用格式：杨浩明，王永智，王辉．复阻抗法土壤密度及含水率测试的标定试验研究［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１２）：１３５－１４０．

０ 引言

压实度是评价土方填筑工程質量的关键指标，通过测试土的干密度计算得到。干密度由土的湿密度和含水率两项指标换算所得，土体密度测试方法包括环刀法、灌砂法、灌水法、核子密度法和复阻抗法等［１－３］ ，前３ 种测试方法因直观、准确而在我国普遍使用，但对工程实体存在不同程度的破坏；核子密度法无损且准确程度高，但受制于放射性，难以广泛应用；复阻抗法是一种建立土体阻抗参数与密度、含水率函数关系的测试方法，最先由美国提出并进行了相关试验研究与应用，具有快速、无损且无放射性的优点，形成了相关技术规范［４－５］ ，但在我国实际应用的准确性尚存在一定争议，主要原因是尚未形成统一、标准的标定过程［６－７］ ，主要体现在两个方面：１）标定样本的土体干密度、含水率适宜范围；２）标定样本的数量及组合方式。

在标定样本的土体干密度、含水率适宜范围方面，美国工程材料协会标准ＡＳＴＭ Ｄ７６９８－２０２１ 和美国国家公路与运输协会标准ＴＰ １１２－２０２１ 仅指出了在一定的干密度和含水率范围外统计结果的方差可能会增大；Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ 等［８］ 在美国Ｄｏｖｅｒ 和Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ 地区选取两种黏土土样，制备测试样本［干密度范围为（０．９１～１．００）ρｄｍａｘ，质量含水率范围在最优含水率以下６％至最优含水率］，测试结果相对较准，但未对上述范围以外的样本进行测试；Ｒｏｓｅ 等［９］ 在美国Ｉｄａｈｏ、郑建国等［１０］ 在陕西延安等地取土进行试验，结果显示，相较于ＡＳＴＭ Ｄ７６９８－２０２１ 等规范提出的建议范围，标定样本的含水率在更窄的范围内所建立的标定模型测试结果较准确。在标定样本的数量及组合方式方面，ＡＳＴＭ Ｄ７６９８－２０２１ 标准中采用矩阵法，即由一定组数的干密度和含水率配置组合，样本数量不宜少于６ 个；ＴＰ １１２－２０２１ 标准中参照击实试验的土样配置方法，按照不少于５ 个含水率（相连两个试样含水率差值宜为２％）配置５ 组标定土样进行测试；许进和等［１１］ 、赵春梅［１２］ 采用散点法配置样本进行试验，认为标定模型的样本数对于现场测试准确程度影响极大，合理配置标定土样的含水率变化梯度能够在样本较少时取得较好效果，测点数量应大于７ 个。虽然国内外学者进行了一定的试验研究，并针对标定样本的参数范围、数量及组合方式提出相关意见，但对不同类型土样进行较为系统的比对试验成果较少，尚未形成统一的标定方法，仍需要进一步开展试验研究。