土石混合填料的力学特性及其高填路基的变形与稳定性分析

摘要

随着西部大开发的稳步进行，山区高速公路建设也迅猛发展，而土石混合填料作为一种优良的填料，被越来越多的用于山区高速公路的路基填筑中。不同于一般的细粒土，土石混合填料的料源不唯一、粒径差别大且含水量不均匀，导致其力学特性十分复杂，但现行的公路路基相关规范仍主要建立在细粒土基础之上，对于土石混填路基并不完全适用。鉴于此，本文在太行山高速邢台段路基工程的基础上，利用大型直剪试验和大型压缩试验，研究不同含石量及最大粒径下土石混合填料力学特性的变化规律，并利用FLAC3D软件对高填方土石混填路基填筑过程中的沉降特性及降雨条件下的稳定性进行了分析，得到以下结果：　　1、根据不同含石量下(0%~80%)土石混合填料的大型直剪试验，分析了剪切位移—剪应力曲线、剪胀(缩)及强度特性随含石量变化的作用规律。研究表明，含石量是影响土石混合填料力学特性的重要因素之一，随着含石量的增加，抗剪强度先增加后减小，含石量达到40%左右时，抗剪强度达到峰值；黏聚力随含石量增加发生的变化过程分为减小—增加—减小三个阶段；内摩擦角随含石量增加发生的变化过程分为增大—减小—增大三个阶段。不同含石量下土石混合填料的剪切位移—剪应力曲线表现为应变软化、应变硬化及二次硬化特性，中等含石量情况下大块石破碎成小块石填充到颗粒空隙中，会出现二次硬化；不同含石量下土石混合填料的水平位移——轴向位移曲线大致可分持续剪缩、剪缩—剪胀、剪缩—剪胀—剪缩；　　2、根据不同最大粒径下(40mm、60mm、80mm)土石混合填料的大型直剪试验，分析了剪切位移—剪应力曲线、剪胀(缩)及强度特性随最大粒径变化的作用规律。研究表明，抗剪强度随着最大粒径的增加而增加；黏聚力随着最大粒径的增大先减小后增大，内摩擦角随着最大粒径的增大而增大。不同最大粒径下土石混合填料的剪切位移—剪应力曲线表现为应变软化、应变硬化及二次硬化特性，法向应力和最大粒径越大，出现二次硬化的可能性越大；不同最大粒径下土石混合填料的水平位移—轴向位移曲线大致可分持续剪缩、剪缩—剪胀。　　3、土石混合填料的压缩模量随着含石量的变化表现为中等含石量土石混合填料>低等含石量土石混合填料>高等含石量土石混合填料；土石混合填料的压缩模量随着最大粒径的增加而增加。　　4、由FLAC3D模拟结果可知，含石量在40%~50%之间时，沉降量最小，且增加块石粒径和降低填方高度都能有效的减小路基沉降，但若一味的增大块石粒径会导致颗粒孔隙增大，沉降值回升。降雨入渗降低了土石混填路基边坡的稳定性，当含石量在40%~50%左右，最大粒径为80mm时降雨入渗对边坡稳定性影响最小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土石混合体定义及分类研究现状

1.2.2 土石混合体力学特性研究现状

1.2.3 高填方土石混填路基沉降及稳定性研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2论文技术路线

第二章 土石混合体的强度特性试验研究

2.1 大型直剪仪的构造及试验原理

2.2 主要试验仪器及参数

2.3 大型直剪压缩两用仪的标定

2.3.1 标定的仪器及原理

2.3.2 垂直千斤顶的标定

2.3.3 水平千斤顶的标定

2.4 试验方案

2.4.1 试样选材

2.4.2 土石阈值的确定

2.4.3 最大粒径的确定

2.4.4 试验内容

2.4.5 试验步骤与过程

2.5 不同含石量下土石混合体试验结果分析

2.5.1 剪应力—剪切位移曲线特性

2.5.2 剪胀（缩）特性分析

2.5.3 强度特性分析

2.6 不同最大粒径下土石混合体试验结果分析

2.6.1 剪应力—剪切位移曲线特性

2.6.2 剪胀（缩）特性分析

2.6.3 强度特性分析

2.7 小结

第三章 土石混合体的压缩特性试验研究

3.1 试验仪器及试验原理

3.1.1 试验仪器

3.1.2 试验原理

3.2 试验方案

3.2.1 试验目的

3.2.3 试验内容

3.3 试验步骤与过程

3.4 土石混合体压缩试验结果分析

3.4.1 压缩试验结果

3.4.2 含石量对土石混合体压缩特性的影响

3.4.3 最大粒径对土石混合体压缩特性的影响

3.5 小结

第四章 高填方土石混填路基沉降及稳定性分析

4.1 FLAC3D软件介绍

4.1.1 FLAC3D的计算原理

4.1.2 FLAC3D的求解过程

4.2 模型的建立及模拟方案

4.2.1 模型的建立

4.2.2 模拟方案

4.3 高填方土石混填路基沉降特性分析

4.3.1 含石量的影响

4.3.2 填方高度的影响

4.3.3 最大粒径的影响

4.3.4 现场监测与数值模拟结果对比分析

4.4 高填方土石混填路基稳定性分析

4.4.1 含石量的影响

4.4.2 最大粒径的影响

4.4.3 高填方土石混填路基稳定技术

4.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的科研与设计项目