详情

原文传递石灰处治土路基冻融作用特性研究

论文题名：	石灰处治土路基冻融作用特性研究
关键词：	石灰处治;冻融作用;回弹模量;路基温度场
摘要：	石灰是道路工程中常用的工程材料之一,石灰掺加在路基填土中,可以起到减水、增强、加固的效果,有效的提高了土体的强度及抗冻性等性能,并且由于其经济性好、施工方便,在我国得到了较广泛的应用。　　我国冻土面积占全国总面积的三分之二,且北方冬季气候寒冷,道路结构必然要受到冻融作用,而目前对于石灰处治路基土在冻融循环作用下的力学性能变化还没有清晰的认识,其强度衰减规律并没有定量的研究。本文针对石灰处治土的研究现状,对不同掺量下的石灰处治土进行了室内试验,分析土体在冻融循环作用下模量、强度等指标的变化规律,并与素土相应指标进行了对比；同时结合黑龙江省鸡西至讷河公路的石灰处治土路基,进行了路基温度场的测试,并以室内试验结果为基础,进行有限元分析,分析在实测温度场下路基的应力分布及变形特征,其主要研究内容和研究成果如下: 　　 (1)对于不同掺量下石灰处治土的基本物理指标进行了室内试验,随着掺灰剂量的增加,石灰处治土的液限变化不大,但塑限不断增大,塑性指数随之逐渐减小。土体的弹性模量及无侧限抗压强度随石灰掺量的增大而增大,土体的粘聚力及内摩擦角也随之逐渐增大。　　 (2)基于DS18820温度传感器和单片机,针对寒区公路路基温度场监测的实际要求,设计了路基温度场监测系统,并实现了连续监测和数据的自动采集、存储。通过路基温度场测试,发现路基冻融过程跨度达8个月,在整个冻融循环期内,与气温相比,路基深处温度的变化有大约50天左右的延迟效应,路面下路基与土路肩下路基温度变化具有明显差异,且均大于天然地基,说明道路修筑改变了原地基的温度场。　　从路基横断面来看,无论是冻结期还是融化期,路基冻结区域均呈现不均匀分布,在融化初期内,路基内部出现冰冻夹层,随着时间推移,温度上升,冰冻夹层逐渐变薄,直至缩小成未化冻土核,大约在6月末土体全部融化。测试路段路基含水率全年范围内保持相对较平稳状态,且呈现出在融化期内较高,而在冰冻期内较低的状态。　　 (3)石灰的掺加在一定程度上能抑制土体的冻胀现象。经试验测定,在相同的含水率下,石灰掺量越大,土体冻胀率越小,土体起始冻胀的温度区间为-2℃～4℃,当温度降至-10℃时冻胀基本结束,-2℃～-8℃为冻胀现象明显的温度区间；冻胀量与土体的密实程度和饱和度有一定关系:含水率越大,冻胀率越大,掺灰剂量越大,起始含水率越高。　　 (4)土体的无侧限抗压强度随着掺灰剂量的增加而增加,随冻融循环次数的增加而降低,且各级掺灰剂量下土体的压实度越大,经过冻融后土体的强度衰减率越小。掺灰剂量越大,土体的粘聚力和内摩擦角越大,冻融次数越多,土体的粘聚力越小,内摩擦角越大；土体的回弹模量也随着掺灰剂量的增大而不断增大,并随冻融循环的次数增加而不断降低；土体的强度在第一次冻融作用下衰减幅度较大,随着冻融作用次数的增多,强度衰减幅度逐渐减小,当冻融循环次数达到6次时趋于稳定。　　对于不同循环温度下土体的各指标进行了试验,-9℃～-3℃是土体水分相变的过渡温区,土体随着循环温度低温下限的降低,各指标衰减幅度慢慢增大,当低温区间达到-9℃时,土体的各项指标均与-15℃～15℃冻融循环相差不多,含水率越大的土体,其强度衰减越大。不同循环温度区间土体各项指标随循环次数的变化规律与前述基本一致:对于不同冻结温度下冻土的力学性能指标进行试验发现,冻结温度越低,土体的粘聚力越大,内摩擦角越小,回弹模量越大。同时探讨了石灰增强土体与冻融循环作用下石灰处治土强度衰减的机理。　　 (5)运用有限元理论结合abaqus软件对石灰处治土在冻融过程中的应力和变形规律进行了分析,通过模拟分析发现,在冻融循环周期内,路基出现先冻胀后融沉的现象,且路肩处的竖向变形均小于道路中心线处。随着冻融循环次数的增多,路基中心处的沉降量逐渐增大；路基在经过10次冻融循环后其沉降量随掺灰剂量的增加而减小,但路中心与路肩处不均匀沉降有增大趋势,道路中心线下路基土应力最大,在行车荷载的作用下有破坏的可能,而未掺灰土体由于冻融作用强度降低将产生破坏。
作者：	韩春鹏
专业：	林区交通工程
导师：	贾艳敏;何东坡
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文