紅層軟巖崩解性及其路基動力變形特性研究.pdf

1、在我國中西部高速公路建設(shè)中存在大量紅層軟巖路段，該類巖石因其成因特殊而成分復雜且大部分具有崩解性，作為一種特殊路基填料使用往往導致工程建設(shè)成本高，施工進度緩慢。為此本文結(jié)合交通部“九五”行業(yè)聯(lián)合重點攻關(guān)項目“京珠高速公路湘潭至耒陽段紅砂巖地帶路基修筑技術(shù)研究”，對紅層軟巖的崩解性、路用性能以及路基在汽車荷載作用下的動力變形特性進行深入研究。 本文首先在大量工程調(diào)研的基礎(chǔ)上指出紅層軟巖作為路基填料必須解決的兩個關(guān)鍵問題，即其崩解性

2、（崩解機理、崩解程度評價、崩解性消除方法等）和路用性（紅層填料的可壓實性、強度特性以及荷載作用下的變形特性等）問題。繼而針對紅層軟巖及其崩解物進行了較全面的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗研究。提出了紅層軟巖作為高速公路填料的可能性，并在此基礎(chǔ)上制定出紅層材料作為路基填料應達到的壓實度水平。 由于軟巖崩解程度目前尚無合適的評價指標，本文引入分形理論對紅層軟巖的崩解分形機理進行了研究，深入探討了崩解過程中崩解物粒度分布分數(shù)維的變化規(guī)律，并根據(jù)分形概

3、念建立出紅層軟巖崩解過程的數(shù)學模擬模型，證明了紅層軟巖崩解是一個分形，在此基礎(chǔ)上提出了對紅層軟巖崩解進度進行描述的新指標—粒度分數(shù)維，為工程應用提出了紅層軟巖作為路基填料所應達到的粒度分數(shù)維控制標準。 此外，還從沉積巖土成因角度出發(fā)，改進了常用的粒度分布分形模型，使之更適用于沉積巖土的粒度分析。并將改進模型應用于崩解性差異顯著的三類紅層軟巖的粒度特征分析，發(fā)現(xiàn)紅層軟巖的粒度特征可反映其崩解性強弱，從而提出了以粒度特征對紅層軟巖進

4、行工程分類的思想，進而論證了公路工程中采用浸水崩解試驗對紅層軟巖分類的合理性。 然后，本文采用灰色關(guān)聯(lián)度方法對紅層軟巖崩解影響因素進行了分析，結(jié)合本文試驗和前人研究成果，較全面地分析了紅層軟巖的崩解機理。在此基礎(chǔ)上，對包括抑制紅層軟巖崩解的添加劑、降低路基中干濕變化程度、人工加速紅層軟巖崩解進程等消除紅層填料崩解性的多種路用控制方法進行了研究。提出了實用的紅層軟巖崩解性路用處治方法，并通過現(xiàn)場實驗和工程實例論證了處治的必要性和可

5、行性。 為了進一步探討紅層填料路基在車輛動力循環(huán)荷載作用下的工作特性，本文建立出3 軸9 自由度車輛動力模型以及路橋過渡段路面形狀模型，基于MARC 有限元軟件進行二次開發(fā)，得到了可用于分析汽車作用下路基動力響應的三維有限元模型和程序，并計算得到了橋頭跳車過程中高速公路紅層填料路基的動應力響應。此外，通過對壓路機和重型車輛作用下公路路基動應力現(xiàn)場測試，得到了公路路基填料的實際受力狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上模擬路基土的實際應力狀態(tài)對擊實紅層

6、填料進行的循環(huán)荷載室內(nèi)試驗，獲得了紅層填料在循環(huán)荷載作用下的塑性累積變形發(fā)展規(guī)律和臨界動應力范圍。研究成果，表明紅層填料動力強度能滿足高速公路車輛動力荷載的要求。 最后基于巖土強度的變異特性，創(chuàng)造性的提出了循環(huán)荷載下土體塑性累積變形的計算方法，采用單元強度隨機生成的有限元方法對循環(huán)荷載下土體塑性累積變形發(fā)展規(guī)律進行了模擬，闡明了該方法的合理性。應用該有限元方法對變異性很大的紅層填料路基的塑性累積變形進行了計算，揭示了不同車輛循環(huán)