膨胀土路基设计、加固与施工技术研究.ppt

Cliquez et modifiez le titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,*,长沙理工大学,膨胀土课题组,膨胀土路基设计、加固与施工技术研究,*,长沙理工大学,膨胀土课题组,膨胀土路基设计、加固与施工技术研究,*,长沙理工大学,膨胀土课题组,膨胀土路基设计、加固与施工技术研究,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,长沙理工大学,2007,年,9,月,膨胀土路基设计、加固与施工技术研究,杨和平 教授、博导,主要介绍内容,项目概况,研究目标,研究的主要内容和成果,结论和建议,2,膨胀土,工程中的“癌症”,蒙脱石,伊利石,混层粘土矿物,矿物成分,超固结性,裂隙性,吸水膨胀软化,失水收缩开裂,反复变形,基本特性,分布广,类型多,性质复杂,中国膨胀土特点,中国的膨胀土及其公路工程中的问题,项目概况,3,广西南友路膨胀土滑坡,项目概况,公路工程中的膨胀土问题,通往南宁市畜牧研究所某路段矮墙破坏,广西,322,国道南宁出口段路堑边坡坍塌,广西南百路膨胀土滑坡,4,项目概况,公路工程中的膨胀土问题,湖北襄荆路堑边坡挡墙被推移剪切破坏,湖北襄荆,路堑边坡骨架破坏,膨胀土引起的路面破坏,5,项目概况,公路工程中的膨胀土问题,广西百色市水泥路面严重的龟纹网裂,南宁市圆湖路沥青路面隆起产生波浪变形,云南新哨路因膨胀变相引起的沥青路面变形,6,桥台开裂,桥梁锥坡开裂外移,截水沟被剪断,项目概况,公路工程中的膨胀土问题,7,广西南友路膨胀土废弃造成的水土流失,项目概况,公路工程中的膨胀土问题,弃方被雨水冲刷后情形,弃土堆塌陷景象,膨胀泥岩弃方风化剥蚀后景象,8,西部规划建设中拟建的,2.1,万公里里程中有近,3300,公里路段穿越膨胀土分布区。膨胀土工程地质问题已成为西部公路建设中最突出的工程问题之一。,国家高速公路网布局,中国膨胀土分布,我国西部公路建设面临的膨胀土问题,9,膨胀土地区公路修筑成套技术研究,2002,年交通部西部交通建设科技项目,分题一：膨胀土地区公路勘察设计技术研究,承担单位：中交第二公路勘察设计研究院,分题二：膨胀土路基设计、加固与施工技术研究,牵头单位：长沙理工大学,分题三：膨胀土地区公路构造物地基与基础,设计和施工技术研究,分题四：膨胀土地区公路环境保护技术研究,承担单位：南京水利科学研究院,承担单位：云南公路科学技术研究所,交通部膨胀土研究项目组成,10,研究目标,解决膨胀土地区公路路基建设中普遍存在的,关键技术问题,：,1.,膨胀土用作路堤填料的技术问题,环保与水土保持,2.,路堑边坡稳定与加固及防排水问题,3.,路基变形对路面的影响及防治问题,派生两类问题：,1.,膨胀土土性及路用性能研究,2.,干湿循环显著影响区的问题,研究目标,为路基处治提供可靠依据,研究过程中始终把握一个原则：以获得膨胀土路基设计、加固与施工实用技术为最终目标，并将这一思想贯穿于研究的全过程。,11,一、膨胀土土性及物理力学特性试验研究,二、膨胀土干湿循环显著影响区及其勘察方法研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,四、膨胀土路堑设计与施工技术研究,五、膨胀土路基路面变形协调设计研究,主要研究内容和成果,主要研究内容和成果,12,一,膨胀土土性及物理力学特性,3.,渗透特性,4.,变形特性,5.,强度特性,7.,本构模型及参数,9.,膨胀土与筋材,相互作用特性,8.,承载力及水稳性,1.,物质成分、结构特征和基本物理性质,2.,判别与分类,土性特征,力学特性,工程特性,6.,干湿循环特性,一、膨胀土土性及物理力学特性试验研究,13,试验规模、试验目标,现场测试实际完成工程量,地点,钻探,标贯,（次）,原位剪切试验,（组）,钻孔,（个）,进尺,（,m,）,AK0,4,46.8,23,AK2,7,69.3,14,K133,8,92.6,55,9,K135,5,53.4,29,K138,20,121,26,K139,3,27.5,14,K142,4,30.7,8,合,计,51,441.3,169,9,现场原位勘探试验,现场原位测试试验,确定大气干湿循环层深度,确定含结构面膨胀土抗剪强度,内 容,目 的,现场原位测试与勘探试验,一,膨胀土土性及物理力学特性,14,试验规模、试验目标,室内试验,试验内容,试验项目,采用规程,试验仪器,物理化,学试验,阳离子交换量,JTJ51-93,NH,4,CL,测定,比表面积,自编规程,1,乙二醇吸附,有机质,JTJ51-93,酸碱度,JTJ51-93,粘土矿物成分,自编规程,1,XRD,测试,微观结构,自编规程,1,扫描电镜,物理指,标试验,比重,JTJ51-93,比重瓶测定,颗粒分析,JTJ51-93,比重计法,自由膨胀率,JTJ51-93,5ml,量筒,液塑限,JTJ51-93,联合测定仪,压缩试验,JTJ51-93,三联固结仪,含水率,JTJ51-93,烘干法,密度,JTJ51-93,环刀法,标准吸湿含水率,JTGD30-2004,溴化钠,保湿缸,渗透特性,土水特征曲线,自编规程,2,压力板仪,渗透试验,JTJ51-93,渗透仪,室内试验内容及规模（,1,）,一,膨胀土土性及物理力学特性,15,试验内容,试验项目,采用规程,试验仪器,胀缩试验,无荷膨胀率,JTJ51-93,三联固结仪,有荷膨胀率,JTJ51-93,三联固结仪,膨胀力,JTJ51-93,三联固结仪,收缩,JTJ51-93,收缩仪,三轴,K0,固结,SL237-029-99,GDS,三轴仪,弹性模量,SL237-029-99,GDS,三轴仪,强度试验,固结不排水直剪,JTJ51-93,四联直剪仪,固结排水直剪,JTJ51-93,四联直剪仪,排水反复直剪,JTJ51-93,四联直剪仪,固结不排水剪,JTJ51-93,GDS,三轴仪,非饱和三轴试验,自编规程,2,GDS,三轴仪,模拟干湿,循环试验,无荷条件,自编规程,2,GDS,三轴仪,有荷条件,自编规程,2,钨灯、直剪仪,承载力及,水稳性,试验,击实,JTJ51-93,电动击实仪,浸水,非浸水,CBR,改进,CBR,及,CBR,膨胀量,JTJ51-93,，自编规程,2,路强仪,浸水、非浸水,回弹模量,JTJ51-93,杠杆压力仪,拉拔试验,膨胀土与土工格,栅间相互作用,自编规程,2,大型数控拉拔,试验系统,室内试验内容及规模（,2,）,一,膨胀土土性及物理力学特性,试验规模、试验目标,16,进口,的主要大型试验设备,GDS,非饱和三轴试验系统,压力板仪试验系统,WFI,动静大三轴试验系统,价值,78,万,英国,GDS,公司生产,价值,17,万,美国,soil moisture,公司生产,价值近,100,万元,英国,FRI,公司生产,一,膨胀土土性及物理力学特性,17,自制,的主要大型试验设备,大型数控拉拔试验系统,改进的,CBR,试验装置,大型应变式直接剪切仪,价值,30,万,已申请专利,价值,3,万,已申请专利,价值,0.8,万,已申请专利,一,膨胀土土性及物理力学特性,18,项目研究所获得的专利技术,序号,专利名称,专利类型,专利号,备注,1,一种柔性加筋支挡结构及其施工方法,发明专利,200520031717.3,公示,2,带直线导轨的直接剪切仪,实用新型专利,200620049930.7,3,应变控制式直接剪切仪,实用新型专利,200620049927.5,4,直接剪切仪,实用新型专利,200620049926.0,5,用于拉拔试验的试验箱,实用新型专利,200620049929.4,6,拉拔试验箱中气囊的气压伺服装置,实用新型专利,200620049928.X,7,一种,CBR,试验方法,发明专利,200610032376.6,受理,8,改进的,CBR,试验仪器,实用新型专利,200620052429.6,受理,一,膨胀土土性及物理力学特性,19,一、膨胀土土性及物理力学特性,1.,物质成分、结构特征和基本物理性质,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,通过对项目依托工程所在地广西、河南、云南、湖南以及全国其它膨胀土典型分布区的膨胀土样进行物质成分、结构特征和基本物理性质指标的试验。得到以下主要结论：,对膨胀土的胀缩性起主要作用的粘土矿物多以,伊利石,/,蒙脱石混层矿物,（,I/S,）为主，而不是以单一矿物（蒙脱石或伊利石）为主。,广西宁明膨胀土属于,镁基,膨胀土，具有很高的物理化学活性，在我国其它地区尚不多见。广西百色、陕西汉中、河南邓县、云南昭通和云南楚大路膨胀土属,钙基,膨胀土，膨胀、崩解速度快。,广西宁明、广西百色、云南昭通膨胀土属于风化,残积型膨胀土,，具有高孔隙、高含水率、高塑性和低密度的特点。陕西汉中、河南邓县膨胀土属于,沉积型膨胀土,，密度相对较高、天然含水率稍低。,膨胀土,天然稳定含水率,多与其塑限相近。,膨胀土风干后的膨胀力和膨胀量是天然土的,5,10,倍，,干燥活化,是膨胀土又一显著特征。,20,一、膨胀土土性及物理力学特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,对标准吸湿含水率指标的验证,2.,膨胀土判别与分类,试验结果表明，标准吸湿含水率与微观指标之间成,良好的线性关系,，作为膨胀土的判别与分类指标是,合理,的。,课题组对取自四省（区）六地的,16,个膨胀土样进行了标准吸湿含水率试验和相应的物理化学性质试验，以验证中交二院所提出的标准吸湿含水率指标及其判别标准的合理和有效性。,21,一、膨胀土土性及物理力学特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,标准吸湿含水率标准与采用微观指标（蒙脱石含量、阳离子交换量等）为主控指标的方法的分类结果相一致，即可证明标准吸湿含水率标准的,合理性,。,2.,膨胀土判别与分类,22,一、膨胀土土性及物理力学特性,3.,膨胀土渗透特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,1,）饱和渗透试验,试验结论：,膨胀土重塑样的饱和渗透系数要比原状样低。,重塑样渗透系数与孔隙率之间成对数关系,土样,渗透系数,k,/(,m/s,),原状样,重塑样,灰白膨胀土,2.33E-08,3.28E-09,灰黑膨胀土,5.24E-08,5.50E-09,广西宁明灰白膨胀土渗透系数随孔隙率的变化,广西宁明灰黑膨胀土渗透系数随孔隙率的变化,试验结果：,23,一、膨胀土土性及物理力学特性,3.,膨胀土渗透特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,2,）非饱和渗透系数,收缩试验结果,体积含水率吸力,土水特征曲线,VG,模型拟合,渗透系数函数,（,Fredlund,公式）,非饱和膨胀土,渗透系数,k,us,重量含水率吸力,土水特征曲线,重力含水率,吸力土水特征曲线,体积含水率,吸力土水特征曲线,收缩试验资料,转换,试验方法：,试验结果,1,：,24,结论：,非饱和渗透系数与含水率之间成指数关系（）,一、膨胀土土性及物理力学特性,3.,膨胀土渗透特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,非饱和渗透系数随含水率变化曲线,广西宁明,灰黑原状土,广西宁明,灰黑重塑土,广西宁明,灰白原状土,广西宁明,灰白重塑土,（,2,）非饱和渗透系数,试验结果,2,：,25,一、膨胀土土性及物理力学特性,4.,膨胀土变形特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,以广西南友路宁明灰白膨胀土为主要研究对象，考虑膨胀土在公路路基中实际应力状态和含水率变化范围，利用常规固结仪进行了不同含水率和上覆压力条件下的系列试验，研究了膨胀变形规律，得到了膨胀系数等数值分析所需计算参数。,荷载级别（,kPa,）,0,、,12.5,、,25,、,37.5,、,50,、,75,、,100,、,150,、,200,初始含水率（,%,）,17.6,、,18.9,、,21.2,、,23.0,宁明灰白膨胀土,荷载级别（,kPa,）,12.5,、,25,、,50,、,100,初始含水率（,%,）,14.3,、,17.7,、,22.4,、,25.3,云南楚雄膨胀土,试验内容,有荷膨胀试验,试验土样,试验设计,膨胀力试验,宁明灰白膨胀土,初始含水率（,%,）,15.4,、,18.9,、,20.8,、,22.3,、,24.0,收缩试验,宁明灰白膨胀土,初始含水率（,%,）,26.5,、,30.2,、,29.2,、,32.8,、,28.0,初始干密度（,%,）,1.52,、,1.46,、,1.45,、,1.37,、,1.48,26,一、膨胀土土性及物理力学特性,4.,膨胀土变形特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,膨胀土在不同初始含水率下有荷膨胀量与上覆压力的关系图,广西宁明,灰白膨胀土,云南楚大路,膨胀土,宁明灰白膨胀土不同初始含水率下,胀限含水率和上覆压力的关系图,宁明灰白土不同初始含水率条件下有荷膨胀量与过程含水率关系图,膨胀过程中有荷膨胀量与吸水量的关系（用于变形分析）,胀限含水率和上覆压力、初始含水率的关系用于（用于饱和状态下湿度场分析）,膨胀系数,（特定荷载条件下膨胀率与含水率变化直线的斜率）,数据回归分析结果：,27,一、膨胀土土性及物理力学特性,4.,膨胀土变形特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,无荷膨胀量与初始含水率的关系,膨胀力随初始含水率的变化曲线,收缩率随初始干密度的变化曲线,收缩率随初始含水率的变化曲线,28,一、膨胀土土性及物理力学特性,5.,膨胀土强度特性,常规饱和固结快剪试验发现，不同地区膨胀土的抗剪强度指标存在较大的差异性。一般情况下胀缩性越强，其抗剪强度指标越低。,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,土样,胀缩等级,原状土,重塑土,c,（,kPa,）,（,）,c,（,kPa,）,（,）,广西宁明灰白膨胀土,中,3687,（,70,）,9.219.1,（,13,）,61.7,12,广西宁明灰黑膨胀土,中偏弱,3283,（,55,）,9.134.5,（,25,）,72.8,28.2,河南南邓路膨胀土,强,1428,（,22,）,10.114.8,（,12,）,/,/,云南楚大路膨胀土,中,4670,（,65,）,10.016.1,（,13,）,44.0,20.0,陕西汉中膨胀土,弱,1936,（,29,）,16.229.5,（,22,）,/,/,云南昭通膨胀土,极强,410,（,7,）,2.112.8,（,8,）,/,/,（,1,）各膨胀土样常规饱和固结快剪试验,土样,胀缩,等级,峰值,残余值,残余值,/,峰值,/,kPa,/,/,kPa,/,广西宁明灰白原状土,中偏强,39.6,15.6,10.8,12.7,0.27,0.81,广西宁明灰白重塑土,36.4,15.6,13.9,9.2,0.38,0.59,广西宁明灰黑重塑土,中偏弱,31.4,17.8,14.2,8.2,0.45,0.46,（,2,）膨胀土反复直剪试验,反复直剪试验结果表明，膨胀土的残余强度远低于膨胀土的峰值强度。,29,通过非饱和土三轴试验发现，吸力与吸附强度之间的关系，符合缪林昌等人提出的相关规律：,一、膨胀土土性及物理力学特性,5.,膨胀土强度特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,3,）控制吸力的非饱和三轴试验,非饱和三轴试验应力路径,膨胀土吸附强度随吸力的变化,30,（,1,）抗剪强度随干湿循环次数的变化规律,一、膨胀土土性及物理力学特性,6.,膨胀土干湿循环特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,抗剪强度指标随干湿循环次数的变化,随着干湿循环次数的增多，粘聚力,降低。,内摩擦角随干湿循环次数变化不大。,结论：,31,（,2,）干湿循环过程中上覆荷载对膨胀土强度和变形的影响,一、膨胀土土性及物理力学特性,6.,膨胀土干湿循环特性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,试样高度随干湿循环次数变化曲线,抗剪强度随干湿循环次数变化曲线,结论：,干湿循环过程中上覆压力越大，试样的胀缩率越小，抗剪强度随干湿循环次数衰减的幅度越小，荷载对膨胀土的干缩湿胀变形和强度衰减有明显的抑制作用。,32,一、膨胀土土性及物理力学特性,7.,本构模型及其参数的确定,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,1,）非饱和土本构模型,非饱和土的变形除受应力影响外还与土体的湿度变化有关，因而其本构关系是应力、含水率与应变的关系。为反映湿度变化的影响，以往本构关系的建立主要是从两方面着手（殷宗泽，,2006,）：,建立应力饱和度（含水,率）应变关系,与吸力计算或吸力量测挂钩,建立应力应变吸力关系,较严密的方法,参数较多不易获取,近似的方法,难以较合理地反映浸水对骨架应力的影响,简单直观,33,一、膨胀土土性及物理力学特性,7.,本构模型及其参数的确定,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,2,）工程实用型非饱和膨胀土本构模型的提出,对膨胀土复杂性质面面俱到的表述必将导致数学模型的形式复杂而失去实用的价值。课题组主要从以下三个方面建立实用型非饱和膨胀土本构模型：,水是工程破坏的主要肇因，且工程中常用含水率反映土的湿度状态而不是吸力，因此宜以经典饱和土弹塑性本构关系为基础，通过建立应力含水率应变关系，反映非饱和土特征。,考虑体积应力对本构关系中材料参数的影响，可在一定程度上反映浸水对骨架应力的作用。,参数少且可通过常规试验方法获取。,34,一、膨胀土土性及物理力学特性,7.,本构模型及其参数的确定,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,3,）工程实用型非饱和膨胀土本构模型,考虑,湿度场变化对变形的影响,，本构方程为：,弹性应变：,塑性应变：,选择,mohr-columb,屈服准则，则,弹性参数,E,屈服参数,C,本构模型中参数为体积应力与含水率的函数,，即：,35,不同含水率、体积应力状态下宁明灰黑膨胀土 、的试验结果,广西宁明灰黑膨胀土：,（,4,）本构模型参数 的试验确定,36,不同含水率、体积应力状态下宁明灰白膨胀土 、的试验结果,广西宁明灰白膨胀土：,37,一、膨胀土土性及物理力学特性,7.,本构模型及其参数的确定,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,（,3,）本构模型参数的获取 、,宁明灰白色膨胀土不同含水率状态下,的抗剪强度指标,宁明灰黑色膨胀土不同含水率状态下,的抗剪强度指标,38,一、膨胀土土性及物理力学特性,8.,膨胀土承载力及水稳性,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,试验土样：广西宁明灰黑膨胀土、灰白膨胀土，河南南邓路膨胀土,试样制备：分别按干法、湿法制备,6,组不同含水率试件,击实次数：,98,击、,70,击、,27,击,浸水方式：浸水、不浸水,试验项目：击实试验、,CBR,试验、回弹模量试验、浸水,CBR,膨胀量试验,不同击实功下，湿法确定的最佳含水率均大于干法的最佳含水率，其最大干密度值则相反。,湿法击实备样，含水率递减过程与填料从天然含水率状态下翻晒至压实控制含水率的过程是一致的，因此通过湿法击实获得施工压实控制指标是合适的。,重型击实条件下，在天然含水率（稠度,1.01.2,）状态时，膨胀土浸水,CBR,值与回弹模量最大，水稳性最好；,综上所述，膨胀土作填料时，应采用,湿法重型击实方法,确定其最佳含水率和最大干密度，以进行现场压实控制。,试验内容,通过对,216,个试件,进行试验，获得大量试验数据，在数据分析的基础上得到如下,主要结论,：,39,一、膨胀土土性及物理力学特性,9.,膨胀土与筋材相互作用,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,课题组提出并实施的路堤、路堑处治方案中，多种方案涉及到土工合成材料加筋技术。课题组开发了先进的大型数控拉拔试验系统（长,120cm,，宽,50cm,，高,50cm,），开展了膨胀土与土工隔栅的相互作用试验研究。,试验内容：,进行多种因素影响下拉拔试验，研究膨胀土与筋材相互作用时的拉拔阻力、界面摩擦强度、界面作用系数、似摩擦系数、剪应力的分布。,1.,上覆压力（,kPa,）：,50,、,75,、,100,、,150,2.,土的含水率（,%,）：,17,、,25,3.,拉拔速度（,mm/min,）：,1,（恒速控制）,4.,格栅的尺寸（长,宽,cm,）：,6024,、,10042,5.,试验时土体的温度：,冬季、夏季,6.,土的种类：,广西灰黑膨胀土、广西南百路膨胀土,7.,格栅的型号：,RS35PP,、,RS50PP,、,TGDG35,试验条件：,40,一、膨胀土土性及物理力学特性,9.,膨胀土与筋材相互作用,土性特征,判别与分类,渗透特性,变形特性,强度特性,干湿循环特性,本构模型及参数确定,承载力及水稳性,土与筋材相互作用,上覆压力越大，达到峰值抗拔力时的位移量越大；,拉拔时格栅表面剪应力沿长度方法呈抛物线形分布，最大剪应力发生在拉拔前端，向后端逐渐减少。,界面作用系数（同一荷载作用下筋土界面间摩擦强度与土体本身抗剪强度的比值）极小，为,0.090,0.113,，说明柔性加筋体中格栅的加固作用是使之成为一个整体，而不完全在于筋土界面的摩擦强度。,似摩擦系数随上覆压力增大而减小，两者之间可以用对数关系式拟合。,筋材埋入长度可分为自由段及内锚固段。内锚固段长度与所需拉拔阻力的峰值成线性关系。,主要结论：,41,一、膨胀土土性及物理力学特性试验研究,二、膨胀土干湿循环显著影响区及其勘察方法研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,四、膨胀土路堑设计与施工技术研究,主要研究内容和成果,42,二,干湿循环显著影响区及其勘察方法,主要研究内容,1.,干湿循环显著影响区定义,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,43,二、干湿循环显著影响区及其确定方法,1.,膨胀土干湿循环显著影响区定义,1.,干湿循环显著影响区概念,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,显著影响区,(35m),膨胀力或膨胀变形,干湿循环影响下的膨胀土边坡,收缩开裂,膨胀,显著影响区,裂隙和裂缝,干湿循环显著影响区是指受气候,季节变化和晴雨交替,作用的影响，,地表水平面以下,自然土体,水分,发生显著变化的深度范围。,44,课题组分别于,2004,年,4,月、,2004,年,10,月及,2005,年,3,月，对广西壮族自治区南友路宁明段,AK0,、,AK2,、,K133,、,K135,、,K136,、,K138,等处膨胀土路堑边坡进行了,3,次,标准贯入试验,，得到各钻孔标准贯入,10,厘,m,深度击数,n10,与深度之间的关系。,（,1,）快速勘测法（标准贯入试验法）,三次标贯试验,n10,结果,二、干湿循环显著影响区及其确定方法,1.,干湿循环显著影响区概念,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,勘测结果,45,利用,n10,平均值和变异性低值拐点标志作为干湿循环显著影响区深度的判别标志，由此可分别得到该测试区域的干湿循环显著影响区深度为,1.8m,。,三次试验等深度,n10,累计平均值随深度变化,三次试验等深度,n10,累计均方差随深度变化,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,二、干湿循环显著影响区及其确定方法,1.,干湿循环显著影响区概念,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,统计分析结果,46,课题组分别在三个膨胀土路堤试验段的,6,个断面埋设了体积含水率探头和位移计进行了为期,20,个月的跟踪观测，对观测结果进行变异性分析，将均方差为,1%,的深度定为干湿循环影响区的范围，,将其转换成为垂直方向的深度,，即得干湿循环显著影响区深度为,1.83m,（三组结果的平均值）。,K135+460,剖面各测点含水率均方差随深度变化,（,2,）试验路,跟踪观测,验证,K135,460,路堤断面含水率随距离变化,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,二、干湿循环显著影响区及其确定方法,1.,干湿循环显著影响区概念,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,含水率观测,47,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,二、干湿循环显著影响区及其确定方法,1.,干湿循环显著影响区概念,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,直接观测胀缩变形得到的膨胀土路堤边坡干湿循环显著影响区深度为,1.89m,2m,，平均值为,1.96m,。,K133+720,水平位移的最大最小值随距边坡距离变化曲线,K133+700,水平位移的最大最小值随距边坡距离变化曲线,胀缩变形观测,48,干湿循环显著影响区,是本项目建立和确定膨胀土路基处治措施的,主要依据,。,本研究提出的快速勘测法所得到的,宁明膨胀土干湿循环显著影响区深度为,1.8m,，与试验路跟踪观测结果确定的深度（,1.83,1.96m,）十分接近，证明本研究所提出的采用快速勘测法确定干湿循环显著影响区深度的方法是合理的。,快速勘察法是一种以,标准贯入法,为基础的确定干湿循环显著影响区的新方法，具有快速简便、易于在工程中推广应用等特点。,干湿循环显著影响区深度不同于大气影响层深度，后者主要考虑水、气的影响，而前者,着重考虑水的影响,。,二、干湿循环显著影响区及其确定方法,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,结论：,1.,干湿循环显著影响区概念,2.,干湿循环显著影响区确定方法研究,49,一、膨胀土土性及物理力学特性试验研究,二、膨胀土干湿循环显著影响区及其勘察方法研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,四、膨胀土路堑设计与施工技术研究,主要研究内容和成果,主要研究内容和成果,50,1.,膨胀土改良技术研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,三,膨胀土路堤设计与施工技术,主要研究内容,51,1.,膨胀土改良技术研究,就宁明灰白膨胀土而言，当石灰掺量达到,5%,时，改良土的,CBR,从,1.4%,提高到,47.9,，,CBR,膨胀量从,17.8,降为,2.9,，能满足路堤填料要求。,以,CBR,和,CBR,膨胀量,作为确定最佳掺灰剂量的指标进行石灰改良膨胀土设计是一种值得推广的方法。,CMA,固化液能同时改善膨胀土的胀缩性能和力学性能。,就湖北荆门膨胀土而言，当掺配,40%,粘粒质砂土时，混合土的自由膨胀率从,63%,降至,32%,，浸水,CBR,从,1.4%,提高到,3.2%,。,分别开展了,石灰改良,、,CMA,固化液改良,和,混合土法改良,试验研究，得到如下结论：,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,52,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,（,1,）膨胀土用作路堤填料研究的,必要性,膨胀土天然含水率高、水稳性差，公路路基设计规范中明确规定，,胀缩总率不超过,0.7,的膨胀土（改性土和天然土）才能作路堤填料,。,土质改良,耗资大、施工机械要求高、工期长，不可能在西部得到推广。,弃土换填,导致膨胀土地区水土流失、生态环境严重破坏。,规范,CBR,试验方法用于膨胀土的强度评价存在,不合理性,。,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,53,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,（,2,）,规范,CBR,试验方法,对膨胀土填料评价的,不合理性研究,标准,CBR,试件含水率沿试件高度的变化,低液限粘土,中膨胀土,强膨胀土,结论：,a,）试件含水率沿浸水深度变化呈非线性，中部变化最小，底部含水率明显低于顶部含水率。,b,）膨胀土含水率沿高度变化大，说明其透水性差；长沙粘土沿深度含水率差值不到两个百分点，说明,顶部浸水对正常土影响较小,。,c,）膨胀土顶部含水率均超出其制件含水率十几个百分点，顶层表土已完全膨胀、松散、泥化，毫无强度可言，而贯入试验又恰好在其上进行。,浸水方式,步骤：,三种土标准击实（干法）所得最佳含水率制件,、,规范,CBR,试验、脱模测不同高度含水率,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,54,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,（,2,）,规范,CBR,试验方法,对膨胀土填料评价的,不合理性研究,上覆压力,封闭包盖法路堤实际工况,路面和基层,膨胀土,（下路堤）,非膨胀性土,2m,规范试验：,在试样顶部加荷载板（,2.7kpa),模拟该材料层受到路面结构重量产生的竖向力。,实体工程：,膨胀土只用来填下路堤（路面底面下深度,1.5m,以下），其上的填筑材料厚度（含路面）会大于,2m,，按土的容重，上覆压力至少可达,35Kpa,。,试件制备时的含水率,CBR,含水率,最佳含水率,（干法）,宁明土标准试验,CBR,随制件含水率的变化,规范试验：,干法重型击实确定的最佳含水率所对应的,CBR,，远小于其最大值。,实体工程：,多用湿法击实试验测得其最佳含水率进行施工控制,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,55,（,3,）改进,CBR,试验方法研究,试验,方法,的改进,浸水方式：,水位不超过试件顶面（距顶面,15mm,），以保证水不漫过试件，原来的上部浸水改为侧向浸水。,制件含水率：,采用湿法重型击实标准的最佳含水率。,上覆压力,：试件浸水过程中，根据需要在试件顶面施加不同的荷载，在荷载板和土体之间还放置一块圆形垫板，以便荷载在土体顶部均匀分布。,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,56,试验,装置,的改进,滤纸,试筒,荷载块,支架,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,57,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,（,4,）对改进膨胀土,CBR,试验方法的,验证,不同浸水方式下六种土样的,CBR,值,土样,侧向浸水,上部浸水,宁明膨胀土,2.4(27.4),2.1(29.8),百色膨胀土,3.7(25.9),1.8(28.1),邓县膨胀土,2.7(28.7),2.4(29.2),校园土,25.7(21.1),23.3(22.4),S211,土,38.3(12.3),41.2(12.1),长沙粘土,16.7(20.3),16.4(21.0),浸水方式对膨胀土的,CBR,值影响很大，与上部浸水相比，侧向浸水测得的,CBR,值均增大；而非膨胀性土无论何种浸水方式，同一种土所测得的,CBR,值及测点含水率都相差不大（,CBR,的相对误差均小于,10%,）。浸水方式直接影响膨胀土强度测试结果，侧向浸水能够较好的反映膨胀土的真实强度。,浸水方式,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,58,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,长沙粘土,S211,土,校园土,浸水方式,非,膨胀土,两种浸水方式下各试件含水率沿,浸水深度,的变化,渗水较均匀，三种土的两对比曲线都很靠近，且含水率沿深度（,12cm,内）的最大变化值都不超过,3%,（仅,S211,土为,3%,），再次表明浸水方式对正常土的影响小。,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,59,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,膨胀土,两种浸水方式下各试件含水率沿,浸水深度,的变化,河南南邓路膨胀土,广西百色膨胀土,广西宁明膨胀土,浸水方式,对比曲线的形状明显不同于正常土，试件顶部比中部的含水率大得多，两种浸水方式下试件沿深度的含水率差值都较大。,侧向浸水的效果优于上部浸水,:(a),整个试件湿度的变化相对均匀；（,b,）试件总的含水率增大。其结果是能更好地反映其真实强度。,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,60,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,三、膨胀土路堤设计与施工技术研究,六土样,试件两种浸水方式下分层含水率沿,径向,的变化,浸水方式,粘粒含量多的土沿径向的含水率变化较大（外大内小），粗粒为主的变化较小,。,膨胀土比非膨胀土沿径向的含水率变化大。,膨胀土上、中、下三层沿径向的含水率变化不一样。,5.,膨胀土填筑路堤的物理处治技术,61,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,1.,膨胀土改良试验研究,2.,膨胀土直接用作路堤填料的可行性研究,4.,膨胀土路堤处治的实体工程及效果评价,3.,膨胀土路堤填料分类指标体系研究,