（岩土工程专业论文）山渣料路基变形与稳定性分析.pdf

摘要 针对西汉高速公路沿线大量采用山渣料填筑路基的情况，本文对陕南地区山渣料的 分类、物理力学性质、强度变形及路基稳定性开展了较系统的试验研究和理论探索。主 要研究工作包括以下内容： 1 对西汉高速公路沿线山渣料水文地质情况进行了调查，对山渣料进行了定义， 并对山渣料从不同方面进行分类，研究了其级配特征。 2 对山渣料进行了较全面的试验研究，包括击实试验、c b r 试验、回弹模量试验、 抗压强度试验、浸水破碎试验及膨胀量试验。并在现场试验段进行了分层沉降量观测、 压实度试验及回弹模量试验。 3 在国内外调研和室内试验的基础上，根据塑性力学中的上下限定理，下限定理采 用各垂直条分法中最大值，而上限定理近似的用斜条分法，对不同高度、不同风化程度 及不同坡率下山渣料路基稳定性进行了计算与分析。 4 对西汉高速公路山渣料路基工后沉降进行了较长时间的观测。 关键词：山渣料；路基；击实试验；路用性能；稳定性；沉降；分层沉降； 上限定理；下限定理；条分法； a b s t r a c t i nv i e wo ft h es i t u a t i o nt h a tr o c k s l a gm i x t u r ei su s e dm a s s i v e l ya l o n gt h er o u t ei nt h e x i r a nh i g h w a y , t h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do u tt h es y s t e m a t i ct h ee x p e r i m e n ts t u d i e sa n dt h e t h e o r ye x p l o r a t i o na b o u tt h ec l a s s i f i c a t i o no fr o c k - s l a gm i x t u r e ，p h y s i c a lm e c h a n i c sc h a r a c t e r , i n t e n s i t yd e f o r m a t i o na n dr o a d b e ds t a b i l i t yi nt h es o u t h e r no fs h a nx i t h em a i nr e s e a r c h w o r ki n c l u d i n gf o l l o w i n ga s p e c t ： 1 i tm a k e sa l li n v e s t i g a t i o no nh y d r o - g e o l o l g yc o n d i t i o no fr o c k - s l a gm i x t u r ea l o n g a l o n gt h er o u t ei nt h ex i h a nh i g h w a y t h ea r t i c l ee x p e c t sh a v i n gc a r r i e do u td e f i n i t i o nt o r o c k s l a gm i x t u r e ，c a r r i e so nt h ec l a s s i f i c a t i o nt or o c k s l a gm i x t u r ef r o mt h ed i f f e r e n ta s p e c t a n dh a ss t u d i e si t sg r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c 2 t h er o c k s l a gm i x t u r eh a sc o n d u c t e dt h em o r ec o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n t a ls t u d y , i n c l u d i n gt h ec o m p a c t i o nt e s t ，t h ec b re x p e r i m e n t ，t h es n a p p i n gb a c km o d u l ee x p e r i m e n t ， t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ht e s t ，i m m e r s e sb r o k e ne x p e r i m e n t a la n dt h ei n f l a t i o nq u a n t i t y e x p e r i m e n t i th a sc a r r i e do nt h el a m i n a t i o ns u b s i d e n c eq u a n t i t yo b s e r v a t i o n ，c o m p a c t n e s s e x p e r i m e n ta n d t h es n a p p i n gb a c km o d u l ee x p e r i m e n ti nt h ef i e l dt e s ts e c t i o n 3 i nf o u n d a t i o nw h i c hi nt h ed o m e s t i ca n df o r e i g ni n v e s t i g a t i o na n ds t u d ya n dt h er o o m e x p e r i m e n t s ，l i m i t st h et h e o r e ma c c o r d i n g t om e c h a n i c so f p l a s t i c i t yi na b o u t ，t h el o w e rl i m i t t h e o r e mu s e se a c hv e r t i c a ls t r i pm e t h o dc e n t e rm a x i m u mv a l u e ，b u tu p p e rl i m i tt h e o r e m a p p r o x i m a t ew i t hs l a n t i n gs t r i pm e t h o d ，t od i f f e r e n th i g h l y ，t h ed i f f e r e n td e c e n c yd e g r e ea n d w a sd i f f e r e n ts l o p er a t i od e s c e n d sam o u n t a i nt h ed r e g sm a t e r i a lr o a d b e ds t a b i l i t yt oc a r r yo n t h ec o m p u t a t i o na n dt h ea n a l y s i s 4 t h er o c k - s l a gm i x t u r er o a d b e dl a b o rs u b s i d e da f t e ri nt h ex i h a nh i g h w a yh a s c a r r i e do nt h el o n g e rt i m eo b s e r v a t i o n k e yw o r d ：r o c k s l a gm i x t u r e ；r o a d b e d ；c o m p a c t i o nt e s t ；t h ep e r f o r m a n c eo ft h er o a d ； s t a b i l i t y ；s u b s i d e n c e ；l a m i n a t i o ns u b s i d e n c e ；u p p e rl i m i tt h e o r e m ；l o w e rl i m i tt h e o r e m ； s t r i pm e t h o d ； 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 于牛 v 哼每6 员达e l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 亏伟 铷龇嘶豺 刀少年万月才日 硼年其芩b 长安大学硕士学位论文 1 1 研究课题的提出及意义 第一章绪论 西汉高速公路是我国国道主干线( g z 4 0 ) 二连浩特至河口公路的重要组成部分， 也是陕西省“米”字形公路主骨架西安至汉中高速公路的重要路段。该条公路位于陕西省 西南部，连接西安与汉中，北起户县涝峪口，南至勉县元墩，全长2 5 9 k _ r n ，途经户县、 洋县和勉县，路线穿越秦岭山脉，山大沟深，山势险峻，溪涧交错，水文地质、地形条 件异常复杂。其中户县至洋县段1 4 7k m 按山岭重丘区高速公路技术标准设计，路基宽 2 4 5 m 。路基填料原定为砂砾石，路基形式为路堤和路堑。在这种地形条件下，不可避 免地出现大量的挖方路堑边坡。随着路堑边坡的开挖及隧道的掘进，将会产生巨大数量 的隧道、边坡弃渣及山体岩渣。而利用这些山渣料填筑路基，无疑是将这些弃渣变废为 宝的最好途径，同时，又可避免征用弃土场，减少必要的运输费用，降低环境破坏和污 染的机会。 我国不少公路都有山渣料用作路基填料的实例，比如：陕西勉县至宁强高速公路利 用隧道弃渣填筑路基，湖南省潭邵高速公路双峰至邵东段用挖方边坡弃渣填筑路基，1 0 4 国道余杭段改建工程西连接线利用隧道弃渣、挖方边坡弃渣填筑路基。建设单位及研究 人员结合公路工程建设对山渣料展开了一定的研究，但是基于西汉高速公路沿线山渣料 独有的物理力学及路用性能特性，部分研究成果是否能套用还很难说，尤其是对山渣料 路基稳定性的分析与计算方面，基于材料性质的变化，需要对山渣料的路用性能及山渣 料路基的变形及稳定性进行相关的试验研究及计算分析。以判断该填料是否可以作路基 填料，来判断其是否可以推广。 因此，本文对西汉高速公路沿线山渣料物理性质、路用性能进行了大量的调研和室 内外试验，为不同种类山渣料的施工工艺及质量控制提供一些试验参数；并对山渣料路 基进行了稳定性分析与工后沉降观测。 1 2 国内外研究现状 山渣料特指隧道、边坡开挖的岩体弃渣，以粗粒为主，无粘聚性或低粘聚性，棱角 第一章绪论 状，多数粒径大于1 5 m m ，小于2 m m 的含量不超过1 0 。根据公路工程试验规程( j t j 0 5 1 - - 9 3 ) 可将山渣料划归为粗粒组。关于粗粒组粒料的研究，主要集中在水利部门。 公路部门对其的研究，是近年来随着填石路基和土石混填路基的大量出现而进行的。 1 2 1山渣料路用性能试验 1 9 9 2 年哈尔滨至绥芬河公路绥芬河一绥阳段采用碎石填筑路基过程中，根据碎石的 结构类型不同，进行了碎石填筑路基施工组织与工艺控制方法的研究。提出空隙型和密 实型两种结构类型，压实厚度为4 0 c m ，层位在路槽底8 0 c m 以下的土基工作区，采用振 动碾压和静压结合的方法。 1 9 9 9 年宁宿徐高速公路施工中研究了山渣料填筑路基的施工工艺及其质量控制检 测。提出每层松铺厚度不宜超过3 0 c m ，最大粒径不宜超过压实厚度的2 3 ，全幅填筑， 在最佳含水量下采用静压、弱振、强振结合的方法碾压，压实度检测主要采用轮迹法、 灌砂法，并以弯沉法辅助配合作为混合料填筑路基与土质路基进行对比。 国道3 1 2 线蓝田至小商源段填石路基研究，提出对石料强度不能小于1 5 m p a ，对强 度质量较差的填石料，则要求做c b r 试验。质量评定中采用控制沉降量极限值的方法。 陕西勉宁线采用粉砂岩和页岩填料进行路基填筑，层厚控制在4 0 c m ，最大粒径控 制在1 5 c m ，用1 6 t 拖式凸块振动压路机碾压4 遍，再用1 6 t 光轮压路机碾压4 遍，在碾 压过程中不需进行洒水工作。施工质量检测采用沉降差方法，沉降差值控制在2 m m 以内。 湖南( 湘) 一邵阳高速公路k 5 6 + 3 0 0 - - k 6 4 + 3 0 0 段采用类似风化岩填筑路基，经过 合理的压实工艺，路基压实效果很好。 广西壮族自治区至水任二级公路，采用强风化岩和石灰岩填筑路基，路基压实后承 载力稳定性良好。 金水公路通过加强对山渣料路堤基底的处理，控制填料的最大粒径及虚铺厚度以及 对压实质量的严格控制，路基质量稳定，取得了很好的效果。 京沪高速公路化临段，横穿山区，采用大量山渣料填筑路基，即比较方便又节省成 本。施工中通过严格控制施工过程和检测手段“双控系统”，有效地保证了山渣料填筑路 基的质量。 晋焦高速公路全长4 8 k m ，路线所经地区为太行山西南地区，工程中大量采用山渣 料填筑路基，通过控制填料尺寸，合理的组合机械，严格质量管理，路基的强度和整体 性良好。 2 长安大学硕士学位论文 也有一些工程由于没有对填料路用性能很好掌握，造成岩块吸水风化而破碎，路基 遭破坏的情况。例如长潭高速公路k 1 8 一- - k 1 9 段中，由于春季雨水渗水过路面路基基层， 致使路基顶面两侧出现了长6 0 - - 7 0 m ，宽2 m 得裂缝，且伴有明显沉降。 关于压实特性研究方面，主要是配制不同粗颗粒含量的土石混合料进行大、中型击 实试验，建立土石混合料最大干密度和最佳含水量与粗颗粒含量之间的关系。 1 9 9 6 年武明6 1 参照水电部的标准，对山渣料进行大型击实试验，得出了得出了山渣 料最大干密度及最佳含水量与粗颗粒含量之间的关系曲线，以及粗颗粒含量对击实后粗 粒料破碎率的影响规律。同时，为了探索中型击实试验代替大型击实试验的可能性，武 明等人分别采用大、中型击实仪对山渣料进行击实试验，得出两者之间的统计关系： 屹埘。大= 1 2 3 5 屹一中一0 4 1 4 k 瞅= 1 0 4 4 w 撕+ 0 6 1 0 式中，屹一大、屹一中分别为大、中型击实试验时最大干容重；瞅、中分别 为大、中型击实试验时最佳含水量。 2 0 0 2 年刘宏等人根据大量的击实试验结果，求出了最大干密度和最佳含水量与粗 颗粒含量之间的统计关系式： 岛一= - 0 0 0 0 1 p 5 2 + 0 0 1 4 3 p 5 + 1 9 0 6 3 w o p z = 0 0 0 2 1 p 5 2 0 2 4 0 5 p 5 + 1 2 8 1 4 式中，肪一为最大干密度；为最佳含水量；只为粒径大于5 m m 的粗颗粒含 量。对上式进行求导，粗颗粒为7 0 左右时，土石混合料的最大干密度最大， 与武明等人的研究结果基本一致。 此外，2 0 0 0 年华北大学孙耀东i s 等人对山渣料采用中型击实筒进行了上置式表面振 动压实研究，得出了山渣料的最佳振动时间、频率及振幅等压实参数。2 0 0 1 年马松林等 人也采用上置式振动装置对山渣料进行了压实研究，总结出山渣料最佳室内成型工艺， 并得到了最大干密度和最佳含水量与粗颗粒含量之间的线性统计关系： 岛一= 0 5 0 0 6 p s + 1 9 5 8 8 0 只7 0 r 2 = 0 9 7 w o = 一7 1 5 4 p 5 + 1 1 5 60 只7 0 r 2 = o 8 7 。 第一章绪论 黑龙江工程学院的武鹤3 8 等人依托鹤大公路鸡西至七台河段施工中遇到风化岩作 路基情况，对风化岩路基填料的击实试验与检测方法进行了相关研究。 长沙理工大学张军、王静梅等人对风化花岗岩路基进行了动力力学性能、长期荷载 作用下路基累积残余变形、进行了较系统的研究。 1 2 2山渣料路堤边坡稳定性 华中科技大学的曾革、郑俊杰等对填石路基稳定性设计方法进行了研究。 四川大学的屈智炯、何昌荣0 7 等人对粗粒土筑坝方面进行了理论与实践的探讨， 并对石渣坝稳定性分析方面做了比较系统的研究。 郭庆国4 1 对粗粒土的工程特性及其应用展开了比较系统的研究，并取得了一定的成 果；并针对粗粒土的试验工作易受仪器尺寸的限制，试料并不完全反映实际用料，提出 了“推滑平衡分析法确定粗粒土抗剪强度指标。 早在1 9 7 7 年，潘家铮1 8 3 就提出了滑坡极限分析的两条基本原理，即极小值原理 与极大值原理： ( 1 ) 滑坡体如能沿许多个滑面滑动，则失稳时它将沿抵抗力最小的一个滑面破坏 ( 极小值定理) 。 ( 2 ) 滑坡体的滑面肯定时，则滑面上的反力( 以及滑坡体内的内力) 能自行调整， 以发挥最大的抗滑能力( 极大值原理) 。 孙君实0 0 根据潘家铮提出的两条基本原理，建立和发展了一种新型的稳定分析理 论模糊极值理论。 王复来1 4 1 对简布普遍条分法进行了改进，对土石坝边坡进行了滑动稳定计算。 澳大利亚学者斯劳恩( s l o a n ，1 9 8 8 ，1 9 8 9 ) 的研究，他提出了将土体划分为三 角形单元，并对各几何量和物理量进行线形离散化，分别从上限和下限寻找土体失稳的 临界模式。 综上所述，国内外关于山渣料填筑路基的系统研究资料并不多。以上对山渣料或者 类似山渣料的研究有其本身的局限性，又由于各个地区地质水文等客观因素不同、风化 岩种类不同，其岩石的矿物成分不同，因此，山渣料路用性能有着明显差异，若照搬以 4 长安大学硕士学位论文 上研究成果，显然是不可取。本课题组在前人研究的基础上，依托西汉高速公路工程建 设，展开了山渣料路用性能的试验研究及山渣料路基稳定性分析。 1 3 主要研究内容与技术路线 本文在对国内外有关山渣料或山体风化岩作路基研究的基础上，针对西汉高速公路 沿线情况，选取6 个典型山渣料路段，开展有关试验工作；根据国内外研究现状并结合 试验进行了路基稳定性分析，并对山渣料路基进行了工后观测。 主要研究内容为： ( 1 ) 山渣料的物理性质试验，包括颗粒级配、密度、液塑限： ( 2 ) 山渣料的强度试验，包括c b r 试验、击实试验、无侧限抗压强度试验及回弹 摸量试验； ( 3 ) 山渣料的水稳性试验，包括膨胀量试验、吸水破碎率试验； ( 4 ) 从山渣料路基工后沉降变形与路基边坡稳定性两方面进行了稳定性分析。 研究工作的技术路线为： ( 1 ) 对国内外相关资料进行调研分析，熟悉国内外研究动态。 ( 2 ) 对西汉公路沿线山渣料进行现场调研，了解山渣料水文地质条件与环境，掌 握其特点及有关性状。 ( 3 ) 对不同地段、不同类型山渣料进行室内试验，确定其路用性能。 ( 4 ) 对西汉公路山渣料典型路段进行回弹模量试验。 ( 5 ) 根据资料调研、现场调查及室内外试验，对西汉公路沿线山渣料路基稳定性 进行分析。 ( 6 ) 对山渣料路基进行长时间的工后观测，确定路基是否稳定。 第二章西汉高速公路沿线山渣料水文地质条件及基本性质 第二章西汉高速公路沿线山渣料水文地质条件及基本性质 2 1 山渣料水文地质条件 西汉高速公路主要路段地处秦岭腹地。沿线地貌变化明显。针对全线主要的山渣料 工程问题，可将山体按照成因细分为：构造剥蚀的地貌、河流侵蚀堆积地貌、山麓斜坡 堆积地貌以及风成地貌。其中构造剥蚀地貌构成沿线地貌主骨架，由不同时期沉积和浸 入的基岩组成。秦岭北坡的黄河三级支流涝峪河、岭南的长江四、五级支流正河、东峪 河、汉水河河道及其沟谷两侧为河流侵蚀堆积地貌，占全线范围7 0 以上。由于构造活 动使秦岭山地的相对上升，使河道间断性的侵蚀高度超过了原有堆积物的厚度并向下继 续切割，形成内叠阶地。一些更小的支流按照同样的模式进行侵蚀切割，带动切割物质 汇入主河道，在其沟口形成洪积扇。另外在靠近坡脚地带，由于河流冲刷坡脚，时有范 围不等的堆积物、崩滑积物的出现。所以，河流侵蚀堆积地貌与两侧基岩山地一起，控 制者山麓斜坡堆积地貌的分布。这些地区地形较平整，沟谷宽度变化较大。受秦岭地势 的影响，大体以秦岭为界分为暖温带半干旱一半湿润季风气候和暖温带半湿润湿润季 风气候。由于受山地垂向变化的影响，整个秦岭南北坡山区可视为同一温暖带半湿润季 气候带。极端最低气候- 1 2 9 ，极端最高气温3 6 4 。霜期始于十月上旬，晚霜止于 三月下旬，无霜期2 2 5 天，具有明显的冷湿特点。据统计，多年平均降水量为8 2 6 8 4 r a m 最高达1 0 6 3 1 m m ，秦岭山区平均可达9 0 0 1 0 0 0 m m ，雨季多始于六月下旬，止于九月， 其降水量占全年的5 0 以上。多春寒、伏旱、夏洪、秋涝。降雪期一般为十一月至来年 一月。 在近亿年地质历史中，陕南大量地段山地由于抬升的不均匀性和地质差异的影响， 以及气候变化，造成了地层岩性的差异，从而经过爆破或开挖形成的山渣料性质差异大。 由于沉积、地貌、气候以及固结历史的特殊性，形成了种类不同的山渣料。 6 长安大学硕士学位论文 2 2 山渣料基本性质 2 2 1 山渣料的定义 西汉高速公路沿线很多路段大量采用山体岩渣、隧道弃渣填筑路基，这样的路基不 同于一般的填石路基，也区别于一般的土石混填路基。这种路基填料具有似岩非岩、似 土非土的工程特性。本报告将这种填料定义为山渣料，特指西汉公路沿线隧道、边坡爆 破或开挖而形成的岩体弃渣。这种填料以粗粒为主，无粘聚性或低粘聚性，棱角状，颗 粒级配较差，多数粒径大于1 5 m m ，小于2 m m 的含量不超过1 0 。根据公路工程试验规 程( j t j0 5 1 - - 9 3 ) 可将山渣料划归为粗粒组。 2 2 2 山渣料的分类 1 ) 按成因类型分类 从形成山渣料的岩石成因方面考虑可分为原生类型和次生类型，后者还可划分为风 化岩与断裂破碎岩。 ( 1 ) 原生岩山渣料 西汉公路原生岩山渣料主要指沉积岩。它是由松散堆积物在温度不高和压力不大的 条件下形成的，其粘土基质含量高，胶结程度差，吸水时往往具有膨胀性与易溶性，其 工程性质与胶结物成分及含量密切相关，如西汉公路x h 一2 6 标的泥岩山渣料( 照片2 1 ) 、 泥质片岩山渣料，x h 5 7 标的泥质砂岩( 照片2 2 ) 、粉砂岩山渣料、泥岩山渣料等。局 部地段也出现岩浆岩山渣料，如西汉公路x h 6 0 标的花岗岩山渣料、x h 5 8 标的辉长 岩山渣料等。 ( 2 ) 风化岩山渣料 风化岩山渣料的母岩为原生岩风化而成。岩体的风化程度随深度增加而减弱，完整 的风化剖面其风化程度可划分为五带：未风化带、微风化带、中等风化带、强风化带及 全风化带。西汉路风化岩山渣料主要为全风化带与强风化带及部分中等风化( 照片2 3 、 2 4 ) 。 7 第= 章西汉高速公路沿线m 渣料水立地质条件厦基本性质 照片2照片22 照片23照片24 ( 3 ) 断裂破碎岩山渣料 西汉公路穿越的大断裂有秦岭山前太断裂、略阳一洋县宁陕活动断裂带、龙头山一 洋县活动断裂带，在这些断裂带附近，常常会出现断裂破碎岩。断裂破碎岩山渣料是由 构造应力作用形成的山渣料，主要包括断裂带中的软弱糜棱、火成岩侵入过程中的接触 变质破碎岩、层间错动的软弱层等。 2 ) 按风化程度分类 ( 1 ) 强风化岩山渣料 强风化岩山渣料一般位于边坡浅层风化严重，级配良好，岩体结构已大部分破坏， 矿物成分已显著变化。长石、云母已风化成次生矿物。岩块可用手捏碎。强风化岩山渣 料中细骨料主要为粉质粘土夹杂少量砂砾。粉质粘土厚度变化很大，粉粒含量相对较高， 粉质粘土的含量占到总厚度的2 35 4 2 左右，平均值3 12 。透水性小，表面湿时 稍带粘性，饱和度高，可压缩性小( 表21 、2 2 ) 长安大学硕士学位论文 表2 1西汉公路x h - 6 0 强风化类山渣料样品级配系数表 样品 不均匀系数c 。曲率系数c 。 级配情况 13 7 21 2 级配良好 2 3 2 5 1 7 级配良好 32 2 51 6 级配良好 表2 2 西汉公路x h - 6 0 强风化类山渣料样品中细料基本物理性质指标 样品比重液限( )塑限( )塑性指数( ) 12 4 2 2 3 0 1 2 0 3 9 8 22 3 9 23 2 52 4 28 3 32 4 3 23 4 52 5 09 5 ( 2 ) 中等风化岩山渣料 中等风化岩山渣料母岩位于强风化山渣料母岩下部，开挖或爆破形成的山渣料级配 良好，有一定的透水性，孔隙比中等，饱和度较小，遇水不膨胀，干燥时集合体具有一 定强度，但是遇水可能会崩解。代表性路段为西汉高速公路x h 5 7 、x h 5 8 以及x h 6 0 标沿线的山渣料路基段。 中等风化山渣料是带有一定程度风化，大颗粒受压容易破碎为小颗粒的山砂砾。山 渣料以辉长岩和花岗岩为主。材料具有遇水软化和崩解的特性，在空气中具有风干快、 干湿循环下强度变化显著等特点( 表2 3 、2 4 ) 表2 3x h - 5 7 中等风化山渣料样品级配系数表 样品不均匀系数c 。曲率系数c 。级配情况 14 6 21 0 级配良好 24 5 71 5 5 级配良好 34 2 71 7 8 级配良好 表2 4x h - 5 7 中等风化山渣料样品中细料基本物理性质指标 样品 比重 液限( )塑限( )塑性指数( ) 12 4 1 54 2 83 5 27 6 22 5 4 74 0 33 1 58 8 3 2 6 1 23 8 9 3 0 2 8 7 ( 3 ) 微风化山渣料 微风化山渣料取自隧道内部或边坡内部，岩块新鲜，强度较好，级配良好，不易击 碎( 表2 5 、2 6 、2 7 ) 。代表性路段为西汉高速x h 6 2 沿线的山渣料路基段。 9 第二章西汉高速公路沿线山渣料水文地质条件及基本性质 表2 5x h - 6 2 微风化山渣料样品级配系数表 样品 不均匀系数c 。曲率系数c 。 级配情况 = 合晕斗场 1 8 31 4 2 级配良好 四合村料场1 7 9 1 0 级配良好 王营村料场 1 7 71 1级配良好 表2 6x h - 6 2 微风化山渣料细料的基本物理特性 天然含水量( ) 比重塑性指数 i 1 4 22 6 51 8 6 表2 7x h - 6 2 山渣料样品中细料基本物理性质指标 样品比重液限( )塑限( )塑性指数( ) = 合料场2 6 1 33 8 22 5 51 1 3 四合村料场 2 6 3 53 7 42 6 21 0 2 王营村料场 2 6 7 14 0 62 4 81 2 8 3 ) 按粗颗粒含量分类 ( 1 ) 悬浮一密实结构 当粗颗粒含量较低时，一般小于3 0 时，粗颗粒在混合料中形不成骨架，而是悬浮 在细粒料中，其压实特性和强度受含水量和细料的土性影响较大。当含水量较大，土为 粉性土时强度最差，而砂性土和含有少部分小砾石土较好。其强度主要以细料与粗料之 间的粘结力和填充力为主，如图2 1 ( a ) 所示。 ( 2 ) 骨架一密实结构 当粗颗粒含量在3 0 - - 7 0 之间时，在混合料中粗颗粒逐渐形成骨架，细料起填充 孔隙和胶结作用。其强度由粗粒料骨架形成嵌挤力和细粒料的胶结作用共同形成，该类 结构强度较高，水稳性也较好，但受粗颗粒含量的影响较大，粗颗粒是提高强度的主要 因素，如图2 1 ( b ) 所示。 ( 3 ) 骨架一空隙结构 当山渣料中粗颗粒含量超过7 0 以上时，由于细颗粒不足，往往容易产生架空和粗 颗粒集中的现象。这类结构强度主要由粗颗粒的嵌挤作用形成。大多数填石工程属于该 种结构，如图2 1 ( c ) 所示。 1 0 长安大学硕士学位论文 c a ) 悬浮一密实结构 2 2 3 山渣料的颗粒级配 ( b ) 骨架一密实结构( c ) 骨架一空隙结构 图2 1山渣料的结构 对西汉公路山渣料不同标段取样，采用筛分法进行颗粒分析，筛分结果如表2 9 和 图2 2 所示。由表2 9 计算出不同土石混合料的不均匀系数c l i 和曲率系数c 。，如表2 1 0 所示。由表2 1 0 可见，四种山渣料均属于级配良好的土，其中a 级配较其它混合料差。 表2 8试验用山渣料基本物理性质指标 细粒土特性 样品干比重 液限( )塑限( )塑性指数 a2 6 6 6 33 8 22 6 81 1 4 b 2 6 9 6 14 0 52 7 31 3 2 c2 7 0 1 53 9 52 5 61 3 9 d2 7 2 9 63 9 62 9 51 0 1 表2 9 山渣料的级配范围 筛孔尺寸( 衄) 土样 8 06 04 03 02 0l o52 5 1 2 o 60 30 1 50 0 7 5 分计筛余( )7 5 1 2 1 1 1 31 1 68 32 5 7 1 3 44 32 71 10 7o 5o 4 累计筛余( )7 51 9 6 3 0 94 2 55 0 87 6 5 8 9 9 9 4 29 6 99 8 0 9 8 79 9 2 9 9 6 a 通过率( ，6 ) 9 2 58 0 46 9 15 7 54 9 22 3 5l o 15 83 12 o1 30 8o 4 分计筛余( )1 5 83 25 66 94 51 4 91 5 89 21 0 32 17 82 21 1 累计筛余( )1 5 81 9 o 2 4 63 1 53 65 0 96 6 77 5 9 8 6 2 8 8 3 9 6 19 8 3 9 9 4 b 通过率( )8 4 28 1 o7 5 4 6 8 56 44 9 13 3 3 2 4 11 3 81 1 73 91 7o 6 分计筛余( )1 3 6 4 56 88 6 5 9 1 5 61 6 18 4 1 2 33 1 1 31 91 2 c累计筛余( )1 3 6 1 8 12 4 93 3 53 9 4 5 5 o7 1 17 9 5 9 1 8 9 4 9 9 6 29 8 1 9 9 3 第二章西汉高速公路沿线山渣料水文地质条件及基本性质 通过率( )8 6 48 1 9 7 5 1 6 6 56 0 6 4 5 o2 8 9 2 0 5 8 25 1 3 8 1 90 7 分计筛余( ) o5 75 78 51 3 52 4 81 4 99 74 62 34 71 51 1 累计筛余( ) o5 71 1 4 2 1 9 3 5 46 0 27 5 1 8 4 88 9 4 9 1 7 9 6 49 7 9 9 9 0 d 通过率( )1 0 09 4 3 8 6 6 7 8 16 4 6 4 9 82 4 91 5 2l o 68 33 62 11 - o 表2 1 0 山渣料级配系数表 土样不均匀系数c l l曲率系数c 。级配良好要求级配情况 a6 61 0级配良好 b3 5 0 1 7 c 1 2 5级配良好 c1 4 21 0c c _ l , - - 3级配良好 d1 9 42 1级配良好 图2 2 不同山渣料的级配曲线图 长安大学硕士学位论文 3 1 室内试验 3 1 1 标准击实试验 第三章山渣料路用性能试验 根据公路土工试验规程( n j 0 5 1 - 9 3 ) 的要求，对) 【 i 一6 2 标山渣料试样进行标 准击实试验。 1 ) 击实仪器 击实试验采用重型击实仪( 照片31 ) ，试筒尺寸内径1 5 2 c m ，高1 2 c m ，容积2 1 7 7 c m 。， 击实锤质量4 5 k g ，落高4 5 c m 锤径5 c m ，击实功2 6 7 7 2 k j m 3 。其它的仪器设备有天平、 台秤、圆孔筛、拌和工具、烘箱及干燥器等。 照片31 重型标准击实试验照片 2 ) 试验方案及试样制各 按照粗粒含量0 、l o ，2 0 、3 0 ，4 0 ，5 0 、6 0 、7 0 进行配料，通过试 验，得出最大干密度和最佳含水量的变化规律，以及不同粗粒料含量的击实二次回归曲 线，并根据图形或者所得到二次曲线算得山渣料最大干密度与最佳含水量。 在击实前后，用干筛及水冲过筛法测租粒料含量，每组制各6 个试样。粗粒料含量 不同则需要加水量不同，具体见表3 1 。照片3 2 、3 3 为配料的部分照片。 照片32 标准击实配料照片图照片33 超粒径颗粒照片 趸 第三章山渣料路用性能试验 表3 1 不同粗粒料含量对应加水量表 粗粒料含量o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 6 5 6 5 4 4 4 7 7 7 7 5 5 5 9 8 9 8 6 6 6 加水量 1 0 9 1 0 9 8 7 7 1 1 1 0 l l 1 0 1 0 8 8 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 0 1 0 3 ) 试验操作 将试样分三层，每层击实9 8 次；击实后从试样内部取代表性样品测其含水量，并 计算每次击实后的干密度，绘制干密度与含水量关系曲线，粗颗粒含量与最大干密度、 粗颗粒含量与最佳含水量的关系。 4 ) 试验结果与分析 ) 【h 一6 2 标试验结果见表3 2 及图3 1 图3 3 。 表3 2x h - 6 2 标击实试验结果 含水量( ) 1 1 79 286 55 2 w 叩t 2 9 4 粗颗粒含量为0 干容重( g c m 3 ) 1 9 6 32 0 0 82 0 0 51 9 8 41 9 6 p d m x = 2 0 1g c i n 3 含水量( ) 6 17 59 51 1 41 2 4 w o p t = 9 5 粗颗粒含量为1 0 干容重( g c m 3 ) 2 0 2 l2 0 32 0 42 0 1 62 0 l p d 嘲x = 2 0 4 9 e m 3 含水量( ) 5 378 11 01 2 w o p t = 9 4 粗颗粒含量为2 0 干容重( g c m 3 ) 2 0 3 42 0 4 22 0 4 62 0 3 82 0 0 9 p 击r n x = 2 0 4 6 9 c m 3 含水量( ) 6 27 291 0 2 1 1 3 w o p t = 9 1 粗颗粒含量为3 0 干容重( g c m 3 ) 2 0 5 2 2 0 6 62 0 8 92 0 6 82 0 3 p d m x = 2 0 9g c m 3 含水量( ) 4 96 38 61 0 - 31 1 3 w o p t = 6 8 粗颗粒含量为4 0 干容重( g e r a 3 ) 2 1 1 32 1 3 52 1 1 42 0 9 22 0 2 8 p 岫x = 2 1 3 8g e m 3 含水量( ) 4 25 36 2 1 0 27 6 w o p t = 6 1 粗颗粒含量为5 0 干容重( g e r a 3 ) 2 1 5 82 1 6 62 1 7 12 1 3 32 1 5 3 p 妇x = 2 1 7 2g ，c n l 3 粗颗粒含量为6 0 含水量( ) 4 356 9 48 9 、印t = 6 0 1 4 长安大学硕士学位论文 容重( g c m 3 ) i 2 1 5 9 l 2 1 5 8 l 2 1 6 1 l 2 1 1 3 i 2 1 2 3 ip 蛔。= 2 1 6 5 咖m 3 图3 1x e ! 一6 2 标山渣料击实试验曲线 图3 2 粗粒含量与最大干密度的关系图3 3 粗粒含量与最佳含水量的关系 ) ( h 一6 0 标试验结果见表3 3 及图3 4 图3 6 。 表3 3x h _ 6 0 标击实试验结果 含水量( ) 6 281 1 11 2 51 3 2 w o p t = 1 1 1 粗颗粒含量为o 干容重( p j c m 3 ) 1 9 0 61 9 5 61 9 8 81 9 4 51 8 9 9 p d 腿x = 1 9 9 3g c m 3 含水量( )4 35 57 81 0 41 2 5 w o p t = l o 8 粗颗粒含量为1 0 干容重( p j c m 3 ) 1 9 11 9 7 2 1 9 51 9 2 p d m a x = 2 0 0 1g c m 3 含水量( ) 5 46 79 41 1 4 1 3 w 叩t = l o 5 粗颗粒含量为2 0 干容重( g c m 3 ) 1 9 61 9 92 0 31 9 81 9 4 p 血h = 2 0 3g c m 3 含水量( )5 37 18 51 0 51 2 2 w o p t = 9 1 粗颗粒含量为3 0 干容重( g c m 3 ) 22 0 42 0 6 2 0 31 9 9 p d 嘲x = 2 0 6g c m 3 1 5 第三章山渣料路用性能试验 含水量( )3 75 27 49 31 0 7 w o p t = 8 3 粗颗粒含量为4 0 干容重( g c m 3 ) 2 0 22 0 5 2 0 92 0 42 0 l p d r n = 2 0 9g c , 3 含水量( )4 76 1 8 51 0 31 1 9 w o p t 2 - 8 2 粗颗粒含量为6 0 干容重( g c m 3 ) 2 0 5 2 0 82 1 22 0 92 0 4 p d 瓶x = 2 1 2g c m a 图3 4x h - 6 0 标山渣料击实试验曲线 图3 5 粗粒含量与最大干密度的关系图3 6 粗粒含量与最佳含水量的关系 x h - 5 8 标试验结果见表3 4 及图3 7 图3 9 。 表3 4x h 一5 8 标击实试验结果 含水量( ) 7 18 51 1 21 1 91 2 8 w o v t = 1 1 4 粗颗粒含量为o ：f 容重( g c m 3 ) 1 9 0 61 9 2 11 - 9 51 9 2 51 8 6 p d m x = 1 9 7g c m 3 含水量( ) 4 86 37 28 91 0 2 w o p t = 1 1 8 0 粗颗粒含量为3 0 干容重( g c m 3 ) 1 9 7 6 1 9 9 82 0 0 8 1 9 9 2 1 9 6 p d m x = 2 0 0 9g c a 3 粗颗粒含量为4 0 含水量( ) 4 76 26 88 7l o 1 w 叩t 2 7 2 0 1 6 长安大学硕士学位论文 干容重( g c m 3 ) 2 0 4 42 0 6 62 0 7 22 0 5 72 0 3 3 p 血h = 2 0 7 3 9 c a 3 含水量( ) 4 25 77 28 39 6 w o p t 2 6 9 0 粗颗粒含量为5 0 干容重( g c m 3 ) 2 1 1 72 1 3 92 1 4 42 1 3 52 “l p 出阻x = 2 1 4 5 9 c a 3 含水量( )4 1 5 66 98 19 6 w o p t 2 6 6 粗颗粒含量为6 0 干容重( g c m 3 ) 2 1 9 82 2 2 32 2 2 92 2 1 5 2 1 9 1 p d 腑x = 2 2 3 0 9 c m 3 含水量( ) 2 54 35 96 98 9 w o p t 2 5 5 0 粗颗粒含量为7 0 ：隧( g c m 3 ) 2 2 22 2 4 92 2 5 52 2 4 72 2 2 p 击m x = 2 2 5 5 9 c m 3 图3 7x h - 6 2 标山渣料击实试验曲线 图3 8 粗粒含量与最大千密度的关图3 9 粗粒含量与最佳含水量的关系 综上所述，可以看出：( p 5 表示粗颗粒含量) ( 1 ) 当p 5 = 0 - - 一3 0 时，得一组击实曲线族，不同含水量的试样经过击实后其空 气体积率( 饱和率) 相差不大；当p 5 = 4 0 6 0 时，得另一组击实曲线族，不同含水 量的试样经过击实后其空气体积率( 饱和率) 相差不大。 1 7 第三章山渣料路用性能试验 ( 2 ) 当p 5 = o 6 0 时，最大干密度随粗粒料含量增加而增加，且当p 5 - - 3 0 - - 4 0 增长较快；当p 5 = o 6 0 时，最佳含水量随粗粒料含量增加而减小，且当p 5 = 3 0 - 4 0 减小较快。 ( 3 ) p 5 = 3 0 4 0 是山渣料工程性质过渡区间，本文规定p 5 = 3 0 为山渣料工 程性质的分界点，当p 5 3 0 时，