高速公路粗粒土路堤填料流變性質(zhì)研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

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(zhǎng)期沉降相關(guān)的路面結(jié)構(gòu)病害。針對(duì)上述存在的問題,論文結(jié)合湖南省交通科技項(xiàng)目“高速公路路基沉降及其對(duì)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(duì)象,研制了低應(yīng)力狀態(tài)下的粗粒土大型三軸流變?cè)囼?yàn)儀,采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)土石混填粗粒土路堤的流變工程性質(zhì)

2、進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?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(duì)象,進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析。對(duì)干的紅砂巖粗粒土及飽水的紅砂巖粗粒土進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和壓縮流變?cè)囼?yàn)研究,并針對(duì)每組試驗(yàn)進(jìn)行了試驗(yàn)前后土樣的級(jí)配分選試驗(yàn)。試驗(yàn)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(shí)最常用的路堤填料。 水對(duì)紅砂巖粗粒土的顆粒破碎效應(yīng)影響比較大,如在流變?cè)囼?yàn)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(duì)紅砂巖粗粒土顆粒破碎起到促進(jìn)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(yàn)研究發(fā)現(xiàn)流變?cè)囼?yàn)的顆粒破碎效應(yīng)系數(shù)>壓縮試驗(yàn)中的顆粒破碎效應(yīng)系數(shù)>剪切試驗(yàn)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?cè)囼?yàn)的Br=0.118>壓縮試驗(yàn)的Br=0.085>剪切試驗(yàn)的Br=0.048。

4、 顆粒破碎效應(yīng)試驗(yàn)研究認(rèn)為紅砂巖粗粒土流變機(jī)理主要在兩個(gè)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(dòng)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(gè)階段。流變過程中水和應(yīng)力狀態(tài)是影響流變進(jìn)程的最關(guān)鍵的因素。 (2)針對(duì)道路工程領(lǐng)域中路基土體圍壓力的特點(diǎn),研制了一套用于土石混填粗粒土路基填料流變?cè)囼?yàn)的大型三軸流變?cè)囼?yàn)儀(GSRT),在道路工程領(lǐng)域率先引進(jìn)土石混填粗粒土路基填料大型三軸流變

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

6、為50kPa、100kPa、150kPa、200kPa等4級(jí)。GSRT流變儀的研制,對(duì)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(yàn)設(shè)備,豐富了道路工程領(lǐng)域土工試驗(yàn)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(duì)象,在研制的GSRT粗粒土大型三軸流變?cè)囼?yàn)儀上進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)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(duì)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(shí)(S=0.1)時(shí),蠕變曲線表現(xiàn)為只有彈性變形,粘滯變形可以忽略不計(jì),認(rèn)為土樣在這樣的應(yīng)力水平下只有瞬時(shí)的彈性變形;中等應(yīng)力水平時(shí)(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(gè)基于二次多項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)的Burgers流變模型計(jì)算程序。對(duì)懷新高速公路K18+160和K20

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