黄河冲淤积平原土的工程特性研究

论文摘要

在黄河冲淤积平原,由于砂石料的严重缺乏,土是最基本的建筑材料。黄河冲淤积平原土是我国特有的土质,研究该土质的工程特性至关重要。试验分析了黄河冲淤积平原土的特点。研究发现,该土在结构上呈层状分布;物质组成以原生矿物砂砾为主,粘土矿物极少;颗粒分布上,粒度均匀,粉粒含量高达80%以上;由于黄河水的长距离搬运作用,颗粒磨圆度高、表面强度低;孔隙率高,毛细作用剧烈。区域内地下水位较高,土体具有较大压缩性。由于以上特点,黄河冲淤积土表现出难以压实、无机结合料稳定困难,地基沉降量大等工程特点。试验分析了黄河冲淤积土的压实性能。研究认为,该类土压实后高的孔隙率,是其强的毛细作用和高的冻敏性,以及低压实度时路基支撑强度不足、沉降较大的主要原因;土中小于0.005mm的颗粒含量反应了黄河冲淤积土的最佳碾压颗粒级配范围。通过振动台试验,研究了土的振动压实规律;通过试验路,提出了合理的压实工艺。试验研究了无机结合料稳定黄河冲淤积土的压实特性,强度规律,强度影响因素及其作用机理,配合比设计方法、养护方法、压实工艺等。研究认为,粘粒含量低是无机结和料稳定该类土性能差的主要原因。依据二灰土强度增长的阶段性,提出了合理的设计龄期。给出了二灰稳定黄河冲积土的设计控制参数与最佳配合比范围。提出了二灰土配合比设计的关键控制参数—土中<0.005mm颗粒含量范围,以及反映二灰土颗粒级配优劣与活性的重要参数—粗细颗粒比Cf。采用有限差分法,建立了黄河冲淤积平原粉性土公路地基沉降的流～固耦合模型,分析了地基沉降的规律,提出了不同填高的路基在施工结束后的放置期、工后沉降速率和最终固结时间。采用有限元法,分析了该区域高速公路路面结构的力学响应。提出了石灰土处理路床区以提高路面结构抗疲劳性能的工程技术措施。指出路面结构支撑条件、界面条件和层间刚度差是影响路面结构受力与使用寿命的三要素。提出了半刚性基层沥青路面结构的最大拉应力位置、临界荷载区域、严重超载时路基的影响深度与塑性变形位置。通过现场检测,验证计算结果的可靠性。

论文目录

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 黄河冲淤积平原土的工程特性研究的目的、意义

1.2 国内外研究成果

1.2.1 黄河冲淤积平原土质的特性研究

1.2.2 无机结合料稳定技术研究

1.2.3 黄河冲淤积平原高速公路地基沉降规律的研究

1.2.4 路面结构的力学响应与分析

1.3 本文的主要研究内容

第二章黄河冲淤积平原土质的特点

2.1 黄河冲淤积平原土的组成特点

2.1.1 土的成型剖面

2.1.2 土的主要物质组成

2.1.3 土的颗粒组成

2.2 土的物理、力学特性

2.2.1 物理力学指标

（1）原状土的物理力学指标

（2）压实土的力学参数

（3）土的动模量和阻尼比

2.2.2 毛细水上升的高度

2.3 土的微观结构

2.4 结论

第三章黄河冲淤积粉土的压实性状和压实机理

3.1 标准重型击实下的压实规律

3.1.1 试验材料与方法

3.1.2 粉土的压实性状与压实机理

（1）标准击实试验结果分析

（2）重型击实标准在不同压实度时的孔隙比e、空气体积率Va、饱和度Sr

3.1.3 击实功对土的压实的影响

3.1.4 粉土的粘粒含量对土的压实的影响

3.1.5 不同压实度K时的强度指标与压缩性

3.2 振动压实的规律

3.2.1 实验材料及方法

3.2.2 振动压实试验结果与分析

（1）粉性土的频率响应特性

（2）静压力、频率、振幅、振动时间对土的干密度的影响

3.3 黄河冲淤积平原粉土的施工压实工艺

3.3.1 振动压路机的工作参数与工作原理

3.3.2 粉性土的现场碾压工艺与检测结果分析

3.4 结论

第四章无机结合料稳定黄河冲淤积平原土的研究

4.1 石灰稳定黄河冲淤积土的研究

4.1.1 石灰的活性与石灰稳定土的原理

4.1.2 消石灰稳定土和综合稳定土

（1）抗压强度指标

（2）弯拉指标

（3）抗水、抗冻性能

（4）击实特性

4.1.3 生石灰稳定土

4.1.4 结论

4.2 二灰（石灰、粉煤灰）稳定黄河冲淤积土的研究

4.2.1 粉煤灰及土的组成和性质与二灰土的强度机理

（1）粉煤灰的活性

（2）石灰粉煤灰稳定土的机理

（3）粉煤灰的路用质量指标

（4）试验原材料

4.2.2 二灰稳定黄河冲淤积平原土的最大干密度与最佳含水量的研究

（1）技术思路

（2）影响二灰土最大干密度与最佳含水量各因素的显著性分析

（3）二灰含量与二灰土最大干密度、最佳含水量的关系

（4）土的特征粒径与最大干密度的关系

（5）结论

4.2.3 二灰稳定黄河冲淤积平原土配合比的研究

（1）二灰稳定土黄河冲淤积平原区土配合比设计的技术思路

（2）二灰含量、二灰比对二灰土的强度的影响

（3）黄河冲淤积平原区土的特性对强度的影响

（4）二灰稳定土的强度与各影响因素之间关系的综合分析

（5）二灰土的劈裂强度试验

（6）配合比设计新思路

（7）结论

4.2.4 气候与环境对二灰黄河冲淤积平原土强度的影响

（1）技术思路

（2）室内外不同养生条件试验结果及分析

（3）二灰土的抗冻性

（4）现场施工强度与养生

（5）结论

4.2.5 二灰稳定黄河冲淤积平原土碾压工艺的研究

（1）二灰土碾压的意义及压实机理

（2）碾压工艺的试验研究

（3）结论

第五章黄河冲淤积平原区地基沉降规律的研究

5.1 高速公路地基沉降有限差分计算原理和方法

5.1.1 有限差分计算原理

5.1.2 流～固耦合作用原理

5.2 高速公路地基沉降变形的有限差分计算

5.2.1 地基几何模型的建立

5.2.2 地基模型的应力、位移及孔压初始化

（1）选择本构模型

（2）在地基模型中设置地下水位

（3）粉性土地基的边界条件

（4）考虑粉性土的毛细水作用

（5）地基模型的初始化结果

5.2.3 施工加载及施工后的固结沉降过程的模拟

（1）初始化地基位移归零

（2）确定路基土的密度

（3）确定路面荷载

（4）选择流体模型

（5）设置流体流动的边界条件

（6）模拟逐层填筑路基

（7）填土完毕后地基的固结过程

5.2.4 计算结果分析

（1）对应不同路基高度的地基最终完成固结所需的时间

（2）地基在不同阶段（施工期、施工后）的沉降变形及总的沉降变形

（3）路基的放置时间

5.3 模型计算与现场实测结果对比

5.3.1 试验路段

5.3.2 观测设备的埋设和观测

5.3.3 观测结果与分析

5.4 结论

第六章黄河冲淤积平原区路面结构的力学响应与分析

6.1 计算模型与方案

6.1.1 计算模型

6.1.2 计算方案

6.2 计算结果与分析

6.2.1 路面设计的指标

6.2.2 计算结果与分析

（1）路基处理及层间界面条件对弯沉的影响分析

（2）路基处理与层间界面条件对路面结构层内应力分布的影响分析

（3）路基处理、层间界面条件对路面结构层最大应力的影响分析

（4）路基处理对路基应力与变形的影响分析

（5）路基处理对路面结构层寿命影响分析

6.3 不同轮压和界面条件下路表弯沉与结构层应力的关系

6.4 路面结构受力的力学实地验证

6.5 结论

第七章结语与展望

7.1 结语

7.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

黄河冲淤积平原土的工程特性研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢