高填路基粗顆粒填料的壓縮變形特性研究

程煥達，冉　淇

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽　550001)

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高填路基粗顆粒填料的壓縮變形特性研究

程煥達，冉淇

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽550001)

摘要：粗顆粒土在鐵路建設(shè)中應(yīng)用廣泛，研究其壓縮變形特性對控制高填路基的沉降變形具有重要的意義。針對滬昆客專芷江北站泥質(zhì)板巖填料，通過單軸壓縮試驗研究含水率和顆粒組成對其壓縮變形的影響，分析粗顆粒填料在不同含水狀態(tài)下、不同顆粒組成情況下的壓縮變形特性。結(jié)果表明壓縮變形與時間成對數(shù)關(guān)系，含水率和顆粒組成是影響粗顆粒填料壓縮變形特性的重要因素，提出使用干燥或飽和含水狀態(tài)、級配良好且粗細顆粒組土質(zhì)量百分數(shù)比為70∶30的粗顆粒填料以控制路基沉降。

關(guān)鍵詞：粗顆粒填料；壓縮變形；含水率；顆粒組成

1壓縮變形試驗

粗顆粒填料取自滬昆客運專線芷江北站泥質(zhì)板巖填料，壓縮變形試驗裝置，利用千斤頂給試樣加壓，試樣頂面呈等邊三角形布置的3個千分表測量豎向變形，取其算術(shù)平均值為試樣壓縮變形，當連續(xù)1 h內(nèi)壓縮量不超過0.001 mm時認為變形達到穩(wěn)定。

為了方便研究顆粒組成和含水率對壓縮變形特性的影響，擬定其他條件相同前提下設(shè)計兩組試驗：(1)在原顆粒組成下，研究不同含水狀態(tài)下的壓縮變形；(2)研究飽和含水狀態(tài)(含水率為10.32%)下不同顆粒組成的壓縮變形特性。見表1、表2。

表1　含水率試驗方案

表2　顆粒組成試驗方案

2壓縮變形影響因素分析

根據(jù)路基分層填筑的特點，采用50→100→200→400→800 kPa的分級加載方式，選取直徑為280 mm、高為230 mm的單軸固結(jié)儀進行試驗。

2.1含水率對壓縮變形的影響

試驗結(jié)果見圖1，從圖1可知：隨含水率的增大，最終壓縮變形呈明顯的“波峰”現(xiàn)象，即“中間大兩頭小”。試樣處于濕潤狀態(tài)(含水率為4.43%)時，壓縮變形最大，達7.99 mm；試樣處于干燥(含水率為0.69%)或飽和含水狀態(tài)(含水率為10.32%)時，壓縮變形較小，僅2.84 mm或3.10 mm。同時，比較干密度與最終壓縮變形規(guī)律得知：最終壓縮變形與干密度呈負相關(guān)關(guān)系，即當含水率增大時，最終壓縮變形先增大后減小，干密度則先減小后增大。由此可知：僅考慮含水率時，建議使用干燥或飽和含水狀態(tài)下的粗顆粒填料來控制路基壓縮變形，同時在碾壓過程中建議不要對干燥填料灑水。

圖1　壓縮變形與含水率的關(guān)系

2.2顆粒組成對壓縮變形的影響

不同顆粒組成試驗參數(shù)和結(jié)果見表3，從表3可知：對于不同顆粒組成的試樣，呈現(xiàn)出“干密度越大，最終壓縮變形越小” 規(guī)律，最終壓縮變形與干密度呈負相關(guān)關(guān)系。這是由于對此粗顆粒填料而言，干密度越大，顆粒越密實，抵抗壓縮變形的能力越大，發(fā)生的變形就越小。從顆粒組成分析，由于試樣中某粒組土的質(zhì)量百分數(shù)過多或過少，如N1、N2、N3、N6和N7含有超過40%的某粒組，N4和N5缺失某粒組，導(dǎo)致顆粒級配不均勻，難以達到較高的密實程度。N8試樣粗顆粒組與細顆粒組土的質(zhì)量百分比為70∶30，Cu=55.72，Cc=1.82，級配良好，粗、細顆粒分布均勻，在相同其他條件下相比N1～N7，易達到較高的密實度，從而壓縮變形較少。

表3　不同顆粒組成試驗參數(shù)與結(jié)果

3壓縮變形特性分析

在施加軸向荷載后，前15 min每隔15 s讀數(shù)一次，此后每15 min讀數(shù)一次，直到壓縮變形穩(wěn)定，得到的14組數(shù)據(jù)具有相似的變形特征，以試樣M1為例進行說明。從圖2可以看出：每級荷載作用下的壓縮曲線形狀相似，大部分壓縮變形均發(fā)生在加載后較短時間內(nèi)，完成穩(wěn)定壓縮量的80%所需時間小于30 min；之后，在恒載作用下，沉降速率迅速減小，壓縮變形增量也迅速減小，變形趨于平緩，達到穩(wěn)定所需時間僅24 h，反映出非飽和粗粒土“變形大，壓縮快”的特性。但各組試驗的壓縮量差別較大，考慮到土樣的物理性質(zhì)，主要是由含水率、顆粒組成不同引起。

圖2　試樣M1的壓縮變形-時間曲線

對試樣M1各級荷載作用下的壓縮變形曲線進行擬合，擬合結(jié)果見表4，不難發(fā)現(xiàn)壓縮變形S與時間t成對數(shù)關(guān)系，可用S=a+b·ln(t)表示，擬合精度較大，相關(guān)系數(shù)達0.95。

表4　試樣M1壓縮變形S與時間t的擬合關(guān)系

4結(jié)論

(1)只考慮含水率對壓縮變形的影響，泥質(zhì)板巖粗顆粒填料隨含水率的增加，壓縮變形呈“波峰”現(xiàn)象，先增大后減?。?/p>

(2)只考慮顆粒組成對壓縮變形的影響，具有良好級配且粗、細顆粒組土的質(zhì)量百分數(shù)比為70∶30的粗顆粒填料，壓縮變形較小，建議使用此種填料；

(3)建議使用干燥或飽和含水狀態(tài)下的粗顆粒填料來控制路基壓縮變形，在碾壓過程中不要對干燥填料灑水；

(4)粗顆粒填料的壓縮變形與時間成對數(shù)關(guān)系，可用S=a+b·ln(t)表示。

參考文獻：

[1]郭慶國.粗粒土的工程特性及應(yīng)用[M].鄭州：黃河水利出版社, 1998.

[2]馮忠居,張永清.粗粒土路基的壓實試驗[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，(3):9-12.

[3]劉桂琴,成華.壓縮蠕變試驗用于研究高填方體沉降變形[J].土工基礎(chǔ), 2008，(3):73-76.

High fill embankment coarse particle packing compression deformation characteristics of the study

CHEN Huan-da,RAN Qi

(Guizhou Province Transportation Planning Survey and Design Institute Co., Ltd., Guiyang Guizhou 550001,China)

Abstract:Coarse granular soil has been widely applied in railway construction, to study the characteristics of compression deformation on control is of great significance to the high fill subgrade settlement deformation. For shanghai-kunming guest designed zhijiang north station argillaceous SLATE packing, by uniaxial compression test research of moisture content and particle composition on its compression deformation, analysis of coarse particle packing in different water conditions, compression deformation characteristics of the particles in different circumstances. Results show that compression deformation and time several relations in pairs, moisture content and particle composition are the important factors influencing the coarse particle packing compression deformation characteristics, proposed to use dry or saturated state, grading and good granules group of soil quality percentage ratio of 70:30 of coarse particle packing to control the embankment settlement.

Key words:coarse particle packing;compression deformation;the moisture content; particles

收稿日期：2015-03-31

作者簡介：陳煥達(1964-)，男，貴州織金人，高級工程師，從事公路、橋梁、地質(zhì)方面的設(shè)計、研究、咨詢等工作。

中圖分類號：U416.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)04-0021-02