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土石混合料路用性能的实验研究

高春玉  
【摘要】:本论文为“土石混合料路用性能及质量评价”项目的部分研究成果,该项目属交通部西部交通科技项目“土石混填路基修筑技术”的子项目之一。项目的试验土样取自渝黔高速公路的路堤填筑料,室内采用直径为30cm的三轴仪进行大型三轴试验,并应用现代试验技术和现代计算机模拟技术相结合来完成研究。 渝黔高速公路路堤填筑料为暗紫红色无粘性土石混合料。土石混合料具有压实性能好、透水性强、填筑密度大、抗剪强度高、沉陷变形小、承载力高等工程特性,因此在工程建设中得到了广泛应用。随着土石混合料应用范围的扩大,对这类土的研究工作也逐渐深入。但以往对土石混合料的研究方法多采用击实法,主要研究土石混合料的压实密度,很少有人对变形特性和强度特性进行系统研究。变形特性和强度特性是土石料主要工程特性,是路堤等土石方工程稳定分析与沉降变形分析的依据。研究路堤填筑料的力学特性可以给实际工程提供指导,从而制定相应的措施。 为系统、深入研究其力学特性,本论文对该种土石混合料开展了系统的室内试验和计算机模拟研究。室内试验主要选择了密度、砾石含量及最大粒径等因素作为系列实验的控制因素,这些影响因素可以人为控制而工程实际中容易得到、同时对力学特性影响较为明显,于是得到相应于不同影响因素变化的试验参数,将这些参数引入数值模拟计算中,进一步得出不同影响因素对路堤的沉降变形和稳定性的影响。研究工作的主要内容包括: 1、完成公路规范要求的常规试验,得出土石混合料的应力应变关系和邓肯模型参数; 2、结合自身特色进行成都科大K-G模型试验,得出土石料的强度参数及 WP=3 应力应变关系,并与常规试验参数对比; 3、采用一个试样多级加荷的方式,进行不同密度、不同粒度含量及不同最大粒径的多组大型三轴实验,得到路堤填筑土石混合料在不同影响因素变化下的抗剪强度参数及应力应变关系等;对单个影响因素进行了回归分析并得出回归方程; 4、根据实验得到的力学特性及其变化规律,建立土石混合料的本构关系。引入对应的模型和有限元数值模拟计算,研究了不同影响因素对路堤填筑土石混合料力学性能的影响; 5、通过试验和数值模拟研究,分析不同应力路径、不同密度、不同粒度含量及不同最大粒径等因素对路堤的沉降变形和稳定性的影响。 通过研究得出以下结论:试验路径对土石混合料的影响较小;土石混合料的强度随密度的的增大而增大,变形随密度增大而减小;土石混合料的强度取决于粗、细粒料的共同作用,随P5含量的增加,土石料的咬合力减小而内摩擦角增大;强度与最大粒径的关系和强度与P5含量的关系有类似规律;最大粒径变化时变形随粒径的增加而增大。


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