专利名称：一种确定土体击实最佳含水量的方法
技术领域：
本发明涉及岩土工程领域填方土体加固含水量控制技术领域，特别涉及一种确定土体击实最佳含水量的方法。
背景技术：
我国是世界上山地面积最大的国家，山地城镇和交通建设较多场地不得不采用大挖大填方式。填土的含水量及干密度是填方体夯或击实加固设计和效果评价的重要参数。 我国现行土工实验规程规定基于击实试验确定土体最佳含水量时要预先判定最佳含水量范围，拌制出5种不同含水量的土样，经击实试验得到5组不同含水量和干密度数据，将5 组数据绘制成光滑的曲线，从图中得出该土样的最佳含水量和最大干密度。现阶段在满足规程的要求下，工程和学术界均通过计算机或人工按平滑线把击实试验数据点连成光滑曲线，且曲线的连接没有严格统一的数学规律作为依据。计算机往往把实际输入的最大数值点默认为该曲线的最大极值点，导致最佳含水量和最大干密度的失真；人工连线绘图对于曲线最大极值点的判断往往依赖于网格划分精度和绘图者的经验，存在较强的随机性和主观性。总之，目前基于击实试验确定土体最佳含水量的方法存在较大的误差和明显的主观性，至今还没有严密的理论依据。
自然界大多现象均存在一定的内在规律，因此许多实际问题都可用某种函数来描述其内在规律，而岩土和地质工程界不少函数规律是通过实验和观测来进行经验拟合。拉格朗日(Lagrange)插值法是以法国十八世纪数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日(Joseph Louis Lagrange)命名的一种多项式插值拟合方法,其给出一个恰好穿过二维平面上若干个已知点的多项式函数，而且此函数一定存在且唯一。发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于插值拟合和补充3组击实试验综合确定土体击实最佳含水量的方法。该方法是一种可很好地减小现行规范采用的土体击实最佳含水量取值误差的数学和试验耦合优化方法。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供的一种基于确定土体击实最佳含水量的方法，包括以下步骤
SI :预先拌制不同含水量的土样；
S2 :对土样进行击实、环刀切削和烘干处理，得到土样含水量和干密度数据；
S3 :按照以下公式来确定以含水量χ为变量值，干密度F(X)为函数值的拉格朗日插值多项式
F(X) = ^yjZj(X)lJ=Iw
式中，/)(χ)= Π ■~ -，η试验组数，Xi和Xj为试验土样的含水量，Yj为试验含 -j xI ~Xi水量&所对应的干密度；
S4 :求解方程F' (χ) =0，确定理论最佳含水量X。；
S5 :根据最佳理论含水量Xtl和现行规范方法确定的最佳含水量Qci补充拌制多种实际最可能最佳含水量的土样；
S6:对补充的最可能最佳含水量土样进行击实试验和击实土体干密度测试，确定土体击实实际最佳含水量。
进一步，步骤SI所述土样是按照现行规范要求至少制出5种不同含水量的土样。
进一步，所述步骤S2和步骤S6 土样干密度是按照击实试验流程要求对土样进行击实、切削和烘干处理而得到的干密度数据。
进一步，所述步骤S5补充土样为3种实际最可能最佳含水量的土样，其含水量分别为Xo、Xo土 ct (Xci-COtl), α为差值系数，Oci现行规范方法确定的最佳含水量。
进一步,所述理论最佳含水量是通过对插值函F(X)进行求导并令F' (X)=O来确定的函数极值点Χ(ι。
进一步,所述差值系数α取值范围为O. 3 O. 7。
进一步，所述差值系数α可根据土体的水敏性强弱来取值，水敏性越强则取值越小，越弱则取值可相对较大，水敏性较弱的土体参考值为O. 5。
进一步，在确定理论最佳含水量Xtl和规范法确定最佳含水量Otl的基础上，重新拌制3组最可能为最佳含水量的实际土样并进行击实试验，3组中击实干密度最大值所对应的土体含水量即为最佳含水量。
本发明的优点在于本发明采用的基于插值拟合和补充3组击实试验综合确定土体击实最佳含水量的方法。该方法可很好地减小现行规范采用的土体击实最佳含水量取值误差的数学和试验耦合方法。此发明方法不仅具有严密的数学理论，且实施步骤清楚，操作容易，实用性强。虽然较现行规范方法多进行了 3组土体击实实验，但由于一组击实试验费用很低，费用并没有增加多少，而确定含水量的精度是直接影响工程土体强度的关键。通过对土体击实试验数据的拉格朗日插值多项式求导即可确定土体击实的理论最佳含水量，再在理论最佳含水量和规范法确定的最佳含水量基础上重新配制3组不同含水量的土体样品，最后再通过击实试验确定最佳含水量，取值精度有了较好的提高，适合推广应用。而且已有研究已经表明绝大多数土体的击实试验中含水量和干密度数据点连线为单峰值的平滑上凸曲线(上凸表明必定会存在一个取得理论最大干密度的理论最佳含水量)，故即不存在插值基本多项式复杂多变问题，也不会出现数值不稳定状态。


为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图I是本发明方法流程图2是本发明含水量和干密度拟合曲线与规范法连线对比实例图3是本发明方法与现行规范法确定土体击实最佳含水量的对比实例图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
概述实施例I
本发明提供的一种确定土体击实最佳含水量的方法，包括以下步骤
SI :预先拌制不同含水量的土样；所述土样是按照现行规范(土工试验规程 (SL237 - 1999))要求至少制出5种不同含水量的土样。
S2 :对土样按现行规范进行击实实验，并测试各土样的干密度Ji和含水量Xi (%)。 运用环刀法测定各土样的密度P i，保留各试样修平时的余土。各土样须进行2次平行测定， 其平行差值不得大于O. 03g/cm3，取其算数平均值。运用烘干法测定上述各试样余土的含水量\ (%)，各土样需进行2次平行测定，其允许平行误差须满足土工试验规程规定(Xi < 10为O. 5%，10≤Xi≤40为I. 0%, Xi > 40为2. 0%)，取其算数平均值。基于公式
权利要求
1.一种确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于包括以下步骤Si:预先拌制不同含水量的土样；52:对土样进行击实、环刀切削和烘干处理，得到土样含水量和干密度数据；53:按照以下公式来确定以含水量X为变量值，干密度F(X)为函数值的拉格朗日插值多项式F(X) = ,fj(x),J=I式中,/,(X)= Π :—I，η试验组数，Xi和为试验土样的含水量，Yj为试验含水量J Xj Χ Xj所对应的干密度；54:求解方程F' (χ) =0，确定最佳理论含水量X。；55:根据最佳理论含水量Xtl和现行规范方法确定的最佳含水量Otl，补充拌制多种实际最可能最佳含水量的土样；56:对补充土样进行击实试验和击实土体干密度测试，确定土体击实最佳含水量。
2.根据权利要求I所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于步骤SI所述土样是按照现行规范要求至少制出5种不同含水量的土样。
3.根据权利要求I所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于所述步骤S2 和步骤S6 土样干密度是按照击实试验流程要求对土样进行击实、切削和烘干处理而得到的干密度数据。
4.根据权利要求I所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于所述步骤S5 的补充土样为3种实际最可能最佳含水量的土样，其含水量分别为Χ(ι、Χ(ι±α (χ0-ω 0), α为差值系数，Qci为现行规范方法确定的最佳含水量。
5.根据权利要求I所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于所述最佳理论含水量是通过对插值函F(X)进行求导并令F' (X)=O来确定的函数极值点Χ(ι。
6.根据权利要求4所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于所述差值系数α取值范围为O. 3 O. 7。
7.根据权利要求6所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于所述差值系数α可根据土体的水敏性强弱来取值，水敏性越强则取值越小，越弱则取值可相对较大， 水敏性较弱的土体参考值为O. 5。
8.根据权利要求I所述的确定土体击实最佳含水量的方法，其特征在于在确定最佳理论含水量Xtl和规范法确定最佳含水量Qci的基础上，重新拌制3组实际最可能为最佳含水量的土样并进行击实试验，3组中击实干密度最大值所对应的土体含水量即为最佳含水量。
全文摘要
本发明公开了一种确定土体击实最佳含水量的方法。首先按照现行规范要求拌制出5种不同含水量的土样，并通过击实试验得到5组不同含水量和干密度数据；其次，建立以含水量为变量，干密度为函数值的拉格朗日插值多项式表达式，求解实验数据的拉格朗日插值多项式函数，并通过函数一次求导，确定在现有含水量范围极值即为最佳理论含水量；然后，确定实际最佳含水量区间，补充拌制3种最可能的最佳含水量土样；最后，通过对3种补充土样进行击实试验，确定最佳含水量。本发明很好地减小了最佳含水量的取值误差，是对现行规范方法很好的改进，不仅理论严密，而且操作简单，实用性强。适宜于土体填方或夯实等工程最佳含水量参数的获取。
文档编号G01N33/24GK102914633SQ20121039257
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者黄达, 金华辉, 杨忠平, 吴俊宏 申请人:重庆大学