大氣影響下物理處治膨脹土路堤的臨界填芯高度研究

《大氣影響下物理處治膨脹土路堤的臨界填芯高度研究》是依託長沙理工大學，由張銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大氣影響下物理處治膨脹土路堤的臨界填芯高度研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張銳
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

採用封閉包蓋措施直接用膨脹土填築路堤的物理處治技術相對傳統的棄土換填或化學改良技術而言是一重大革新，能帶來顯著的工程、經濟、環保效益。但物理處治技術中對膨脹土填芯高度的限定是憑工程經驗確定的。該指標的合理確定不僅關係到物理處治路堤的長期穩定性，而且對當前山區公路設計仍多採用深挖高填有重要意義。考慮到大氣乾濕循環作用下包蓋路堤為多相、多場耦合體，通過系列淨應力和吸力控制試驗，研究不同濕度和應力狀態下的非飽和膨脹土水力耦合特性，建立非飽和膨脹土二維簡化固結模型；採用土工離心模擬試驗，模擬大氣長期乾濕循環效應，研究物理處治膨脹土路堤水分遷移和變形規律；基於二維固結模型，建立考慮降雨和蒸發效應的非飽和膨脹土滲流-變形耦合數值模擬方法，並用土工離心模擬試驗結果加以驗證；數值模擬大氣影響下不同填芯高度路堤變形性狀，提出以路基不均勻沉降允許值為控制指標的物理處治膨脹土路堤臨界填芯高度確定方法。

結題摘要

膨脹土地區公路建設中，因膨脹土天然含水率高，難以壓實且水穩性差，用膨脹土填築的路基易發生運營期增濕膨脹、乾密度降低、承載力下降，導致路面早期破壞。掌握膨脹土的變形規律，合理確定膨脹土填芯高度，控制膨脹土路基變形，確保路基剛度的長期穩定，是有效利用膨脹土填築路基的關鍵，對於降低造價、減少借棄土占地、保證工程質量具有重要工程實際意義。項目結合海南、廣西、河南、江西四省區高速公路膨脹土路堤修築，通過現場調查取樣、室內試驗、理論分析、數值模擬、足尺模型試驗對大氣影響下物理處治膨脹土路堤的臨界填芯高度相關科學和技術問題進行了研究。針對路堤工況和實際工程中膨脹土吸力變化範圍較大這一特點，改進試驗方法，綜合採用軸平移、滲析和濕度平衡三種吸力控制技術綜合採用揭示了膨脹土在不同應力狀態下平衡濕度隨吸力的變化規律，建立了大氣與膨脹土路基相互作用的濕熱耦合計算模型，為大氣長期作用下膨脹土路基平衡濕度的預估提供了計算方法及其參數獲取方法。通過無荷膨脹、有荷膨脹與膨脹力試驗建立了能反映膨脹土極限性質的膨脹土濕脹變形預測模型和膨脹土路基變形計算方法，為大氣長期作用下膨脹土路基變形計算提供了理論基礎。通過現場測試和數值模擬，揭示了大氣乾作用下物理處治膨脹土路堤的濕度平衡規律，為計算膨脹土路堤濕脹變形確定膨脹土路堤臨界填芯高度提供了依據。提出了一種新的膨脹土路基壓實控制方法，為滿足耐久性路面對膨脹土路基剛度的要求提出了膨脹土路基動模量測試新方法和路基剛度補償設計方法，為大氣乾濕循環作用下物理處治膨脹土路堤變形控制提供了實用技術。室內試驗揭示了膨脹土抗剪強度非線性特徵及影響因素和邊坡淺層破壞原因，通過模型試驗獲得了大氣作用下物理處治(土工格式邊部加筋)膨脹土路堤的工作機理，提出了南方氣候條件下膨脹土路堤擇時施工方法。以路基容許橫向變坡率為控制指標，提出了大氣影響下物理處治膨脹土路堤的臨界填芯高度設計方法。項目發表論文15篇，其中EI收錄9篇，CSCD收錄4篇；申請發明專利1項；培養博士3名，碩士2名，1篇博士論文被評為省級優秀博士論文；組織1次全國學術研討會，在4個學術會議上進行了成果交流。成果套用於3個實體工程，產生了良好的經濟、社會及環境效益。