高速公路粗粒土路堤填料流變性質(zhì)研究.pdf

1、由于土石混填粗粒土具有良好的工程性質(zhì)以及取材廣泛，在湖南省高速公路路基工程中大量應(yīng)用，其中紅砂巖粗粒土最為常見，但是紅砂巖填土路基路段存在較多與長期沉降相關(guān)的路面結(jié)構(gòu)病害。針對上述存在的問題，論文結(jié)合湖南省交通科技項目“高速公路路基沉降及其對路面的影響”研究課題，以湖南省紅砂巖地區(qū)高速公路紅砂巖粗粒土路基填料為研究對象，研制了低應(yīng)力狀態(tài)下的粗粒土大型三軸流變試驗儀，采用室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗和數(shù)值計算方法，對土石混填粗粒土路堤的流變工程性質(zhì)

2、進行了研究，主要研究內(nèi)容及研究結(jié)論如下： (1)以湖南省內(nèi)分布廣泛的紅砂巖土石混填路基填料為研究對象，進行了試驗研究和理論分析。對干的紅砂巖粗粒土及飽水的紅砂巖粗粒土進行了壓縮試驗、剪切試驗和壓縮流變試驗研究，并針對每組試驗進行了試驗前后土樣的級配分選試驗。試驗研究說明紅砂巖粗粒土符合路基填筑的技術(shù)要求，是紅砂巖地區(qū)修建道路時最常用的路堤填料。 水對紅砂巖粗粒土的顆粒破碎效應(yīng)影響比較大，如在流變試驗中飽水土樣的顆粒破碎率

3、Br=0.247大于干土樣的Br=0.118，飽水土樣顆粒破碎率Bg=145.04，紅砂巖粗粒土干土樣顆粒破碎率Bg=88.44；水對紅砂巖粗粒土顆粒破碎起到促進作用。受力狀態(tài)明顯影響紅砂巖粗粒土的顆粒破碎效應(yīng)和土體變形，試驗研究發(fā)現(xiàn)流變試驗的顆粒破碎效應(yīng)系數(shù)＞壓縮試驗中的顆粒破碎效應(yīng)系數(shù)＞剪切試驗中的破碎效應(yīng)系數(shù)。如干的紅砂巖粗粒土土樣中，壓縮流變試驗的Br=0.118＞壓縮試驗的Br=0.085＞剪切試驗的Br=0.048。

4、 顆粒破碎效應(yīng)試驗研究認(rèn)為紅砂巖粗粒土流變機理主要在兩個方面：紅砂巖粗粒土粗顆粒的破碎效應(yīng)和紅砂巖粗粒土中細(xì)顆粒移動填充效應(yīng)，兩者共同作用使得土體發(fā)生流變。紅砂巖粗粒土的流變過程可以劃分為三個階段。流變過程中水和應(yīng)力狀態(tài)是影響流變進程的最關(guān)鍵的因素。 (2)針對道路工程領(lǐng)域中路基土體圍壓力的特點，研制了一套用于土石混填粗粒土路基填料流變試驗的大型三軸流變試驗儀(GSRT)，在道路工程領(lǐng)域率先引進土石混填粗粒土路基填料大型三軸流變

5、試驗儀。GSRT流變儀可以進行常規(guī)粗粒土三軸試驗和粗粒土三軸流變試驗，GSRT流變儀所接受的試驗土樣尺寸為Φ=300mm，H=600mm，可直接進行最大粒徑d=60mm粗粒土路基填料的流變試驗。粗粒土路堤填料大型三軸流變試驗儀(GSRT)壓力室部件采用SZ30-4型三軸試驗儀的壓力室部件。GSRT流變儀軸向壓力由氣液平衡儲能器提供，GSRT流變儀最大軸向壓力為3.0MPa，采用無級調(diào)壓。GSRT流變儀圍壓力，由水頭壓力提供，試驗圍壓力分

6、為50kPa、100kPa、150kPa、200kPa等4級。GSRT流變儀的研制，對于開展道路工程領(lǐng)域土石混填粗粒土路基填料的流變性質(zhì)研究提供了可行的試驗設(shè)備，豐富了道路工程領(lǐng)域土工試驗設(shè)備。 (3)以懷新高速公路K20+240里程高填路堤紅砂巖粗粒土路堤填料為研究對象，在研制的GSRT粗粒土大型三軸流變試驗儀上進行了試驗研究。試驗分析表明，應(yīng)力狀態(tài)，主要是應(yīng)力水平和圍壓的大小對紅砂巖粗粒土路堤填料蠕變性質(zhì)影響明顯，不同應(yīng)力水

7、平下，有著不同的流變特征。較小的應(yīng)力水平時(S=0.1)時，蠕變曲線表現(xiàn)為只有彈性變形，粘滯變形可以忽略不計，認(rèn)為土樣在這樣的應(yīng)力水平下只有瞬時的彈性變形；中等應(yīng)力水平時(0.2

8、塑性變形特征。 基于紅砂巖土石混合粗粒土路基填料的非線性流變特征，提出了一個基于二次多項式核函數(shù)的粘塑性體(N)，用于描述粗粒土非線性粘塑性變形。將該粘塑性體與Burgers流變模型串聯(lián)，建立了6元件改進的Burgers流變模型，并采用模式搜索與非線性最小二乘法確定了改進的Burgers流變模型參數(shù)。采用FLAC5.0所提供的二次開發(fā)程序接口，編寫了建立的改進的Burgers流變模型計算程序。對懷新高速公路K18+160和K20