巖溶地區高速公路路基對覆蓋層水力參數的影響研究

何俊輝 趙艷納

摘 要：為了研究巖溶地區高速公路路基荷載對地基滲流特性影響，以廣西六寨至河池高速公路某段路基為依托工程，采用經改良的試驗儀器對土樣開展試驗研究，并基于此建立了滲透系數與土壓力的關系式。研究結果表明，隨著路基填筑高度的增加，地基覆蓋層滲透性顯著增大，該研究具有重要的理論與工程實際意義。

關鍵詞：巖溶地區；荷載；滲透系數；孔隙比

前言

高速公路因為地形不同導致不同路段路基的填筑材料不同、填土厚度不同、結構形式不同，因而不同路段的荷載壓力亦存在著差異。不同荷載作用下，土體的滲透性差異較大，導致路基的穩定性變化。因此，深入研究路基填土高度變化與地層滲透性的關系在高速公路建設中意義較大。為此，文章以廣西六寨至河池高速公路某段路基為依托工程，對試驗儀器進行改良后，開展了荷載與滲透系數關系的試驗研究，并基于此建立了滲透系數與土壓力的關系式。

1 試驗方案

文章對現行規范規定的滲透試驗儀器進行了改良，主要體現在兩個方面：一是增設加壓裝置，可滿足不同壓力荷載的試驗。二是改進筒的尺寸和構造，儀器高35厘米，內徑10厘米；具體如圖1、圖2 所示。本試驗土樣取自六寨至河池高速公路路基填土，取樣土分1與2兩組，土樣顆粒組成為黏土，每組進行3次不同荷載作用的滲透系數試驗。

圖1 改良滲透儀試驗設備圖

圖2 增設加壓設備圖

2 試驗結果分析

2.1 滲透系數試驗

經從0至300kpa壓力施壓，得出各土樣的滲透系數數值，具體數據見表1。

應用數據分析軟件擬合壓力與滲透系數的關系，得出擬合方程：

其中：k為滲透系數；p為壓力；A1為零荷載時的滲透系數，A2為極限荷載時的滲透系數；x0為滲透系數出現轉折點的壓力；△x為斜率，擬合方差如表2所示，從表中可以看出，壓力與滲透系數曲線擬合的相關性很好，能夠反映壓力與滲透系數的關系。

表2 各壓力下擬合相關性

2.2有壓滲透試驗

利用典型覆蓋型巖溶區上覆的高液性紅黏土（塑限wp= 30.2%，液限wL=58%）進行有壓滲透試驗，試驗結果如圖3所示。

圖3 不同荷載下土樣滲透性測試結果

圖4 加載過程孔隙比與滲透系數變化曲線

（1）由圖3可以看出，荷載與對不同壓實度條件下的地基土滲透系數的影響不同。在某一壓實度下，滲透系數隨著荷載的增加先急劇增大，而后增加的速度變緩，荷載與滲透系數出現S型的變化關系。

（2）當土基壓實度的增大時，荷載與土基滲透系數的關系呈遞減狀態，說明當壓實度達到一要求時，荷載對土基滲透系數的影響不顯著。從試驗結果來看，當壓力為120KPa時，滲透系數開始顯著增加，尤其是當荷載達到300Kpa以上時，土基滲透系數則變為平緩的曲線。

（3）從圖4可知，土基滲透系數隨著土基孔隙比增大而顯著增加，從圖中看出，孔隙比在0.5時，滲透系數為0.23，孔隙比為0.6時，滲透系數為1.36，說明孔隙比對土基滲透系數的的影響較明顯，孔隙比對土基滲透系數的影響幅度隨初始孔隙比的增大而顯著增大。

（4）由圖3可見，在初始荷載為零時，壓實度為84%的滲透系數是壓實度為92.8%的滲透系數的12倍，在荷載增加到300kPa時，壓實度為84%土樣的孔隙比e = 0.48明顯大于壓實度為92.9%土樣的孔隙比e = 0.37，而84%壓實度土樣的滲透系數卻遠小于92.8%壓實度土樣的滲透系數，說明孔隙比相同的土樣在荷載作用不同時，滲透系數存在明顯差異，滲透系數的變化是孔隙比與荷載作用的共同函數。

3 結束語

（1）通過測試荷載作用對土體滲透性影響的試驗，建立了路基壓力p與地基滲透系數k的關系式，二者間存在曲線關系。

（2）荷載對地基土滲透系數的影響隨著壓實度不同而不同，壓實度不高的時候，土基滲透隨著荷載增加而急劇增加，當壓實度達到一定的時候，荷載對土基滲透系數影響不明顯。

（3）孔隙比對滲透系數的影響明顯，其影響幅度隨初始孔隙比的增大而增大，滲透系數的變化受到孔隙比與荷載的共同作用。

參考文獻

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作者簡介：何俊輝（1981-），男，河南信陽，碩士研究生，廣西交通投資集團有限公司工程師，主要從事高速公路建設管理與科研工作。