炭質泥岩路堤濕化變形機理及控制研究

《炭質泥岩路堤濕化變形機理及控制研究》是依託長沙理工大學，由付宏淵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：炭質泥岩路堤濕化變形機理及控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：付宏淵
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

隨著我國西部高速公路建設，西部土地資源匱乏與路堤填料選材的矛盾日顯突出，在炭質泥岩地區修築公路、鐵路不可避免地採用炭質泥岩作為路堤填料，由於炭質泥岩結構與組分複雜，且具有浸水後岩體強度軟化、遇水後易崩解等特點，一旦路堤浸水或路面開裂地表水入滲會產生濕化變形，導致路堤變形和不均勻沉降甚至路堤邊坡失穩。為此，本項目通過對炭質泥岩崩解破碎顆粒分布特徵與路用性能的研究，分析炭質泥岩崩解特性和水穩性；利用CT掃描技術研究炭質泥岩微結構損傷演化規律；通過現場試驗、室內試驗和數值模擬和理論分析，系統研究複雜應力下（交通載荷）不同顆粒級配、壓實度炭質泥岩路堤濕化變形機理。構建炭質泥岩高速公路路堤填築技術、施工工藝和質量檢測體系。其成果將為高速公路軟岩路堤修築提供相應技術參數和變形控制方法。

結題摘要

本項目根據炭質泥岩的基本物理力學性質，結合相關試驗、數值模擬和工程實際情況，分別從以下七個方面對炭質泥岩路堤濕化變形機理及控制技術進行研究。 (1) 從依託項目水文地質條件調查入手，結合室內外試驗從炭質泥岩分布、岩性分析、室內外崩解試驗、崩解過程的分形特徵及描述、分形崩解機理、崩解性控制等方面對炭質泥岩的水理特徵進行了系統研究。 (2)通過預崩解炭質泥岩的基本物理性質、顆粒級配分布、CBR實驗、室內回彈模量實驗、抗剪強度實驗等一系列實驗，對預崩解炭質泥岩的路用性能進行了系統研究。 (3)通過預崩解炭質泥岩三軸CT同步試驗，對預崩解炭質泥岩在受荷後的巨觀應力-應變特徵以及內部細觀結構損傷演化規律進行了深入分析。 (4)通過複雜應力條件下的炭質泥岩濕化變形實驗，分析了不同壓實度狀態下炭質泥岩濕化變形規律，建立了基於鄧肯-張理論的預崩解炭質泥岩路堤的濕化變形力學模型，並進行了數值實現。 (5)通過室內試驗研究了預崩解炭質泥岩在不同壓實度條件下的滲透性質。採用非飽和滲流理論研究了降雨條件下的路堤滲透特徵，並結合飽和-非飽和抗剪強度理論探討了降雨條件下的炭質泥岩路堤穩定性。 (6)以實際沉降觀測資料為基礎，分別利用雙曲線模型、指數曲線模型、泊松曲線模型對炭質泥岩路堤沉降進行預測，建立了沉降預測模型。 (7)提出了炭質泥岩填築路堤關鍵技術，對如何進行地基處理、填料攤鋪方法、碾壓工藝以及施工流程等進行了系統的試驗與研究，得到炭質泥岩填築路堤在施工過程中的寶貴資料。 通過系統研究炭質泥岩路堤濕化變形機理及控制技術，項目組成員撰寫和發表了28篇論文（已出版18篇，已錄用待刊6篇，已投稿4篇），申請並授權獲得了專利3項，培養博士研究生1名，碩士研究生6名。其研究成果對炭質泥岩廣泛分布地區路堤的設計、施工以及路堤長期穩定性的控制具有極大的指導意義。