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原文传递毛细水作用对粉质土低路堤影响规律的研究

论文题名：	毛细水作用对粉质土低路堤影响规律的研究
关键词：	毛细水;粉质土;低路堤;上升高度;影响规律;数值模拟
摘要：	路堤高度作为一个综合宏观的技术指标，对高速公路的质量、造价、环境保护是一个比较重要参数。以往高速公路建设过程中，都采用高路堤的方式控制路基变形，提高高速公路的使用性。但是高路堤存在着一些不可避免的缺点，如占用土方量大，破坏环境。近年来，低路堤的设计成为符合发展趋势的新理念。相对于高路堤而言，低路堤带来的社会经济效益是相当显著的。但是，低路堤的设计、施工过程中，许多排水、路床处理的问题，还需要不断的研究、探讨。毛细水对低路堤的影响就是其中不得不考虑的问题。土中毛细水的上升，使不同深度的土具有不同的含水率，从而影响路基上的强度及变形特性。本文通过综合运用理论分析、室内试验、现场试验以及数值模拟的方法，系统地分析毛细水对粉质土路堤的影响规律，主要研究以下几个方面内容：　　 (1)毛细水作用是土中普遍存在的一种现象，土中毛细水的上升，使不同深度的土具有不同的含水率，而土的含水率又随着距地下水位距离的增加而减小，因此毛细水的上升现象只是在一定范围内对路堤产生危害。本文通过自行设计制作的毛细水试验模型装置对南通地区粉质土中毛细水上升规律进行了室内模型试验，研究毛细水上升规律。试验结果表明，不同的初始含水率及压实度对毛细水上升高度都有一定的影响，但是，在毛细水上升至最大高度后，不同初始含水率及不同的压实度情况下，其含水率的分布规律基本相同。本文通过试验确定毛细水影响范围在150cm～170cm内。　　 (2)高速公路的路基作为路面的支承结构，其强度、稳定性及耐久性都直接影响路面的使用性。毛细水的上升，引起路基土的含水率的变化，从而引起土的强度的变化，本文在控制含水率的条件下对粉质土进行快剪试验，研究含水率对粉质土抗剪强度参数的影响，饱和度的变化对内摩擦角的影响不大，而粘聚力有较为明显的变化。根据粘聚力与饱和度、孔隙比之间的关系建立了c=f(sr，e)的经验公式，并进而建立毛细水作用下粉质土的抗剪强度公式rf=145S，-1.23/101.24e+o-tanφ。　　 (3)在考虑毛细水的作用后，粉质土的变形不仅受到应力控制，而且与毛细水作用引起的含水率变化有关。本文在控制含水率的条件下对粉质土进行压缩试验，研究含水率对粉质土压缩模量的影响，随着含水率增大，粉质土压缩模量呈现出强烈的非线性，针对现场实际情况，对初始孔隙比为0.677的试验结果进行曲线拟合，得到压缩模量随含水率变化的计算公式：　　 (4)本文采用数值计算的方法研究毛细水作用下粉质土低路堤的变形规律。在地下水位一定时，随着填土高度的增大，路堤中心竖向位移值在毛细水作用下总体上呈增大的趋势。根据数值计算的结果，考虑毛细水作用时，确定粉质土低路堤的最低路堤填土高度为1.2m。　　 (5)通过对低路堤填土高度的影响因素进行分析，提出了粉质土低路堤最低填土高度应该在1.5m，较为合理的填土高度可以在1.5m～2.0m之间根据实际情况选择。　　 (6)粉质土低路堤中，由于毛细水作用的影响，路基土的含水率发生变化，导致土体强度发生变化，从而影响到路面结构的使用性。为了减小毛细水作用对道路产生的危害，必须对毛细水作用采取一定的处治措施。本文讨论毛细水上升的影响因素，针对南通地区粉质土毛细水上升的实际情况，讨论了如何降低毛细水上升高度，从土质、水分隔断、化学法三个方面提出降低路堤填土高度的措施，并且对几种典型的处治措施效果进行试验评价，总体上处治效果有好到差分别为，碎石>水泥土>复合土工膜>灰土；灰土作为工程中常用的材料，其处治效果与养护龄期有关，并且随着灰土层厚度的增大，处治效果有明显的增加，根据试验结果，40cm灰土养护45天后，其处治效果与碎石基本相同。
作者：	张文超
专业：	岩土工程
导师：	刘松玉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文