实验室压实土壤的加州承载比测定标准试验方法（D1883-21）

📋 概述与适用范围

加利福尼亚承载比（加州承载比）试验由加州公路局于1929年首次提出，用于评估柔性路面系统中路基、基层及底基层材料的承载能力。该方法因其简便实用，逐渐成为全球通用的土工强度指标，ASTM于1961年将其标准化为D1883，历经多次修订形成现行D1883—21版本。该标准的核心目的是测定实验室压实试件在浸水或不浸水条件下的贯入阻力与标准碎石贯入阻力之比值，从而评价材料的力学性能。

标准主要适用于最大粒径小于19毫米（3/4英寸）的材料。当大粒径颗粒存在时，规定应通过筛分修正级配，使全部材料通过19毫米筛，同时保持总砾石组分（即通过75毫米筛但停留在4.75毫米筛的部分）不变。必须指出，修正级配可能改变原材料的强度特性，但基于大量工程经验，该方法仍被广泛接受，并已有配套设计体系。对于保留在4.75毫米筛上颗粒较多的材料，前人经验表明试验变异性较大，因此需要增加平行试件的数量以获得可靠的承载比值。

该标准与ASTM D698（标准压实试验）和D1557（改进压实试验）紧密关联，试件的干密度通常以这两种压实方法最大干密度的百分比形式指定。客户也可自行规定目标含水量或含水量范围，以及相应的干密度。除非另有要求或已证明对试验结果无影响，所有试件应在贯入前完成为期4天的浸水处理，以模拟最不利的湿度条件。标准以英寸‑磅单位作为正式表达，括号内的国际单位仅作换算参考，但在报告时两者均可合法使用，不视为不符合标准。

⚙️ 试验原理与方法

试验原理基于圆柱形贯入活塞（直径49.63毫米，即1.954英寸）以1.27毫米/分钟（0.05英寸/分钟）的速率压入试件表面，记录贯入深度与对应荷载。将试件在某贯入深度处的单位压力与标准碎石在同深度的单位压力相比较，得出承载比。标准碎石在0.1英寸（2.54毫米）贯入深度处的标准荷载为1000磅力（约4.45千牛），0.2英寸（5.08毫米）处为1500磅力（约6.67千牛），0.3英寸、0.4英寸和0.5英寸处分别为1900、2300和2600磅力（约8.45、10.23、11.56千牛）。试验结果以承载比百分数表示，通常取0.1英寸贯入时的计算值，但若0.2英寸处的比值更大，则采用后者。

试件制备采用内径152.4毫米（6英寸）、高度177.8毫米（7英寸）的圆柱模具，通过分层压实达到指定干密度。根据材料类型和压实标准，可选用D698（标准普氏）或D1557（改进普氏）的击实功。每层击实次数需确保最终试件高度满足要求。压实后，卸下模具底板并安装膨胀测量装置，在浸水槽中施加4.54千克（10磅）的配重荷载，静置96小时，期间记录膨胀量。浸水有助于模拟材料在路面使用期间可能达到的最大含水量，从而评估强度损失。

贯入试验时，将试件连同模具放置在压力机底座上，活塞对准试件中心，以1.27毫米/分钟的恒定速度贯入。荷载测量设备精度应达到满量程的1%，贯入深度测量至少精确至0.025毫米（0.001英寸）。记录至少至总贯入深度7.62毫米（0.3英寸），或荷载最大值后停止。绘制荷载‑贯入曲线，必要时进行原点修正，然后读取各特征深度的荷载值并计算承载比。通常平行试件数量不少于3个，取平均数为最终结果。

📊 技术参数与指标

下列表格列出了标准碎石在不同贯入深度下的标准荷载值，这是承载比计算的基础依据。该数据来源于标准正文的表1，采用英寸‑磅单位制。

标准还对单位使用惯例作出说明。在美国工程实践中，通常使用“磅”同时表示质量（lbm）和力（lbf），这在科学上严格性欠佳。为统一，标准推荐在正式计算中采用重力制，即以磅表示力，以斯（slug）表示质量，但在日常商业中斯几乎不被使用。下表整理了相关单位的关联。

🔬 工程应用与注意事项

加州承载比是柔性路面设计中最核心的强度参数，广泛应用于机场跑道、公路路基、基层以及底基层材料评价。通过承载比设计曲线（如美国加州设计法、AASHTO 93法），可以直接推算所需结构层厚度。试验的浸水条件模拟了材料在毛细水上升或地下水位变化后达到饱和的状态，这是确定最不利强度的重要环节。对于水稳定性差的材料，浸水承载比往往仅为干燥状态的30%～50%，因此在工程中必须重视浸水指标。

试验中修正级配带来的强度差异不容忽视。当材料中超过19毫米的颗粒被剔除并等重替换为较细砾石后，粗颗粒间的嵌锁力减弱，可能导致承载比降低。因此，对于含有大量粗粒的材料，宜同时进行原位CBR试验或使用更大尺寸的试验设备。此外，材料的含水状态、压实功的大小、浸泡时间以及贯入速率都会对结果产生显著影响。质量控制中要求每批次材料至少制备3个平行试件，当变异系数大于10%时需增加试件数。

另一个常见问题是贯入曲线的原点修正。当荷载‑贯入曲线初始段因试件表面不平整出现明显凹向原点的情况时，应将曲线最陡段的延长线与零荷载水平线的交点作为修正原点，然后读取对应深度的荷载。这种处理是为了消除表面虚接触带来的误差。试验人员应接受标准化培训，尤其注意活塞清洁度和试件顶面水平度。只有将操作细节贯穿到每一个环节，才能获得真正代表材料强度的承载比值。

❓ 常见问题解答