特哈馬不同含泥量風(fēng)積沙路基填料特性試驗研究.pdf

1、土木工程項目的施工與維護取決于場地、周圍環(huán)境和氣候的變化。風(fēng)積沙地區(qū)的公路、鐵路和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計、施工和維修都會存在特有的問題，例如：防沙、固沙、防風(fēng)等。由于人口、經(jīng)濟和其它因素的作用，在沙漠或沙漠化地區(qū)修建基礎(chǔ)設(shè)施是未來趨勢。各地沙漠的形成環(huán)境、氣候及風(fēng)沙條件有差異，地質(zhì)、風(fēng)積沙特性以及地表植被狀況也有較大差別。遍布該地區(qū)的風(fēng)積沙地基是否需要處理、能否用作路基填料，都是需要進行試驗研究的技術(shù)問題，以便更好理解其工程特性，提出合理的解決方

2、法。
　　也門共和國需要在沙漠地區(qū)修建公路，不可避免會遇到風(fēng)積沙作為路基填料的問題。2003年修建的總長170km的荷臺達—摩卡高速公路，沿著紅海海岸線走向，穿越廣闊的沙土地帶，這意味著必需要用這種沙土作為路基填料。荷臺達位于也門西海岸中部卡希布灣內(nèi)，沿紅海海岸向東延伸至山腳下，海拔從海平面上升至250m。北緯15.8-13.38，東經(jīng)43.38-42.35，總面積約13336平方公里，是也門重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)屬熱帶沙漠氣候

3、，盛行西南風(fēng)。年平均氣溫19~40攝氏度。8~9月份常出現(xiàn)強風(fēng)及沙暴。全年平均降雨量達100mm。荷臺達海岸平原地基土是第四紀沖積土，包括風(fēng)積土和沖積土。
　　風(fēng)積沙土經(jīng)過處理可以作為路基填料，這就需要試驗研究來解決這類工程技術(shù)問題。當前，需要對不同含泥率的風(fēng)積沙土特性進行試驗研究。本文參考國內(nèi)外研究成果，結(jié)合荷臺達—摩卡公路，對不同含泥率的風(fēng)積沙土特性進行系統(tǒng)的試驗研究。主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線如下：
　?。?）利用室內(nèi)試驗

4、，研究了不同含泥量的風(fēng)積沙物理特性，對不同含泥量的風(fēng)積沙工程地質(zhì)特性進行評價。
　?。?）對不同含泥量風(fēng)積沙進行壓實試驗，研究不同含泥量風(fēng)積沙壓實特性，分析其壓實機理。
　　（3）通過一系列強度和壓縮試驗研究，探索了不同含泥量風(fēng)積沙強度特性和變形特性，研究了不同含泥量風(fēng)積沙的強度特性和變形特性的影響因素及作用機理。
　?。?）研究總結(jié)不同含沙量風(fēng)積沙的力學(xué)特性，提出不同含泥量風(fēng)積沙的力學(xué)指標變化范圍，并提出不同含泥量風(fēng)

5、積沙最大干密度的試驗方法。
　?。?）根據(jù)試驗結(jié)果，對不同含泥量風(fēng)積沙路用性能進行綜合評價，確定出適合作為路基填料的最佳含泥量范圍。
　　結(jié)合室內(nèi)試驗研究結(jié)果，深入分析不同含沙量風(fēng)積沙的物理特性、壓實性、強度特性和變形特性，綜合評價了不同含沙量風(fēng)積沙作為路基填料的工程特性，提出了合適的含沙量范圍。具體研究成果如下：
　　1.不同含泥量的風(fēng)積沙的物理特性試驗研究
　　通過顆粒級配試驗可發(fā)現(xiàn)，荷臺達—摩卡高速公路含泥

6、風(fēng)積沙的粒徑主要分布在0.6~0.074mm范圍內(nèi)，屬于中細沙；各沙樣的不均勻系數(shù)Cu顯示，荷臺達—摩卡高速公路含泥風(fēng)積沙的不均勻系數(shù)均較小，說明顆粒級配不良，粒度均比較均勻。
　　為了研究荷臺達—摩卡高速公路不同含泥量風(fēng)積沙的工程特性，制備不同含泥量（<0.074mm）的風(fēng)積沙試樣，制備了含泥量分別為0.5％，5%，10%，50%，55%和80%7種試樣。
　　不均勻系數(shù)Cu反映的是大小不同粒組分布情況。Cu越大表明土粒粒

7、徑的分布范圍越大，其級配就越良好，作為路基填料時，則較容易得到較大的密實度。曲率 Cc表明的是粒徑累積曲線的分布范圍，反映了曲線的整體形狀。一般認為：當土樣同時滿足Cu>5和Cc=l~3兩個條件時，則屬于級配良好。級配試驗結(jié)果顯示：不同含泥量風(fēng)積沙的不均勻系數(shù)Cu大多小于5，只有含泥量為0.5%時，其不均勻系數(shù)Cu=5.13；所有試樣的曲率系數(shù)Cc均在1~3之間，由此可見，大部分的風(fēng)積沙試樣級配不良。
　　采用比重瓶法對不同含泥量

8、風(fēng)積沙試樣進行比重試驗。試驗結(jié)果表明：隨著試樣含泥量的增大，試樣土粒比重也是逐漸增大的。
　　土的界限含水量是指土的液限和塑限，土的液限和塑限主要是用于劃分土類、及公路設(shè)計和施工中。本文采用聯(lián)合測定法測定所有試樣的液限和塑限。對于含泥量較小的試樣(含泥量<4.5%),由于細顆粒土含量少，可以不考慮其液限和塑限。試驗結(jié)果表明：隨著試樣中含泥量的增加，試樣的液限、塑限以及塑性指數(shù)均在增大，這是由于隨著粘性含量的增加，試樣中礦物成分發(fā)生

9、變化，含泥量變化時土顆粒之間吸附水膜厚度也在變化。
　　由于含泥風(fēng)積沙所在地區(qū)的差異性，其天然干密度也不盡相同。荷臺達平原不同含泥量風(fēng)積沙干密度一般在1.56~1.84g/cm3。盡管含泥風(fēng)積沙經(jīng)常處于干旱狀態(tài)下，但其天然含水量一般要比純凈風(fēng)積沙的較高。天然含水量低的地方，含泥風(fēng)積沙含水量可以不足1%，天然含水量高的地方，含泥風(fēng)積沙含水量也不會超過10%。隨著季節(jié)的變化，含泥風(fēng)積沙里的含水量也會不斷變化，變化范圍與含泥量有關(guān)，如在

10、春季含水量變化幅度為0.2%~4%，在夏季僅為0.1%~1%。由于蒸發(fā)作用，沙漠表層的含水量小，越往下含水量逐漸增大。含泥風(fēng)積沙里少量的水分，對于該地區(qū)的植物生長卻有重要的作用。在降雨量小的地區(qū)，含泥風(fēng)積沙的含水量會更低。
　　荷臺達—摩卡高速公路含泥風(fēng)積沙由于含有一定含量的細粒土，故具有一定的塑性特性，根據(jù)含泥量的不同，各種風(fēng)積沙表現(xiàn)出的塑性程度也不一樣。含泥量小的試樣，塑性低，試樣成型困難，且抗剪強度低。
　　荷臺達—摩

11、卡高速公路含泥風(fēng)積沙基本上具有親水性，即顆粒表面對水有一定的吸附作用，隨著含泥量的增加，親水性越來越強烈。含泥量較小時，風(fēng)積沙的滲透性較好，地面水會很快滲入地層深處，導(dǎo)致地層表層土常處于干燥狀態(tài)。
　　對于荷臺達—摩卡高速公路含泥風(fēng)積沙，在含泥量較小時，均不具有濕陷性。
　　含泥量不同，風(fēng)積沙中的毛細水對路基工程的不利影響程度也不同。因為含泥風(fēng)積沙的毛細現(xiàn)象主要與孔隙比、含泥量、結(jié)合水膜、沙粒的有效粒徑和形狀等有關(guān)。含泥量越

12、大，細顆粒越多，比表面積越大，顆粒表面親水性強，毛細現(xiàn)象越強烈。
　　2.含泥風(fēng)積沙壓實特性試驗研究
　　為了研究荷臺達—摩卡高速公路含泥風(fēng)積沙壓實特性，本文采用重型標準擊實試驗、干振法和水振法三種不同方法，對不同含泥量內(nèi)積怨沙試樣進行壓實試驗。
　　重型標準擊實試驗結(jié)果表明：含泥量在0.56%~9.2%范圍內(nèi)，最大干密度在干燥狀態(tài)下出現(xiàn)，隨著含水量增大，干密度呈下降趨勢；含泥量在9.2%~51.31%范圍內(nèi)，擊實曲線

13、呈不規(guī)則變化，忽上忽下，干密度總體比含泥量小的風(fēng)積沙要小；當含泥量大于55.89%時，擊實曲線與細粒土的類似，即含水量小于最優(yōu)含水量時，干密度隨著含水量的增加而增大。含泥風(fēng)積沙最大干密度的變化趨勢是，隨著含泥量的增加，最大干密度呈減小趨勢。
　　干振法試驗結(jié)果顯示：含泥量小于51.31%的風(fēng)積沙試樣表現(xiàn)為類似于風(fēng)積沙振動性質(zhì)，在一定的時間和振幅下，干密度隨時間增大，振動時間大約在4~8分鐘內(nèi)，試樣達到最大干密度，之后，干密度隨振動

14、時間減小；含泥量大于51.31%時，含泥風(fēng)積沙干密度隨振動時間一直減小，且干密度較含泥量小于51.31%風(fēng)積沙的小很多；當含泥量大于55.87%時，干密度下降更明顯，這也說明振動法不適用于細粒土。含泥量為9.2%時，風(fēng)積沙最大干密度最大，之后，隨含泥量增加，風(fēng)積沙最大干密度減小。
　　水振法試驗結(jié)果表明：含泥量小于51.31%時，干密度在4~8分鐘內(nèi)達到最大值，且含泥量越小干密度總體越大；含泥量大于51.31%時，試樣的干密度整體

15、上小于含泥量小于51.31%試樣的；含泥量小于4.5%時，利用水振法風(fēng)積沙可以得到較大的干密度；水振法試驗得到的風(fēng)積沙最大干密度隨含泥量的增大而減小。
　　比較三種試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用重型擊實方法時，在含泥量較小時，風(fēng)積沙最大干密度隨含泥量增加而減小，在含泥量為20%~30%范圍內(nèi)，風(fēng)積沙最大干密度基本保持穩(wěn)定值不變，含泥量大于30%時，風(fēng)積沙最大干密度隨含泥量增加繼續(xù)減小。采用干振法時，最大干密度在含泥量為0.56%出現(xiàn)最大值，直

16、到含泥量增加至30%左右，最大干密度隨含泥量變化不明顯，當含泥量大于30%時，最大干密度隨含泥量增加而減小。水振法試驗得到的含泥風(fēng)積沙最大干密度與含泥量變化規(guī)律與重型標準擊實試驗類似，只是當含泥量小于30%時，水振法得到的最大干密度比重型標準擊實試驗得到的略大一點，當含泥量大于30%時，水振法得到的最大干密度隨含泥量的增加而減小得更明顯。當含泥量小于30%時，水振法得到的最大干密度最大，干振法得到的最小，當含泥量大于30%時，重型標準擊

17、實試驗得到的最大干密度最大，水振法得到的最小?？梢?，不同含泥量的風(fēng)積沙，應(yīng)采用不同的擊實方法來獲得更大的干密度。
　　3.含泥風(fēng)積沙的強度特性試驗研究
　　本文采用直剪試驗、回彈試驗和CBR試驗研究不同壓實度、不同含泥量下含泥風(fēng)積沙的強度特性。
　　分析直剪試驗結(jié)果得出：荷臺達—摩卡高速公路含泥風(fēng)積沙內(nèi)摩擦角在30°~40°之間，內(nèi)摩擦角與壓實度近似呈線性關(guān)系，通過回歸分析，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，且內(nèi)摩擦角隨壓實度的

18、增大而增加。對于含泥量小于9.2%的風(fēng)積沙，其內(nèi)摩擦角整體上均大于含泥量大于51.31%的風(fēng)積沙的，含泥量為9.2%時內(nèi)摩擦角出現(xiàn)最大值。含泥量大于51.31%時，風(fēng)積沙內(nèi)摩擦角隨含泥量增加而減小。含泥風(fēng)積沙粘聚力均較小，且隨含泥量減小而減小。壓實度對含泥風(fēng)積沙的內(nèi)摩擦角影響明顯，內(nèi)摩擦角隨壓實度增大而增加；在含泥量小于10%左右時，內(nèi)摩擦角隨含泥量增大而增加，含泥量大于10%時，內(nèi)摩擦角隨含泥量增大而減小。
　　回彈試驗結(jié)果表明

19、：含量泥風(fēng)積沙的回彈模量在40MPa~65MPa之間；含泥量小于9.2%時，回彈模量與壓實度近似呈三次多項式函數(shù)關(guān)系，回彈模量隨壓實度增加；當含泥量大于51.31%時，回彈模量與壓實度近似呈二次多項式函數(shù)關(guān)系，回彈模量仍隨壓實度增加。在壓實度不變的前提下，回彈模量與含量泥量有一定的關(guān)系，含泥量小于9.2%時，回彈模量大小較接近，此時含泥量對回彈模量影響不明顯，在含泥量為9.2%時，回彈模量整體達到最大，含泥量在51.31%~84.13%

20、范圍內(nèi)時，回彈模量隨含泥量增大而減小。壓實度對含泥風(fēng)積沙回彈模量影響顯著，在每個壓實度下，回彈模量大約在含泥量為10%時達到最大值，含量泥量小于10%時，回彈模量隨含泥量增加而增大，含泥量大于10%時，回彈模量隨含泥量增加而減小，含泥量達到55%左右時，回彈模量趨于穩(wěn)定。
　　CBR試驗結(jié)果表明：含泥量小于9.2%時，CBR與含水量曲線存在峰值，即CBR值先隨含水量的增加而增大，CBR達到最大值時，又隨含水量的增加而減小，含泥量在

21、51.31%~84.31%范圍內(nèi)時，CBR基本隨含水量增加而增大，但不明顯。CBR最大值對應(yīng)的含水量隨含泥量增加而增大，含泥量為0.56%時，其對應(yīng)的含水量為8%，含泥量為84.31時，其對應(yīng)的含水量為15%左右。在含水量為8%，10%和12%三種情況下，對于含泥量小于9.2%的試樣，浸水和不浸水的CBR值先隨含泥量增大而減小，在含泥量為4.5%時達到最小值，之后 CBR又隨含泥量增大；含泥量大于9.2%時，浸水和不浸水試樣的CBR值均

22、隨含泥量增加而減小，在含泥量達到55%左右時，兩種試樣的CBR值均趨于穩(wěn)定；同一含泥量下，不浸水試樣的CBR值大于浸水試樣的。
　　4.含泥風(fēng)積沙的變形特性試驗研究
　　采用固結(jié)壓縮試驗研究含泥風(fēng)積沙特性。試驗結(jié)果表明：孔隙比并不是隨含泥量的增大一直增大的，含泥量在4.5%~9.2%之間時，孔隙比隨含泥量增大而減小，含泥量在51.31~84.31%范圍內(nèi)時，孔隙比隨含泥增加而增大，且孔隙比整體較大；整體孔隙比在含泥量為0.5

23、6%時最小，此時壓縮系數(shù)也最?。辉诓煌瑝簩嵍认?，隨著試樣含泥量的增加，壓縮系數(shù)先減小至最小值，之后隨含泥量逐漸增大；含泥量在10%左右時，壓縮系數(shù)達到最小值，沁含泥量大于55.31%時，壓縮系數(shù)隨含泥量的增加更明顯。
　　5.含泥風(fēng)積沙路用性能評價
　　根據(jù)擊實試驗、直剪試驗、回彈模量試驗、CBR試驗和壓縮試驗結(jié)果，分析得出荷臺達—摩卡高速公路含泥風(fēng)積沙大致可分為三類：（1）風(fēng)積沙，含泥量小于9.2%；（2）沙、土混合，含泥