高速公路泥质软岩路堤沉降特性研究

发布时间：2020-09-17 14:46

　　在我国的西南、西北地区广泛分布泥质软岩,为解决填料匮乏的问题,大量高速公路项目利用泥质软岩弃渣填筑路基,既可降低建设成本,又可减少对耕地的占用,取得了很好的环境和经济效益。但是,泥质软岩强度低、风化程度高、遇水软化崩解的不良工程特性,导致道路运营过程中易出现路基沉降、路面开裂等病害,增加养护费用,影响行车舒适度。因此,研究泥质软岩路堤在不同环境下的沉降特性对实际工程的设计和施工有重要意义。本文依托重庆合长高速公路项目,设计了四种泥质软岩路堤结构形式,采用现场调查、室内试验、离心模型试验、数值分析、理论计算以及现场试验等方法,对填料的工程特性、各种形式路堤的沉降特性进行系统研究,主要内容及成果如下:1.采用电镜扫描及X射线衍射试验,对崩解前后岩块的微观结构、矿物成分及衍射图谱进行研究,揭示泥质软岩遇水易崩解的机理。2.开展大量室内试验,研究泥质软岩的耐崩解性、点荷载强度等指标,以及作为填料的击实效果、CBR值、抗剪强度和压缩性等工程特性,结果表明泥质软岩具有强崩解(_((92)≤30)、低强度的特点,但是作为填料的各项指标均满足《公路路基设计规范》的要求,为评价其路用性能提供可靠依据。3.通过离心模型试验和数值分析对四种结构形式(普通路堤、夹心式、包边式、3%水泥改良)泥质软岩路堤的沉降特性进行研究,结果表明:⑴正常工况下,泥质软岩路堤沉降主要发生在施工阶段,占总量的62.96%~65.83%。从沉降量及变形趋势上来看,黏土夹心层和少量水泥掺加可有效提高路堤整体强度,降低沉降变形量。⑵连续降雨条件下,四种结构形式路堤沉降变形有较大差异。普通路堤和夹心式路堤沉降沿横断面方向呈“M”形分布,两侧路肩及边坡出现垮塌。包边式和3%水泥改良路堤受降雨影响相对较小。⑶正常工况下,路堤边坡处的侧向变形呈”弓”形分布,最大变形量发生在距基底2.0m处,变形量不大。连续降雨条件下,侧向变形趋势从基底到顶部递减,路堤的侧向变形量增大,特别是普通泥质软岩路堤。4.考虑路堤的单向及三向变形,对不同工况下泥质软岩路堤的沉降量进行计算。利用matlab软件的cftool工具箱实现理论计算结果与其他研究结论的线性拟合,基于填料的蠕变效应,确定泥质软岩路堤沉降计算的校正系数ψ。5.通过现场试验,确定泥质软岩路堤填筑工艺参数。结合路堤现场沉降监测试验结果,确定路面结构层施工时间以及路堤预留高度。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U416.12
【部分图文】：

工程病害,泥质

（c）巷道坍塌（d）堤坝滑移图 1.1 泥质软岩地区常见工程病害图在我国，泥质软岩的分布范围极广，在西南地区川渝境内的攀西盆地、四川盆地及盆地边缘，云南境内的滇东、滇中、滇西等地的低山区都有大面积分布，贵州中部的山间盆地也有零星分布，分布范围约占西南地区总面积的 46%。这些地区的泥质软岩以白垩系、侏罗系地层时代为主，岩体产状平缓，大多数裸露在地表，结构稳定性一般；西北地区的准葛尔盆地、柴达木盆地以及陕甘宁地区大量分布着早、中三叠统、上侏罗统、早白垩统、第三系等地层时代的泥质软岩，此类地区的泥质软岩属于埋藏型，结构稳定性较强；在我国的中南、东南、山东、河南等地区也有泥质软岩的分布，主要以第三系、白垩系为主。近年来，随着我国西部大开发战略的不断推进，为促进西部经济发展，打通中西部交通运输通道，四川盆地及其周边地区高速公路网在不断加大和完善。但是，这些地区山脉环绕、地形复杂，海拔高度多在 1000m～3000m 之间，交通土建工程建设过程中出

软岩,泥质

这种设计方案很大程度上缓解因交通不便导致的弃土和借土运输的双重压力，节省了建设成本。但泥质软岩风化程度高、强度低、遇水易崩解膨胀等不良的工程特性也给路基填筑方案的设计和施工质量控制带来了很大的挑战。泥质软岩的裂隙发育，亲水矿物含量高，结合已有案例中道路病害产生的原因可知，影响泥质软岩路堤运营效果的主要原因就是水～岩作用。填筑期大块泥质软岩未被完全压碎至密实，运营过程中因地表或地下水的渗入，大块软岩吸水软化、崩解破碎、强度衰减严重，在自重及行车动荷载的作用下出现道路病害。依托项目沿线水系发达，地下水主要为基岩裂隙水，赋存于泥岩、砂岩的风化、节理裂隙中，水位埋深浅。地表的河谷、低洼地段一般常年有水，且每年的 5～9 月份会发生集中降水，频现大面积暴雨和特大暴雨。在集中强降雨条件下，雨水顺泥质软岩坡面入渗，导致岩体的力学性能下降，膨胀崩解。边坡开挖出的岩块暴露在大气环境下，风化程度提高，又加之降水的作用，颗粒破碎严重。采用软岩弃渣铺筑的施工便道，降雨后在机械的碾压作用下，表面出现泥皮的现象。泥质软岩遇水崩解、碾压成泥皮的外观如图 1.2、1.3 所示：

泥皮,软岩,泥质

【参考文献】