黄土填料CBR值影响因素.doc

黄土填料CBR值影响因素分析第一节 土颗粒的结构特征和物理化学性质对CBR值的影响一、理论分析根据黄土分布地区土样CBR试验结果可以看出，其CBR值往往集中在5%7%左右甚至更低，基本无法达到规范的要求，因此，需要对黄土的结构特征和物理化学性质进行分析以揭示CBR试验的影响因素。1、结构特征对CBR值的影响土的结构特征是指土的颗粒组成、土粒形状及其相互排列、土粒表面特性、土粒间胶结情况和空隙特征等，土的结构特征与其CBR值密切相关。对于黄土来说，其结构特征主要与骨架颗粒形态、骨架颗粒的连接形式、骨架颗粒排列方式和孔隙以及胶结物的种类、聚集形式和胶结类型有关。根据黄土的微结构特征，可将其分为粒状结构、集合体结构(凝块结构)和粒状集合体结构三种结构体系。粒状结构的黄土主要形成于气候干旱地区，由于降雨量较小，土体中的碳酸钙保存较好，颗粒刚性较大。而对于气候湿润地区，由于降雨量较大，随着土颗粒中的碳酸钙被淋失，黄土的不断淋溶和粘土化，土体软化合并而形成了集合体。对于粒状结构的黄土，其抗水性和内聚力均比集合体结构的黄土低，透水性却较高，因此，CBR试验中的水浸泡过程粒状结构黄土的影响更为明显。由此可见，黄土的微结构特征对黄土填料的CBR值具有一定的影响。2、易溶盐对CBR值的影响黄土中所含有的可溶性盐类等成分的多少对其CBR值也有显著影响。在水浸泡试验以前，易溶盐处于微晶体状态，附着在颗粒表面，起着一定的胶结作用，这种交接作用是黄土内聚力的一部分。水浸泡试验以后，由于易溶盐的溶解，这部分强度也随之消失了，因此，这也是造成黄土填料的CBR值较低的因素之一。3、石膏和碳酸钙对CBR值的影响石膏属中溶盐，呈次生结晶分布于黄土颗粒孔隙中，受水浸泡时易被溶解，使土体强度降低。而碳酸钙在黄土颗粒中既起骨架作用，又起胶结作用，随着其含量的增大，这种胶结作用也随之增强，从而提高了土体的内聚力。因此，石膏和碳酸钙对黄土颗粒的CBR值也存在着不同程度的影响。二、试验研究 通过对陕西禹阎高速公路、陕西延塞高速公路和宁夏什泾高速公路三处采集的黄土土样（编号分别为A、B、C，下同）进行的室内化学成分试验分析，对微结构特征、易溶盐和石膏以及碳酸钙含量等黄土填料CBR值的影响因素进行进一步的分析研究。三种土样的化学分析结果如表3-1、3-2所示： 土样化学成分分析表 表3-1 编 号项 目ABCSiO2（%）61.4859.6456.20Te2O35.104.585.46CaO5.167.297.67MgO2.011.832.54Al2O311.6510.5412.07K2O2.312.192.31Na2O1.651.221.61R2O317.5215.7718.28 土样离子含量分析表 表3-2 项目编号易溶盐中溶盐（%）A0.00000.00140.00760.00560.00160.00040.00230.0540.025B0.00180.00140.00580.01630.00170.00050.00190.0620.076C0.00310.00500.00740.00980.00770.00090.00210.0920.076 取A、B、C三种土样，分别在最佳含水量下按标准CBR试验方法进行试验，其结果如表3-3所示。 三种土样的CBR值 表3-3项 目土 样土样 CBR值(%)浸水不浸水每层30击每层50击每层98击每层30击每层50击每层98击A2.73.96.312.720.730.5B1.73.76.113.221.531.2C1.63.26.113.622.531.9由以上试验结果不难看出，在不浸水之前，土样A、B、C的CBR值表现为CBA，这主要是因为由西北向东南，由于气候和降雨等条件的影响，黄土颗粒中的CaCO3逐渐被淋失，土颗粒刚性逐渐减小，由粒状结构过度到集合体状结构，因此，其浸水前的CBR值逐渐减小。然而，由于粒状结构黄土存在着孔隙率大，抗水性和内聚力均比集合体状黄土差，因此，受水浸泡试验的影响更为明显，在浸水后，其CBR值总体上呈现为ABC的变化趋势。从A、B、C三种土体的化学成分分析结果来看，由于B、C的易溶盐和中溶盐含量明显大于A，因此，在水浸泡试验后，由于易溶盐和中溶盐的溶解，结晶强度也随之消失，使得CBR值迅速下降。第二节 压实度对CBR值的影响在现行路基设计和施工规范以及沥青路面设计规范中，对路基填料压实度和CBR值均作出了明确规定。然而，在黄土地区的公路设计和施工过程中，我们发现如果使用黄土作为路基填料尤其是用于上路床时，其CBR值往往无法达到现行规范的要求。因此，有必要对黄土填料的CBR值和压实度的关系进行深入分析,对通过压实度标准来提高填料CBR值的可能性进行探讨。与此同时，对压实度标准和CBR值标准的匹配性进行分析。试验过程中，在第一节试验中采用的A、B、C三种土样的基础上，增加了甘肃兰海高速公路兰州段和陕西黄延高速公路黄陵段两处采集的土样，分别编号为D、E（下同），五种土样的物理指标如表3-4所示。 土样的物理性质 表3-4项 目单 位测 试 值土样A土样B土样C土样D土样E土粒比重 Gs2.702.722.732.752.71液限 WL%32.028.929.628.331.0塑限 WP%18.616.816.016.116.9塑性指数 IP13.412.113.612.2 14.1颗粒组成砂粒0.05mm%4.610.25.220.312.2粉粒0.050.005mm%70.664.569.568.862.0粘粒0.005mm%24.825.325.310.925.8胶粒0.002mm%16.914.610.88.610.6限制粒径 d60mm0.0230.028 0.0210.0250.023有效粒径 d10mm0.001070.001150.001080.001080.00105不均匀参数21.524.319.423.119.0一、击实试验进行标准重型击实试验，确定土样的最佳含水量和最大干密度,得出五种土样的击实曲线以及最佳含水量和最大干密度如图3-1图3-5和表3-5所示。图3-1 土样A击实曲线 图3-2 土样B击实曲线图3-3 土样C击实曲线 图3-4 土样D击实曲线图3-5 土样E击实曲线 五种土样的击实试验结果 表3-5土 样项 目ABCDE最佳含水量( % )13.914.114.014.315最大干密度（g/cm3）1.891.931.901.851.92二、不同压实度下的CBR试验在击实试验的基础上,对每种土样在最佳含水量的条件下进行浸水4d的CBR试验，试验过程中，将每层土样的击实次数分别控制在30、50、70、98次，从而使土样达到不同的压实度，试验结果如表3-6、图3-6所示。 由表3-6和图3-6可以看出，五种黄土土样CBR值随着土样压实度的增加而增加，当压实度为90%91%左右时，土样的CBR值集中在1.5%左右，当压实度上升到95%时，CBR值上升至3.5%4.5%左右，当压实度增大到99%时，CBR值增至最大值约6%7%左右。 五种土样在不同压实度下的CBR值 表3-6土样A土样B土样C土样D土样E压实度K (%)CBR(%)压实度K (%)CBR(%)压实度K (%)CBR(%)压实度K (%)CBR(%)压实度K (%)CBR(%)901.71911.55922.70911.58901.66953.56943.51953.24953.24943.79974.32964.21974.13974.28974.32996.28986.04996.21996.25996.58图3-6 土样CBR值和压实度关系曲线对照表3-7可以看出，对一般公路而言，按重型击实标准，若将其压实度标准由93%提高到98%，则黄土填料基本上能满足上路床CBR值6%的要求，而下路床在96%的常规压实度标准下，其CBR 值也能满足4%的要求。然而，对于高速、一级公路而言，即使压实度达到98%，黄土填料的CBR值仍无法达到上路床CBR值8%的要求，若将下路床的压实度标准提高至96%或97%，则基本能满足CBR值5的要求。由此可见，黄土填料用于一般公路的路基填料基本能满足现行设计规范中对CBR值的要求。然而若用于高速、一级公路尤其是用于上路床时，无论压实度如何提