宕渣路堤压实特性的试验研究及数值分析

论文摘要

当前,随着我国高等级公路建设向山区及丘陵地区的延伸以及老路拓宽改造的发展,宕渣被用作路堤填料已成为必然选择。宕渣是指天然土石混合料、建筑渣土及老路路面和基底层废料等的统称。宕渣的优点是强度高、压实密度大、沉降变形小、透水性强、抗冲刷性能高、可就近取材等。但是由于宕渣含石量、粒径、颗粒级配变化大,造成路基施工压实质量难以控制。本硕士学位论文选取某高速公路宕渣路堤试验段宕渣填料为研究对象。对宕渣路堤的现场碾压工艺进行了详细研究并对现场碾压过程进行了沉降观测。采用PFC2D对宕渣碾压过程进行了数值模拟,模拟结果与现场沉降观测结果进行了比较分析;在综合分析宕渣压实特性的基础上,提出了宕渣最大干密度的计算公式,结合宕渣路堤现场进行动力测试,找出宕渣路堤的干密度与振动主频及表面波速的关系。最后,对现场粗粒宕渣进行筛分缩尺,按照三种不同级配参数分制宕渣试样,进行了GDS三轴试验,给出了宕渣试样Duncan-Chang模型参数。本学位论文主要完成了以下工作:（1）宕渣路堤现场碾压试验、现场筛分试验以及对宕渣碾压过程进行了沉降观测;（2）宕渣碾压过程的PFC2D数值模拟;（3）宕渣压实性能分析及最大干密度计算,宕渣路堤干密度试验;（4）宕渣GDS三轴试验。通过以上研究工作取得了以下成果:（1）宕渣路堤碾压的摊铺厚度30cm为最佳。采用重型振动压路机碾压,先静压一遍,再振动碾压36遍,最后静压12遍,直到没有出现碾压痕迹为止。碾压过程现场沉降观测结果表明:碾压6遍后,宕渣沉降基本稳定;（2） PFC2D模拟了宕渣路堤碾压性状,在一定程度上能够反映现场实际碾压情况和碾压过程中颗粒的运动及受力情况。数值模拟结果与工程实际情况的规律较为吻合;（3）本文提出的宕渣最大干密度计算公式考虑了粗粒含量、最大粒径以及颗粒的不均匀性对干密度的影响。仅需已知粗粒含量及最大粒径即可估算出最大干密度值;（4） GDS三轴试验结果表明宕渣的应力应变曲线并不十分平滑,而是在局部出现波动,但总体发展趋势明显,宕渣土的应力-应变关系无明显应变软化,但其体变规律较为复杂;本论文的创新之处主要有:（1）应用PFC2D模拟了宕渣碾压过程;（2）提出了宕渣最大干密度的计算公式;（3）给出了宕渣的Duncan-Chang模型的模拟参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 宕渣在路堤填筑中的应用
• 1.2 宕渣填筑路堤的意义
• 1.3 宕渣路堤压实特性及压实质量检测
• 1.3.1 宕渣的压实特性
• 1.3.2 宕渣压实质量检测技术
• 1.4 宕渣的强度和变形特性
• 1.5 离散单元法的基本思想及其在岩土工程中的应用
• 1.5.1 离散单元法的基本思想
• 1.5.2 离散单元法在岩土工程中的应用
• 1.6 本文主要研究内容
• 1.7 本学位论文的构成
• 第二章 宕渣路堤的碾压施工工艺
• 2.1 宕渣路堤填料要求
• 2.2 碾压压实机械的选择
• 2.3 摊铺层厚度和碾压遍数
• 2.4 宕渣路基填筑施工
• 2.4.1 路堤填筑方式
• 2.4.2 宕渣路堤填筑施工步骤
• 2.5 宕渣路堤碾压性状测试
• 2.6 本章小结
• 第三章 宕渣路堤压实过程的数值分析
• 3.1 离散单元法的基本假定及基本方程
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 力学模型
• 3.1.3 基本方程
• 2D 软件介绍'>3.2 二维颗粒流程序PFC^2D软件介绍
• 2D 概述'>3.2.1 PFC^2D概述
• 2D 求解问题步骤'>3.2.2 PFC^2D求解问题步骤
• 2D 应用领域'>3.2.3 PFC^2D应用领域
• 2D 进行碾压压实数值模拟'>3.3 用PFC^2D进行碾压压实数值模拟
• 3.3.1 离散单元法在宕渣路堤压实中的应用
• 3.3.2 颗粒结构模型及假定
• 3.3.3 碾压试验方案
• 3.3.4 碾压过程的数值模拟
• 3.4 本章小结
• 第四章 宕渣路堤压实质量检测方法
• 4.1 衡量压实质量的指标
• 4.1.1 压实度K
• 4.1.2 固体体积率G
• r'>4.1.3 相对密度D_r
• 4.1.4 孔隙率n
• 4.1.5 各压实指标之间的关系
• 4.2 压实度的检测方法
• 4.2.1 室内最大干密度的确定
• 4.2.2 宕渣现场动力测试及表面波测试
• 4.3 本章小结
• 第五章 宕渣力学性质试验研究
• 5.1 宕渣的组成结构及强度机理
• 5.1.1 组成结构
• 5.1.2 强度特性
• 5.2 宕渣三轴剪切试验
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 试验设备
• 5.3 试验方案及成果分析
• 5.3.1 试验土料
• 5.3.2 制样
• 5.3.3 试验结果整理分析
• 5.4 邓肯－张模型在粗粒土中的适用性
• 5.4.1 邓肯－张模型参数
• 5.4.2 参数的确定
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文