在我國(guó)的西南、西北地區(qū)廣泛分布泥質(zhì)軟巖,為解決填料匱乏的問題,大量高速公路項(xiàng)目利用泥質(zhì)軟巖棄渣填筑路基,既可降低建設(shè)成本,又可減少對(duì)耕地的占用,取得了很好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。但是,泥質(zhì)軟巖強(qiáng)度低、風(fēng)化程度高、遇水軟化崩解的不良工程特性,導(dǎo)致道路運(yùn)營(yíng)過程中易出現(xiàn)路基沉降、路面開裂等病害,增加養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,影響行車舒適度。因此,研究泥質(zhì)軟巖路堤在不同環(huán)境下的沉降特性對(duì)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和施工有重要意義。本文依托重慶合長(zhǎng)高速公路項(xiàng)目,設(shè)計(jì)了四種泥質(zhì)軟巖路堤結(jié)構(gòu)形式,采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)、離心模型試驗(yàn)、數(shù)值分析、理論計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法,對(duì)填料的工程特性、各種形式路堤的沉降特性進(jìn)行系統(tǒng)研究,主要內(nèi)容及成果如下:1.采用電鏡掃描及X射線衍射試驗(yàn),對(duì)崩解前后巖塊的微觀結(jié)構(gòu)、礦物成分及衍射圖譜進(jìn)行研究,揭示泥質(zhì)軟巖遇水易崩解的機(jī)理。2.開展大量室內(nèi)試驗(yàn),研究泥質(zhì)軟巖的耐崩解性、點(diǎn)荷載強(qiáng)度等指標(biāo),以及作為填料的擊實(shí)效果、CBR值、抗剪強(qiáng)度和壓縮性等工程特性,結(jié)果表明泥質(zhì)軟巖具有強(qiáng)崩解(_((92)≤30)、低強(qiáng)度的特點(diǎn),但是作為填料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,為評(píng)價(jià)其路用性能提供可靠依據(jù)。3.通過離心模型試驗(yàn)和數(shù)值分析對(duì)四種結(jié)構(gòu)形式(普通路堤、夾心式、包邊式、3%水泥改良)泥質(zhì)軟巖路堤的沉降特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明:⑴正常工況下,泥質(zhì)軟巖路堤沉降主要發(fā)生在施工階段,占總量的62.96%~65.83%。從沉降量及變形趨勢(shì)上來看,黏土夾心層和少量水泥摻加可有效提高路堤整體強(qiáng)度,降低沉降變形量。⑵連續(xù)降雨條件下,四種結(jié)構(gòu)形式路堤沉降變形有較大差異。普通路堤和夾心式路堤沉降沿橫斷面方向呈“M”形分布,兩側(cè)路肩及邊坡出現(xiàn)垮塌。包邊式和3%水泥改良路堤受降雨影響相對(duì)較小。⑶正常工況下,路堤邊坡處的側(cè)向變形呈”弓”形分布,最大變形量發(fā)生在距基底2.0m處,變形量不大。連續(xù)降雨條件下,側(cè)向變形趨勢(shì)從基底到頂部遞減,路堤的側(cè)向變形量增大,特別是普通泥質(zhì)軟巖路堤。4.考慮路堤的單向及三向變形,對(duì)不同工況下泥質(zhì)軟巖路堤的沉降量進(jìn)行計(jì)算。利用matlab軟件的cftool工具箱實(shí)現(xiàn)理論計(jì)算結(jié)果與其他研究結(jié)論的線性擬合,基于填料的蠕變效應(yīng),確定泥質(zhì)軟巖路堤沉降計(jì)算的校正系數(shù)ψ。5.通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),確定泥質(zhì)軟巖路堤填筑工藝參數(shù)。結(jié)合路堤現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果,確定路面結(jié)構(gòu)層施工時(shí)間以及路堤預(yù)留高度。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U416.12
【部分圖文】：

（c）巷道坍塌 （d）堤壩滑移圖 1.1 泥質(zhì)軟巖地區(qū)常見工程病害圖在我國(guó)，泥質(zhì)軟巖的分布范圍極廣，在西南地區(qū)川渝境內(nèi)的攀西盆地、四川盆地及盆地邊緣，云南境內(nèi)的滇東、滇中、滇西等地的低山區(qū)都有大面積分布，貴州中部的山間盆地也有零星分布，分布范圍約占西南地區(qū)總面積的 46%。這些地區(qū)的泥質(zhì)軟巖以白堊系、侏羅系地層時(shí)代為主，巖體產(chǎn)狀平緩，大多數(shù)裸露在地表，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性一般；西北地區(qū)的準(zhǔn)葛爾盆地、柴達(dá)木盆地以及陜甘寧地區(qū)大量分布著早、中三疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)、早白堊統(tǒng)、第三系等地層時(shí)代的泥質(zhì)軟巖，此類地區(qū)的泥質(zhì)軟巖屬于埋藏型，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)；在我國(guó)的中南、東南、山東、河南等地區(qū)也有泥質(zhì)軟巖的分布，主要以第三系、白堊系為主。近年來，隨著我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，為促進(jìn)西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展，打通中西部交通運(yùn)輸通道，四川盆地及其周邊地區(qū)高速公路網(wǎng)在不斷加大和完善。但是，這些地區(qū)山脈環(huán)繞、地形復(fù)雜，海拔高度多在 1000m～3000m 之間，交通土建工程建設(shè)過程中出

這種設(shè)計(jì)方案很大程度上緩解因交通不便導(dǎo)致的棄土和借土運(yùn)輸?shù)碾p重壓力，節(jié)省了建設(shè)成本。但泥質(zhì)軟巖風(fēng)化程度高、強(qiáng)度低、遇水易崩解膨脹等不良的工程特性也給路基填筑方案的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制帶來了很大的挑戰(zhàn)。泥質(zhì)軟巖的裂隙發(fā)育，親水礦物含量高，結(jié)合已有案例中道路病害產(chǎn)生的原因可知，影響泥質(zhì)軟巖路堤運(yùn)營(yíng)效果的主要原因就是水～巖作用。填筑期大塊泥質(zhì)軟巖未被完全壓碎至密實(shí)，運(yùn)營(yíng)過程中因地表或地下水的滲入，大塊軟巖吸水軟化、崩解破碎、強(qiáng)度衰減嚴(yán)重，在自重及行車動(dòng)荷載的作用下出現(xiàn)道路病害。依托項(xiàng)目沿線水系發(fā)達(dá)，地下水主要為基巖裂隙水，賦存于泥巖、砂巖的風(fēng)化、節(jié)理裂隙中，水位埋深淺。地表的河谷、低洼地段一般常年有水，且每年的 5～9 月份會(huì)發(fā)生集中降水，頻現(xiàn)大面積暴雨和特大暴雨。在集中強(qiáng)降雨條件下，雨水順泥質(zhì)軟巖坡面入滲，導(dǎo)致巖體的力學(xué)性能下降，膨脹崩解。邊坡開挖出的巖塊暴露在大氣環(huán)境下，風(fēng)化程度提高，又加之降水的作用，顆粒破碎嚴(yán)重。采用軟巖棄渣鋪筑的施工便道，降雨后在機(jī)械的碾壓作用下，表面出現(xiàn)泥皮的現(xiàn)象。泥質(zhì)軟巖遇水崩解、碾壓成泥皮的外觀如圖 1.2、1.3 所示：

這種設(shè)計(jì)方案很大程度上緩解因交通不便導(dǎo)致的棄土和借土運(yùn)輸?shù)碾p重壓力，節(jié)省了建設(shè)成本。但泥質(zhì)軟巖風(fēng)化程度高、強(qiáng)度低、遇水易崩解膨脹等不良的工程特性也給路基填筑方案的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制帶來了很大的挑戰(zhàn)。泥質(zhì)軟巖的裂隙發(fā)育，親水礦物含量高，結(jié)合已有案例中道路病害產(chǎn)生的原因可知，影響泥質(zhì)軟巖路堤運(yùn)營(yíng)效果的主要原因就是水～巖作用。填筑期大塊泥質(zhì)軟巖未被完全壓碎至密實(shí)，運(yùn)營(yíng)過程中因地表或地下水的滲入，大塊軟巖吸水軟化、崩解破碎、強(qiáng)度衰減嚴(yán)重，在自重及行車動(dòng)荷載的作用下出現(xiàn)道路病害。依托項(xiàng)目沿線水系發(fā)達(dá)，地下水主要為基巖裂隙水，賦存于泥巖、砂巖的風(fēng)化、節(jié)理裂隙中，水位埋深淺。地表的河谷、低洼地段一般常年有水，且每年的 5～9 月份會(huì)發(fā)生集中降水，頻現(xiàn)大面積暴雨和特大暴雨。在集中強(qiáng)降雨條件下，雨水順泥質(zhì)軟巖坡面入滲，導(dǎo)致巖體的力學(xué)性能下降，膨脹崩解。邊坡開挖出的巖塊暴露在大氣環(huán)境下，風(fēng)化程度提高，又加之降水的作用，顆粒破碎嚴(yán)重。采用軟巖棄渣鋪筑的施工便道，降雨后在機(jī)械的碾壓作用下，表面出現(xiàn)泥皮的現(xiàn)象。泥質(zhì)軟巖遇水崩解、碾壓成泥皮的外觀如圖 1.2、1.3 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2820853