公路路基红层土填料的特性研究.pdf

收稿日期：基金项目：安徽省教育厅 年自然科学研究重点项目（）作者简介：杨悦（），女，安徽六安人，安徽国防科技职业学院城市建设学院讲师，硕士，研究方向：土木工程等。：第 卷第期 年月太原学院学报（自然科学版）（）公路路基红层土填料的特性研究杨悦，潘洋（安徽国防科技职业学院 城市建设学院，安徽 六安 ；安徽省交通航务工程有限公司，安徽 合肥 ）摘要：对公路路基红层土填料的强度特性进行分析，结果表明，较低的干湿循环次数会对红层土填料的峰值强度造成恶化，而多次干湿循环后红层土填料的峰值强度会有不同程度的上升，且峰值强度与围压密切相关，围压越大则相应的峰值强度越高。红层土填料的极限密实度在高围压下更容易达到，且干湿循环次数越多越接近极限密实度，围压越大的试样在相同循环次数下的强度会越高。随着干湿循环次数增加，红层土填料的内摩擦角呈现逐渐增大的特征，而黏聚力呈现先减小后增大的特征，在干湿循环次数为时，取得黏聚力最小值。侧限条件下，经过次干湿循环后，岩块单轴抗压强度仍然要高于红层土填料的抗压强度，可见，侧限有助于提升红层土填料试件的抗压强度。关键词：干湿循环；公路路基；红层填料强度特性中图分类号：文献标识码：文章编号：（）犇 犗 犐：路基填料是用于填充路基的材料，公路路基的填料通常要求挖取方便、压实容易、强度高以及水稳定性好，公路路基填料的优劣在公路施工和维护过程中起着至关重要的作用，因为在后期使用和维护过程中，经过长期干湿循环作用的路基填料的特性将直接决定公路的使用年限和维修频次。红层土作为我国量大面广的基础路基填料，主要分布在西南、华南、东南和西北地区。长期工程实践证明，采用红层土作为路基填料，往往路堤变形比较严重，使道路的使用功能受到影响，将大幅度缩短道路的使用寿命。国内研究学者已在一般土路基通过干湿循环作用改善路基应用效果等方面取得了丰硕成果，但对红层土的干湿研究尚且不足，尤其是红层土的干湿作用下其内部力学变化规律至今尚无定论 。本项研究以红层土为研究对象，对其干湿循环进行试验，探究其内部力学性能变化规律，比较分析并确定其干湿作用下的最佳状态，明确科学合理的干湿处理方法，以达到增加红层土的应用性能，增强路基稳定性和提高其使用寿命的目的。材料与方法试验用路基填料来自某公路段施工现场，经过分析得知其矿物组成（质量分数）为石英 、方解石 、云母 、绿泥石 、长石 和赤铁矿 。将填料制备出轴试样，经过压实后测得细颗粒液限为 、塑性指数 、最大干密度 、最优含水量 。颗粒级配结果为：占比 、占比 、占比 、占比 、占比 ，其余为 以下粒径占比 。按照 公路土工试验规程，采用相似级配法制备轴试样，尺寸为 ，采用极限干湿循环方法对红层土填料进行干湿循环试验：试样干燥称重后浸水，浸水饱和后抽真空并进行恒温（）干燥，这个过程为次干湿循环，重复上述干湿循环试验至试验规范次数。将经过干湿循环的轴试样在不同围压（）下进行多次固结排水轴试验，试验设备为全自动应变控制式轴仪，施加轴向压力前同时施加围压，从安装至破坏的周期为，通过轴仪转换器记录试验数据。试验结果与分析图为干湿循环次数归一化后的峰值强度关系曲线，分别列出了围压为 ，和 时红层土填料的峰值强度变化，以及膨胀土（南京外环为例）和粉质粘土随干湿循环次数的峰值强度变化。对比分析可见，膨胀土和粉质粘土归一化后的峰值强度都随着干湿循环次数的增加而迅速减小，而红层土填料则呈现出完全不同的特征，具体表现在：不同围压下红层土填料的峰值强度随着干湿循环次数的增加而先减小后增大，且在相同干湿循环次数下，围压越大则相应的红层土填料归一化后的峰值强度越高。此外，对比分析可见，在干湿循环次后，不同围压的红层土填料的峰值强度都迅速降低，且围压 时的降低幅度最为明显，围压 和围压 的试件在干湿循环次数为时取得归一化后的峰值强度最小值，而围压 和围压 的试件在干湿循环次数为时取得归一化后的峰值强度最小值，可见，围压越大则归一化后得到峰值强度最小值时的干湿循环次数越少，且围压 和围压 试件在干湿循环次后的峰值强度要高于未经过干湿循环的试件。较低的干湿循环次数会对红层土填料的峰值强度造成恶化，而多次干湿循环后红层土填料的峰值强度会有不同程度的上升，且峰值强度与围压密切相关，围压越大则相应的峰值强度越高。图为干湿循环次数固结排水量占总体积百分数之间的对应关系，分别列出了围压 ，和 时的关系曲线。对比分析可知，不同围压下红层土填料的固结排水量占总体积百分数都会随着干湿循环次数增加而逐渐增大，且在相同干湿循环次数下，围压越大则相应的固结排水量占总体积百分数越高。此外，通过对比分析可知，在围压较小（和 ）、循环次数从次增加至次时，固结排水量占总体积百分数增长幅度较大，而围压较大（和 ）、循环次数从次增加至次时，固结排水量占总体积百分数增长幅度较小。这主要是因为高围压下的红层土填料经过多次干湿循环处理后已经基本达到极限孔隙比，红层土填料的密实度不会因为干湿循环次数的增加而发生显著变化。由此可见，红层土填料的极限密实度在高围压下更容易达到，且干湿循环次数越多则越接近极限密实度；此外，固结排水量占总体积百分数越大则红层土填料的强度越大，因此，围压越大的试样在相同循环次数下的强度会越高。图干湿循环次数归一化后的峰值强度关系曲线 图干湿循环次数固结排水量占总体积百分数之间的对应关系 图为不同干湿循环次数下的摩尔库伦强度包线图，分别列出了干湿循环次数为，和次时的摩尔库伦强度包线图。通过对比分析可知，无论是干湿循环次数为，还是其它干湿循环次数下的试件，摩尔库伦强度包线都不是过原点的直线，且都与犢轴相交，此时直线斜率为内摩擦角（）的正切值、直线与犢轴的截距为黏聚力（犮）。干湿循环次数为，和次时摩尔库伦强度包线直线方程分别为：太原学院学报（自然科学版）第 卷狔 狓（）狔 狓 （）狔 狓 （）狔 狓（）狔 狓 （）根据式（）式（）可以计算得到，干湿循环次数为，和次时红层土填料试件的内摩擦角分别为 ，和 ，黏聚力分别为 ，和 。图不同干湿循环次数下的摩尔库伦强度包线图 图为不同干湿循环次数下红层土填料的强度参数变化曲线。可见，随着干湿循环次数的增加，红层土填料的内摩擦角呈现逐渐增大的特征，而黏聚力呈现先减小后增大的特征，在干湿循环次数为时，取得黏聚力最小值。相较于黏聚力，干湿循环相邻次数下红层土填料的内摩擦角变化幅度不大，且干湿循环次数达次时黏聚力才呈现上升趋势，这主要与红层土填料易崩解的特性有关。图为侧限条件下，不同干湿循环次数的红层土填料单轴抗压强度。可见，随着干湿循环次数从次增加至次，岩块单轴抗压强度呈现逐渐减小的特征，在干湿循环次数为时，岩块单轴抗压强度约为 ，而经过次干湿循环后，岩块单轴抗压强度降低至 ，降幅达 。但值得注意的是，侧限条件下经过次干湿循环后，岩块单轴抗压强度仍然要高于红层土填料的抗压强度，由此可见，侧限有助于提升红层土填料试件的抗压强度，这主要是因为在受限条件下，红层土填料发生崩解的难度增加，自身可以进行内部微观结构调整，如填充内部孔隙等。综合而言，红层土填料与普通岩土填料相似的地方是，在干湿循环作用下都存在不可逆的结构损伤，因此强度会发生一定程度的下降，但是红层土填料又表现出与普通岩土填料不同的特性，即干湿循环过程中固结围压作用会使得填料更加密实，使得内部结构改善，从而提升整体强度。年杨悦，等：公路路基红层土填料的特性研究第期图不同干湿循环次数下红层土填料的强度参数变化曲线 图侧限条件下不同干湿循环次数的红层土填料单轴抗压强度 结论）较低的干湿循环次数会对红层土填料的峰值强度造成恶化，而多次干湿循环后红层土填料的峰值强度会有不同程度的上升，且峰值强度与围压密切相关，围压越大则相应的峰值强度越高。）红层土填料的极限密实度在高围压下更容易达到，且干湿循环次数越多则越接近极限密实度，围压越大的试样在相同循环次数下的强度会越高。）随着干湿循环次数从次增加至次，岩块单轴抗压强度呈现逐渐减小的特征，在干湿循环次数为时，岩块单轴抗压强度约为 ，而经过次干湿循环后岩块单轴抗压强度降低至 。所以，侧限有助于提升红层土填料试件的抗压强度；干湿循环过程中固结围压作用会使得填料更加密实、内部结构得到改善，从而提升整体强度，为公路施工和维护过程中遇到的相关问题提供了重要的参考依据。参考文献：李旗云，张静波，张晶贵州地区板溪群板岩填料路用工程特性及路基结构设计研究公路工程，（）：，张静波，吕岩松，王云贵州地区炭质页岩填料路用性能与路基结构设计研究公路，（）：曾帅，曾长贤，卞友艳，等干湿循环过程中红黏土改良土路基填料试验研究铁道建筑，（）：王素真建筑膨胀型阻燃涂料的研制与性能测试太原学院学报（自然科学版），（）：张保卫干湿循环过程中粉细砂改良土路基填料试验研究铁道建筑，（）：胡文华，刘超群，刘中启，等水泥或石灰改良红黏土的力学强度特性试验研究路基工程，（）：，尹剑干湿循环作用下夹泥碎石土路基填料力学特性研究兰州工业学院学报，（）：胡甜，赵健，洪雄杰，等干湿循环下红砂岩路基填料压缩特性试验研究工程勘察，（）：安爱军全强风化泥质板岩作为铁路客运专线路基填料化学改良方法试验研究公路，（）：陈羽，张静波，杨露，等惠罗高速风化炭质泥岩作路基填料的试验研究公路工程，（）：太原学院学报（自然科学版）第 卷犛 狋 狌 犱 狔狅 狀犆 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊狅 犳犚 犲 犱犅 犲 犱犉 犻 犾 犾 犲 狉 犳 狅 狉犎 犻 犵 犺 狑 犪 狔犛 狌 犫 犵 狉 犪 犱 犲犢 犃 犖 犌犢 狌 犲，犘 犃 犖犢 犪 狀 犵（犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲 狅 犳犝 狉 犫 犪 狀犆 狅 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀，犃 狀 犺 狌 犻犞 狅 犮 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾犆 狅 犾 犾 犲 犵 犲狅 犳犇 犲 犳 犲 狀 狊 犲犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔，犔 狌犪 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪；犃 狀 犺 狌 犻犆 狅 犿犿 狌 狀 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊犪 狀 犱犖 犪 狏 犻 犵 犪 狋 犻 狅 狀犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犆 狅，犔 狋 犱，犎 犲 犳 犲 犻 ，犆 犺 犻 狀 犪）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，；：，犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；（责任编辑：巩利平）年杨悦，等：公路路基红层土填料的特性研究第期