干濕循環(huán)對(duì)高等級(jí)路基的影響

張永強(qiáng) 鮑國棟

(1.呂梁公路建設(shè)有限公司，山西 呂梁 033000; 2.天津振津工程集團(tuán)有限公司，天津 300000)

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，高等級(jí)公路建設(shè)得到了前所未有的促進(jìn)作用。在高等級(jí)公路實(shí)際建設(shè)中，由于趕進(jìn)度、創(chuàng)效益，響應(yīng)國家提出的又快又好口號(hào)，盲目追求快的發(fā)展，而忽視了后續(xù)的防護(hù)加固工程[1-4]，公路的使用品質(zhì)大打折扣。水對(duì)高等級(jí)公路路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性影響較大，為了從機(jī)理上認(rèn)識(shí)并解決路基防護(hù)問題，本文以山西離石段高等級(jí)路基為研究對(duì)象，研究了干濕循環(huán)對(duì)高等級(jí)路基強(qiáng)度等各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響規(guī)律。

1 試樣制備及試驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)路基試樣通過常規(guī)三軸制樣器壓實(shí)而制，其直徑為39.1 mm，高80 mm。為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，試樣分別進(jìn)行0次，2次，4次，6次干濕循環(huán)，循環(huán)結(jié)束后，精確控制含水率在初始含水率為飽和、14%和7%。其中，試樣的飽和條件為抽氣2 h，進(jìn)水飽和9 h。另外，試樣的初始干密度分別為1.5 g/cm3，1.55 g/cm3和1.60 g/cm3。滲透試驗(yàn)采用飽和路基試樣，在 100 kPa，200 kPa，300 kPa每級(jí)圍壓下分別施加不同的滲水壓力進(jìn)行，抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)采用三軸剪切壓縮儀，其剪切速率為0.05 mm/min，進(jìn)行回彈時(shí)的速率為0.20 mm/min。變形試驗(yàn)采用沉降相對(duì)穩(wěn)定法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 干濕循環(huán)條件下高等級(jí)路基的滲透性變化規(guī)律

圖1為干濕循環(huán)次數(shù)和滲透系數(shù)之間的關(guān)系曲線。由圖可知，在100 kPa，200 kPa和300 kPa不同的圍壓下，試樣的滲透系數(shù)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大。這主要是由于離石段路基試樣中的土體屬于含鹽量較高的黃土，對(duì)環(huán)境的影響較為敏感，在干濕循環(huán)過程中試樣土體中鹽分容易溶解，導(dǎo)致物理化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而引起試樣密度的減小和孔隙率的增加。相對(duì)于100 kPa和200 kPa，當(dāng)圍壓為300 kPa時(shí)，由于土體的固結(jié)作用顯著增強(qiáng)，因此滲透系數(shù)明顯減小并且隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，滲透系數(shù)增加的幅度減小。

2.2 干濕循環(huán)條件下高等級(jí)路基的抗剪強(qiáng)度的影響

圖2a)為初始含水率為7%，圍壓為300 kPa的路基試樣在不同干濕循環(huán)周期下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。從圖中可以看出，路基試樣由于干濕循環(huán)的作用，總體抗剪強(qiáng)度逐漸減弱。尤其表現(xiàn)為，當(dāng)路基試樣經(jīng)歷2次干濕循環(huán)后，其抗剪強(qiáng)度隨著循環(huán)次數(shù)增加逐漸趨于穩(wěn)定。這可能是因?yàn)楦蓾裱h(huán)破壞了路基試樣本身的抗剪切骨架結(jié)構(gòu)以及可溶鹽的膠體結(jié)構(gòu)[5，6]。隨著循環(huán)周期的延長，易溶鹽含量基本穩(wěn)定，路基試樣的新型結(jié)構(gòu)形成，雖然抗剪切強(qiáng)度較原先降低，但是新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐久性好。

圖2b)是初始含水率為14%，圍壓為300 kPa的路基試樣在不同干濕循環(huán)周期下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。對(duì)比兩組曲線可見，隨著初始含水率的增加，干濕循環(huán)對(duì)其強(qiáng)度的影響逐漸減弱。這主要是因?yàn)楹视傻烷_始增高的初級(jí)階段對(duì)路基的結(jié)構(gòu)影響較大，而后影響慢慢變小。

2.3 恒載作用下的變形試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到不同干濕循環(huán)狀態(tài)，相同荷載作用下的沉降—時(shí)間曲線，見圖3。由圖3可知，在干濕循環(huán)條件下，路基試樣的沉降深度隨著時(shí)間的增加而趨于穩(wěn)定。兩次干濕循環(huán)時(shí)，沉降深度最大，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，沉降深度逐漸減小。這與路基在干濕交替時(shí)的結(jié)構(gòu)變化有著重要的聯(lián)系[7，8]。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)語

1)滲透系數(shù)隨著干濕循環(huán)周期的增加明顯增大，圍壓對(duì)于滲透系數(shù)的影響較大。2)干濕循環(huán)對(duì)試樣強(qiáng)度的影響與試樣本身的初始含水率有重要關(guān)系。隨著循環(huán)周期延長，干濕循環(huán)對(duì)試樣強(qiáng)度的影響減弱。3)在干濕循環(huán)條件下，路基試樣的沉降深度隨著時(shí)間的增加而趨于穩(wěn)定。

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