加筋强风化软岩粗粒土路堤填料工程性质及应用研究

摘要

依托湖南省张桑公路工程，以加筋强风化软岩粗粒土路基填料为研究对象，从研究强风化软岩填料基本物理力学性质入手，采用国内先进的大三轴仪进行固结不排水和固结排水剪切试验；通过现场试验，开展加筋强风化软岩路堤填筑技术研究；基于试验成果，利用有限差分法分析高填路堤分层填筑过程中在自重作用下的变形和力学性状以及加筋、雨水入渗对高填土路堤变形和力学性状的影响。主要研究成果有：
　　 1.通过扫描电镜(SEM)分析、X光衍射试验及化学分析研究软岩的微观结构及成分构成；用洒水和吹晒循环试验，模拟软岩在大气中的自然崩解过程，分析崩解矿物颗粒分布特征；同时对软岩的压实特性、水稳特性及路用工程力学特性等问题进行研究。从不同角度揭示了强风化软岩填料的工程性质。
　　 2.采用国内先进的大型三轴试验仪，进行固结不排水和固结排水条件下的大试样的加筋粗粒土三轴试验。在大量大三轴试验的基础上，对固结不排水和固结排水条件下加筋强风化软岩粗粒土路堤填料的强度变形特性进行深入研究。试验结果表明：加筋填料的应力-应变关系表现为应变硬化型；轴向应变较小(εa<1％)时，加筋效果表现得不明显，随着轴向应变的逐渐增大，加筋作用逐渐发挥；加筋填料的孔隙水压力均高于素填料，随着加筋层数的增加均有不同程度的提高；加筋效果系数均大于1.0，一层加筋填料加筋效果系数1.09～1.21，二层加筋填料加筋效果系数1.30～1.71，三层加筋填料加筋效果系数1.31～1.72；准粘聚力原理仍适用于加筋强风化软岩填料，加筋前后填料的内摩擦角()值基本相同，加筋填料强度的提高主要体现在增大了填料的粘聚力；加筋填料的本构关系可以采用邓肯-张E-v模型描述。
　　 3.结合工程实际，开展加筋强风化软岩路堤填筑技术研究，提出了具有很强针对性及工程应用价值的施工控制技术及质量检测方法，为加筋强风化软岩粗粒土路基填料路堤的设计、施工提供了科学参考。
　　 4.根据地形地貌条件、地质结构特征，建立三维地质结构分析模型：采用VC++6.0编程进行软件二次开发，将邓肯-张E-v模型嵌入FLAC数值分析软件中，模拟分析高填路堤分层填筑过程中在自重作用下的变形和力学性状以及加筋对张桑二级公路高填土路堤变形和力学性状的影响。
　　 5.分析降雨入渗机理，结合张桑公路工程实践，研究常用路堤降雨入渗深度计算公式的适应性。计算实例表明Pradel& Raad公式比较接近实际情况。同时，分析降雨入渗对土体强度的影响，并采用FLAC强度折减法模拟分析雨水入渗对高填路堤附加变形及稳定性的影响。