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原文传递干湿循环作用下粉质黏土路基平衡工作状态及服役性能研究

论文题名：	干湿循环作用下粉质黏土路基平衡工作状态及服役性能研究
关键词：	粉质黏土路基;干湿循环;持水性能;孔隙变形;高速公路
摘要：	交通是兴国之要、强国之基，随着我国基础设施网络不断完善，截至2022年底，全国高速公路总里程达到17.7万公里，位居全球第一。路基作为路面结构的基础，其耐久性、稳定性和坚实性对于保障和延长路面服役寿命至关重要。服役期间路基湿度会逐渐趋于与周围环境相适应的平衡湿度状态，较施工期最佳含水率增大2％～10％,路基的压实度也会产生较大程度衰减，进而加剧路基强度和刚度的衰减,严重影响路基结构的稳定性及路面结构的耐久性。同时，现行《公路路基设计规范(JTGD30-2015)》存在对于路基平衡湿度的预估未考虑干湿循环对土-水特征关系的影响，对于黄河中下游粉质黏土等特殊区域土质的适用性缺乏验证，对于服役期内粉质黏土路基压实度变化未涉及，对于路基强度及刚度衰减的现象考虑不全面等问题。因此，开展不同干湿循环次数下粉质黏土路基持水特性、孔隙变形及强度、刚度演化规律的研究，对于建立路基平衡工作状态、完善及补充现行规范设计方法、延长路基路面服役寿命具有重要理论和实践价值。　　针对上述问题，本研究基于非饱和干湿循环试验等一系列室内试验，揭示了干湿循环作用下粉质黏土路基孔隙状态(持水性能和孔隙变形)、路基强度及刚度衰减的演化规律和其对路基支撑性能的影响，建立粉质黏土路基平衡工作状态,并且基于已有研究进行了粉质黏土路基路面结构服役性能评价。研究成果对于补充及完善现行设计规范、提升路基路面服役性能和降低养护维修成本具有重要的理论及实践意义。研究获得以下主要结论: 　　(1)揭示了干湿循环作用下粉质黏土路基的持水性、渗透性的演化规律，即随着干湿循环次数增加，粉质黏土路基湿度增大、进气值减小、渗透性增强、持水性能减弱，并逐渐趋于稳定，路床区、上路堤区及下路堤区土体经历多次干湿循环的含水率较初始状态分别提升了1.80％、2.74％和0.75％;土-水特征曲线存在明显的滞回现象，随着循环次数增加，滞回圈逐渐减小。　　(2)揭示了干湿循环作用下粉质黏土路基孔隙变形及压实度变化特性，即粉质黏土路基的孔隙比随着干湿循环次数的增加而增大，压实度随干湿循环次数的增加而减小，并且逐渐趋于稳定，路床区、上路堤区及下路堤区经历多次干湿循环的孔隙比较初始状态分别增大了4.87％、7.98％和1.46％,压实度较初始状态分别衰减了1.49％、2.57％和0.46％;建立了对应不同层位的土-水特征统一状态面。　　(3)建立了粉质黏土路基平衡湿度及平衡密度的确定方法，计算得到粉质黏土路基路床区平水期的平衡湿度为17.27％～17.65％,平衡密度为93.35％～93.55％,丰水期时平衡湿度为18.91％～19.31％,平衡密度为92.26％～92.51％。路基上路堤区平水期的平衡湿度为16.40％～16.64％,平衡密度为91.97％～92.12％,丰水期时平衡湿度为18.09％～18.35％,平衡密度为90.94％～91.08％。路基下路堤区平水期的平衡湿度为15.80％～17.47％,平衡密度为92.38％～92.73％,丰水期时平衡湿度为17.89％～19.65％,平衡密度为91.91％～92.31％。　　（4）揭示了干湿循环作用下粉质黏土路基小刚度模量、抗剪强度指标、动态回弹模量的演化规律:粉质黏土路基经历干湿循环作用，小应变剪切模量有较大程度的降低，衰减幅度随着循环次数增加而减小，经历三至四次干湿循环后变化逐渐趋于稳定，路床区、上路堤区及下路堤区小应变剪切模量较初始状态分别衰减了12.40％、7.30％和4.86％;粉质黏土总黏聚力随着干湿循环次数的增加而降低，经过3次干湿循环作用后，总黏聚力降低了26.59％,而有效内摩擦角并未随着循环次数增加表现出一致的规律性;干湿循环对路基动态回弹模量衰减较为明显，经历四次干湿循环，粉质黏土路基路床区动态回弹模量衰减了31.53％～51.77％,上路堤衰减了29.02％～47.66％,下路堤衰减了32.38％～55.53％。　　（5）建立并量化了黄河中下游粉质黏土路基动态回弹模量湿度调整系数和干湿循环折减系数;基于现行规范方法修正了考虑干湿循环影响、适用于粉质黏土的动态回弹模量预估模型。　　（6）开展了路基湿化条件下的道路结构长期服役性能研究，当路基动态回弹模量设计值为饱和状态（E0=22.58MPa）、本研究计算方法下限（E0=27.70MPa）和规范计算方法下限（E0=40.08MPa）时，无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命不能满足设计要求。
作者：	刘依依
专业：	交通运输
导师：	蒋红光;姚占勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023