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细粒土的压实特性与潮湿地区公路路基填筑控制技术研究

万智  
【摘要】: 在我国南方地区的公路建设中,含砂粉土、一般粉土和粘性土、高液限粘土等细粒土作为路基填料使用广泛,由于该地区气候潮湿,土体天然含水率较高,施工中普遍存在路基碾压困难的问题。如果通过翻晒等措施使填料含水率降低至符合规范要求后进行碾压,则施工工期和路基的长期稳定性均难以保证。此外,由于土体中的细颗粒含量较高,部分填料的承载比强度难以达到现行规范的要求。论文以湖南省交通运输厅科技进步与创新计划《公路细粒土路基压实施工技术研究》等项目为依托,通过理论分析、室内外试验等技术手段,对细粒土的工程特性与潮湿地区公路路基填筑控制技术进行了深入的研究,解决了潮湿地区直接利用细粒土进行路基填筑的诸多技术难题,主要研究内容如下: (1)细粒土的压实特性和全压实曲线研究。与传统击实试验相比,论文中进行的击实试验含水量范围更广,其目的是为了了解和掌握以往被人们忽视的压实曲线的重要边界特征。将击实所得的含水量与干密度关系经指标换算转化为含水量与饱和度关系,通过引入与土体物理性质和击实功大小相关的Sm、wm、p和n四个参数,提出细粒土的全压实曲线方程及其参数的确定方法。分析了Sm、wm、p和n对压实曲线形状的影响、参数与土体物理性质及压实功大小的相关性。通过典型细粒土填料击实试验结果,对提出的全压实曲线数学模型进行了验证。 (2)细粒土的分类及其工程特性研究。对比分析了国内外不同国家提出的细粒土分类标准,对美国爱德华州EPC分类体系进行了详细的分析评价,采用该分类体系对湖南省典型细粒土路基填料的工程适应性进行了评价。通过不同击实功下土样CBR与含水量关系试验,对不同压实状态下粉砂土、一般粘性土、高液限红粘土等典型细粒土样在浸水后的强度和变形等水稳性能进行了系统的试验研究。 (3)凸块振动碾碾压机理的简化分析。粘性土在凸块振动碾的碾压作用下,土体将要发生大变形现象,基于此,在非线性强度准则的基础上,采用大变形、双标量损伤本构模型和塑性理论,构造了凸块振动碾碾压粘性细粒土的静、动力简化分析模型;获得了凸轮动态和静态压密时弹性区的应力和速度分布规律和凸轮动态压密时弹性区、损伤区和塑性区中的应力和速度分布解。凸轮碾压的有效影响深度数值计算结果与工程实践较为吻合。 (4)路基的现场碾压试验和潮湿地区高速公路路基压实控制指标和标准研究。总结了影响路基压实的因素,对高含水量含粉砂土和高液限土(红粘土)开展了大型现场碾压试验研究。通过设置不同的松铺厚度、填筑含水量、碾压遍数,以及使用不同的压实机械等试验条件获得了丰富的成果;总结了这两类土体的现场碾压特性和施工工艺,并提出了相应的填筑控制建议。探讨了在现行规范框架内降低压实度标准的依据并提出了确定降低标准参考值的方法;分析了潮湿地区细粒土碾压采用压实度指标和标准控制时的不足,提出了采用孔隙率作为潮湿地区细粒土压实控制指标的设想,提出了潮湿地区公路路堤不同填筑部位的控制标准建议。


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