石灰處治土路基凍融作用特性研究.pdf

1、石灰是道路工程中常用的工程材料之一,石灰摻加在路基填土中,可以起到減水、增強、加固的效果,有效的提高了土體的強度及抗凍性等性能,并且由于其經濟性好、施工方便,在我國得到了較廣泛的應用。
　　 我國凍土面積占全國總面積的三分之二,且北方冬季氣候寒冷,道路結構必然要受到凍融作用,而目前對于石灰處治路基土在凍融循環(huán)作用下的力學性能變化還沒有清晰的認識,其強度衰減規(guī)律并沒有定量的研究。本文針對石灰處治土的研究現(xiàn)狀,對不同摻量下的石灰處治

2、土進行了室內試驗,分析土體在凍融循環(huán)作用下模量、強度等指標的變化規(guī)律,并與素土相應指標進行了對比；同時結合黑龍江省雞西至訥河公路的石灰處治土路基,進行了路基溫度場的測試,并以室內試驗結果為基礎,進行有限元分析,分析在實測溫度場下路基的應力分布及變形特征,其主要研究內容和研究成果如下:
　　 (1)對于不同摻量下石灰處治土的基本物理指標進行了室內試驗,隨著摻灰劑量的增加,石灰處治土的液限變化不大,但塑限不斷增大,塑性指數(shù)隨之逐漸減

3、小。土體的彈性模量及無側限抗壓強度隨石灰摻量的增大而增大,土體的粘聚力及內摩擦角也隨之逐漸增大。
　　 (2)基于DS18820溫度傳感器和單片機,針對寒區(qū)公路路基溫度場監(jiān)測的實際要求,設計了路基溫度場監(jiān)測系統(tǒng),并實現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)的自動采集、存儲。通過路基溫度場測試,發(fā)現(xiàn)路基凍融過程跨度達8個月,在整個凍融循環(huán)期內,與氣溫相比,路基深處溫度的變化有大約50天左右的延遲效應,路面下路基與土路肩下路基溫度變化具有明顯差異,且均大

4、于天然地基,說明道路修筑改變了原地基的溫度場。
　　 從路基橫斷面來看,無論是凍結期還是融化期,路基凍結區(qū)域均呈現(xiàn)不均勻分布,在融化初期內,路基內部出現(xiàn)冰凍夾層,隨著時間推移,溫度上升,冰凍夾層逐漸變薄,直至縮小成未化凍土核,大約在6月末土體全部融化。測試路段路基含水率全年范圍內保持相對較平穩(wěn)狀態(tài),且呈現(xiàn)出在融化期內較高,而在冰凍期內較低的狀態(tài)。
　　 (3)石灰的摻加在一定程度上能抑制土體的凍脹現(xiàn)象。經試驗測定,在相同

5、的含水率下,石灰摻量越大,土體凍脹率越小,土體起始凍脹的溫度區(qū)間為-2℃～4℃,當溫度降至-10℃時凍脹基本結束,-2℃～-8℃為凍脹現(xiàn)象明顯的溫度區(qū)間；凍脹量與土體的密實程度和飽和度有一定關系:含水率越大,凍脹率越大,摻灰劑量越大,起始含水率越高。
　　 (4)土體的無側限抗壓強度隨著摻灰劑量的增加而增加,隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低,且各級摻灰劑量下土體的壓實度越大,經過凍融后土體的強度衰減率越小。摻灰劑量越大,土體的粘聚力和

6、內摩擦角越大,凍融次數(shù)越多,土體的粘聚力越小,內摩擦角越大；土體的回彈模量也隨著摻灰劑量的增大而不斷增大,并隨凍融循環(huán)的次數(shù)增加而不斷降低；土體的強度在第一次凍融作用下衰減幅度較大,隨著凍融作用次數(shù)的增多,強度衰減幅度逐漸減小,當凍融循環(huán)次數(shù)達到6次時趨于穩(wěn)定。
　　 對于不同循環(huán)溫度下土體的各指標進行了試驗,-9℃～-3℃是土體水分相變的過渡溫區(qū),土體隨著循環(huán)溫度低溫下限的降低,各指標衰減幅度慢慢增大,當?shù)蜏貐^(qū)間達到-9℃時,

7、土體的各項指標均與-15℃～15℃凍融循環(huán)相差不多,含水率越大的土體,其強度衰減越大。不同循環(huán)溫度區(qū)間土體各項指標隨循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律與前述基本一致:對于不同凍結溫度下凍土的力學性能指標進行試驗發(fā)現(xiàn),凍結溫度越低,土體的粘聚力越大,內摩擦角越小,回彈模量越大。同時探討了石灰增強土體與凍融循環(huán)作用下石灰處治土強度衰減的機理。
　　 (5)運用有限元理論結合abaqus軟件對石灰處治土在凍融過程中的應力和變形規(guī)律進行了分析,通過模擬