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    路基是细砂如何评价干湿程度_浅谈天然河砂在高速公路路基工程中的应用

    分类:工作小结 时间:2019-05-04 本文已影响

       摘要:本文以填方路基边坡稳定性分析为出发点,采用方便快捷的直剪试验为试验手段,凭借多元线性回归分析拟合出不同干密度及含水率水平下的河砂抗剪强度指标,并基于回归分析的结果,采用Bishop条分法对粘土包边填砂路基展开边坡稳定性分析,从而验证天然河砂在高速公路路基填筑中的适用性。研究结果表明,该种方法确定出的抗剪强度参数较为符合实际,且在工程实践中加强对填砂含水率的控制至关重要。
      关键词:填砂路基;直剪试验;多元回归;稳定性分析
      Abstract: in this paper the slope stability analysis to fill subgrade construction as the starting point, use the convenience of direct shear tests for test means, with multiple linear regression analysis fitting out different dry density and the level of the moisture content of sand under shear strength parameters, and based on the results of regression analysis, the article Bishop method of clay overlock points out fill sand subgrade slope stability analysis, which testified natural sand in freeway roadbed the applicability of filling. The research results show that the method to determine the shear strength parameters conform to reality, and in engineering practice to strengthen filling sand control of the moisture content is very important.
      Keywords: fill in the sand subgrade; Direct shear tests; Multiple regression; Stability analysis
      中图分类号:U412.36+6文献标识码:A 文章编号:
      1引言
      近些年,河砂在高等级路基填筑重得到了较多的应用,尤其在东部沿海地区及南方河网发达地区得到广泛应用。河砂以其透水性强、毛细上升高度小、饱水易压实等优点广受工程师们青睐,然而其级配不良、失水后易松散等缺陷也不可忽视。为了充分发挥河砂填料的优点,工程中通常的做法是采用粘性土对填砂路基进行包边,目前对于该种形式的填方路基的研究也比较多,较为成功的工程实例有乐化至温家圳高速公路、上海崇明岛连接线工程等,但是现行设计规范中对此种形式的路基尚无具体要求和规定[1-4]。本文以河砂的物理特性试验和直剪试验作为基础,以基于Bishop条分法的边坡稳定性分析为手段,初步探讨河砂在高速公路填方路基工程中的适用性,以及受填砂含水率影响下的粘土包边填砂路基形式的适用性,对填砂路基的设计及施工要求提出一些建议,供设计施工人员参考。
      2试验分析
      2.1河砂物理特性
      这里,需要解决的首要问题是确定出边坡稳定性分析时所欲要得填料强度参数,即粘聚力c和内摩擦角φ,故对河砂的物理特性及工程特性的分析结果列出,具体试验过程不作详细介绍,依照文献[5]、[6]的有关规定进行相关试验,得到砂样的的大部分粒组在2~0.2mm范围内,不均匀系数为3.02~4.53,曲率系数为0.90~1.05,属级配不良的粗砂,得出河砂的击实曲线如图,砂粒比重为2.637,干燥状态下的休止角为43°,饱和状态下的休止角为34°,4昼夜的毛细上升高度不超过35cm,最大干密度为1.88g/cm3,最小干密度为1.42 g/cm3,击实特性如图所示。
      
      图1 河砂的击实特性
      2.2河砂剪切试验
      本文按照文献[5]中T1043-1993的要求和步骤进行直剪试验,从而确定出河砂的c和φ值。考虑的主要影响因素有试样的干密度和含水率。试验干密度根据标准击实试验结果,由最大干密度开始向低值方向等间距选取。另外,利用已竣工的某等级路填砂路基的砂芯取样,测得含水率平均值为8.22%。又考虑到该等级路路基高度较矮,且河砂的保水能力较差,再根据含水率超过10%的击实试验时试样底部严重渗水这一现象,猜测路基运营使用期间,砂芯的含水率不会超过10%。故含水率作为剪切试验结果的影响因素考虑时,其变化水平宜控制在0~10%之间。本次试验采用的干密度及含水率的具体变化水平详见表1。对各种因素组合情况下的进行了直剪试验,测得的抗剪强度结果如表2。
      表1直剪试验影响因素及其水平
      
      
      表2河砂直剪试验抗剪强度结果整理
      
      
      2.3河砂剪切试验结果分析
      根据表2的试验结果,不论采用最小二乘法或者斜截式法,得出的某些因素组合下得抗剪强度指标c值偏高,甚至有的超过20kPa,而通常认为砂土的粘聚力一般不会超过9.81kPa[7]。并且由此得出的抗剪强度指标并没有随着含水率ω或者干密度ρd的变化表现出明显的规律,究其原因,认为砂土颗粒较大且松散,不易取样成型,因此进行试验的试样变异性较大,致使剪切破坏面(带)上的颗粒组成不尽相同,最终体现为所得的抗剪强度指标超出了经验范围。
      为了消除试验误差对结果的影响,对抗剪强度指标作出合理的推断,下面将采用多元回归分析来确定砂土的粘聚力c及内摩擦角φ。
      根据摩尔库伦强度理论,抗剪强度与正应力具有形如下式的线性关系:
       (2-1)
      再根据本文的具体情况,上式中的σ等于竖向压力p,c值和φ值均为干密度ρd和含水率ω的函数,可分别记作:
       ,
      将c和tanφ的表达式代入式(2-1)可以得到:
       (2-2)
      式(2-2)便是要构建的多远回归方程的基本形式,下面要解决的问题就是确定出待定函数f(ρd,ω)和g(ρd,ω)。
      通常情况下,当砂处于完全干燥状态时和完全饱和状态时,颗粒彼此之间没有粘结力,仅当水部分填充砂粒间的空隙时,由于强烈的毛细作用使得整个砂体表现出一定的“粘聚力”。单位体积内的毛细空隙越发达、毛细水形成的弯液面越多则砂体表现出的粘聚力越强,反之越小。因此粘聚力c又可以表述为孔隙比e与含水量ω的函数f(e,ω),再由土力学知识,饱和度Sr可表示为孔隙比e的函数,故粘聚力c可以写成关于自变量Sr的一元函数。再根据前面的分析,可知当Sr=0或Sr=1时c=0,由击实曲线得出Sr大约为0.25时干密度达到低谷,由此假定粘聚力c值达到极大值,故假设 ,C为待定系数。
      已有研究表明风积砂的内摩擦角φ与相对密实度Dr、含水率ω呈线性关系[8]。这里将问题简化,假设tanφ与相对密实度Dr、含水率呈线性关系,即 t,A、B为待定系数。

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