機場高填方土石混填地基表征壓實度剪切波分析理論研究.pdf

1、隨著西部大開發(fā)與我國民航強國戰(zhàn)略的實施，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尤其是西部機場建設(shè)中常遇到土石混填的高填方工程，其壓實質(zhì)量關(guān)系到地基的強度與穩(wěn)定性，如何采取有效方法檢測其壓實質(zhì)量，已成為土石混填工程的關(guān)鍵問題與國際上公認的技術(shù)難題。對于土質(zhì)高填方地基的施工質(zhì)量，多以環(huán)刀法、灌砂法等測試手段來進行檢驗與評價。但對于土石混填地基，這些傳統(tǒng)的壓實度檢測方法不僅難以開展，而且往往需要較多的人力和物力，效率低、周期長，難以進行大面積檢測。目前對于土石混合材

2、料的壓實性能、靜力或動力變形性質(zhì)及影響因素等問題尚缺乏系統(tǒng)的研究。一般的施工控制大多以經(jīng)驗為主或以壓實遍數(shù)來控制，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，可認為是剛體，只有其中土的壓實度達到良好狀態(tài)，才能保證土石混合料的壓實質(zhì)量?；诖?，本論文依托國家自然科學基金“高填方土石混填地基壓實質(zhì)量剪切波分析理論研究(60879021)”和中國民航科技基金“高填方土石混填地基

3、強度與穩(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研究，提出采用混合料中間隙土壓實度評價混合料壓實質(zhì)量的新方法。該方法在土石混合料地基壓實度測試領(lǐng)域尚屬首創(chuàng)。核心思想為通過理論和試驗分析，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)該模型計算土石混合材料中石料間隙土的壓實度，進而實現(xiàn)對土石混合料壓實質(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度評價體系的建立提供了理論依據(jù)。該項成果豐富了土石復(fù)合材料波速分析理論，這在國內(nèi)外尚屬首次。
　　 提出了表征壓實度測試與分析的新理論。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。使土石混合料壓實質(zhì)量評價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、性計算模型。通過對不同土石比例、石料級配、含水量等條件下，土石混合材料的強度與穩(wěn)定性達到良好狀態(tài)時其中細粒土壓實狀態(tài)的試驗分析，建立了土石混合料表征壓實度的評價標準，豐富了土石混合料的力學分析理論。
　　 通過分析不同細粒土類型、不同含水率對剪切波速的影響機理，建立了細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剪切波速的影響，提出含水率引發(fā)的細粒土剪切波速變化主要是含水率變化引發(fā)的細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粒土中含水量對剪切波速的影響規(guī)律與機理，為提高細粒土壓實度剪切波速分析精度提供了依據(jù)。
　　 通過對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，同時建立了混合料面波與剪切波的相關(guān)計算模型。該項成果豐富了剪切波速測試理論，為現(xiàn)場應(yīng)用面波測試研究土石混填地基的表征壓實度提供了科學依據(jù)。
　　 本論文在大量理論和試驗研究基礎(chǔ)上提出的土石混合料表征壓實度無損測試方法及建立的土石混合料壓實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質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中的技術(shù)難題，為提高山區(qū)機場跑道安全與耐久性提供技術(shù)支持，且在提高測試精度、加快工程進度、節(jié)約測試成本等