機(jī)場(chǎng)高填方土石混填地基表征壓實(shí)度剪切波分析理論研究.pdf

1、隨著西部大開發(fā)與我國(guó)民航強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尤其是西部機(jī)場(chǎng)建設(shè)中常遇到土石混填的高填方工程，其壓實(shí)質(zhì)量關(guān)系到地基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，如何采取有效方法檢測(cè)其壓實(shí)質(zhì)量，已成為土石混填工程的關(guān)鍵問(wèn)題與國(guó)際上公認(rèn)的技術(shù)難題。對(duì)于土質(zhì)高填方地基的施工質(zhì)量，多以環(huán)刀法、灌砂法等測(cè)試手段來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。但對(duì)于土石混填地基，這些傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測(cè)方法不僅難以開展，而且往往需要較多的人力和物力，效率低、周期長(zhǎng)，難以進(jìn)行大面積檢測(cè)。目前對(duì)于土石混合材

2、料的壓實(shí)性能、靜力或動(dòng)力變形性質(zhì)及影響因素等問(wèn)題尚缺乏系統(tǒng)的研究。一般的施工控制大多以經(jīng)驗(yàn)為主或以壓實(shí)遍數(shù)來(lái)控制，這導(dǎo)致了這類地基的施工帶有很大的盲目性。
　　 土石混合料的工程性質(zhì)由土和石共同決定，而石料與土相比，可認(rèn)為是剛體，只有其中土的壓實(shí)度達(dá)到良好狀態(tài)，才能保證土石混合料的壓實(shí)質(zhì)量?；诖耍菊撐囊劳袊?guó)家自然科學(xué)基金“高填方土石混填地基壓實(shí)質(zhì)量剪切波分析理論研究(60879021)”和中國(guó)民航科技基金“高填方土石混填地基

3、強(qiáng)度與穩(wěn)定性控制技術(shù)研究(MHRD07Z11)”，開展土石混合料宏觀剪切波速理論和試驗(yàn)研究，提出采用混合料中間隙土壓實(shí)度評(píng)價(jià)混合料壓實(shí)質(zhì)量的新方法。該方法在土石混合料地基壓實(shí)度測(cè)試領(lǐng)域尚屬首創(chuàng)。核心思想為通過(guò)理論和試驗(yàn)分析，建立土石混合料宏觀剪切波速與間隙土表征干密度相關(guān)分析模型，依據(jù)該模型計(jì)算土石混合材料中石料間隙土的壓實(shí)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)土石混合料壓實(shí)質(zhì)量的分析。
　　 系統(tǒng)地建立了不同含水率、不同含石量條件下混合料宏觀剪切波速

4、與間隙土剪切波速關(guān)系模型。應(yīng)用土石混合料宏觀剪切波速模型可有效分析石料間隙土的波速值，為混合料間隙土表征壓實(shí)度評(píng)價(jià)體系的建立提供了理論依據(jù)。該項(xiàng)成果豐富了土石復(fù)合材料波速分析理論，這在國(guó)內(nèi)外尚屬首次。
　　 提出了表征壓實(shí)度測(cè)試與分析的新理論。將土石混合料中的可能存在的孔隙與其填充細(xì)粒土綜合為間隙土干密度，并將其定義為表征干密度。使土石混合料壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)的基本概念和物理意義更為清晰。建立了混合料宏觀剪切波速與間隙土表征干密度相關(guān)

5、性計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)不同土石比例、石料級(jí)配、含水量等條件下，土石混合材料的強(qiáng)度與穩(wěn)定性達(dá)到良好狀態(tài)時(shí)其中細(xì)粒土壓實(shí)狀態(tài)的試驗(yàn)分析，建立了土石混合料表征壓實(shí)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，豐富了土石混合料的力學(xué)分析理論。
　　 通過(guò)分析不同細(xì)粒土類型、不同含水率對(duì)剪切波速的影響機(jī)理，建立了細(xì)粒土剪切波速與干密度相關(guān)模型。系統(tǒng)分析了最佳含水量附近含水量對(duì)剪切波速的影響，提出含水率引發(fā)的細(xì)粒土剪切波速變化主要是含水率變化引發(fā)的細(xì)粒土剪切模量或剪切剛度變化

6、而發(fā)生變化。這一研究成果揭示了細(xì)粒土中含水量對(duì)剪切波速的影響規(guī)律與機(jī)理，為提高細(xì)粒土壓實(shí)度剪切波速分析精度提供了依據(jù)。
　　 通過(guò)對(duì)土石混合料泊松比隨含水率、含石量、干密度的變化規(guī)律研究表明，土石混合料基本壓實(shí)狀態(tài)下泊松比分布范圍為：砂土混合料，0-301～0.346；粉土混合料，0.281～0.377；粘土混合料，0.336～0.399。在此基礎(chǔ)上建立了混合料泊松比隨含水率、含石量變化的二元函數(shù)模型。該模型揭示了土石混合料這種

7、特殊介質(zhì)泊松比的變化規(guī)律，同時(shí)建立了混合料面波與剪切波的相關(guān)計(jì)算模型。該項(xiàng)成果豐富了剪切波速測(cè)試?yán)碚?，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用面波測(cè)試研究土石混填地基的表征壓實(shí)度提供了科學(xué)依據(jù)。
　　 本論文在大量理論和試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上提出的土石混合料表征壓實(shí)度無(wú)損測(cè)試方法及建立的土石混合料壓實(shí)程度剪切波分析理論體系可以有效的解決土石混填工程壓實(shí)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中的技術(shù)難題，為提高山區(qū)機(jī)場(chǎng)跑道安全與耐久性提供技術(shù)支持，且在提高測(cè)試精度、加快工程進(jìn)度、節(jié)約測(cè)試成本等