紅層軟巖崩解性及其路基動(dòng)力變形特性研究.pdf

1、在我國(guó)中西部高速公路建設(shè)中存在大量紅層軟巖路段，該類巖石因其成因特殊而成分復(fù)雜且大部分具有崩解性，作為一種特殊路基填料使用往往導(dǎo)致工程建設(shè)成本高，施工進(jìn)度緩慢。為此本文結(jié)合交通部“九五”行業(yè)聯(lián)合重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“京珠高速公路湘潭至耒陽(yáng)段紅砂巖地帶路基修筑技術(shù)研究”，對(duì)紅層軟巖的崩解性、路用性能以及路基在汽車荷載作用下的動(dòng)力變形特性進(jìn)行深入研究。 本文首先在大量工程調(diào)研的基礎(chǔ)上指出紅層軟巖作為路基填料必須解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即其崩解性

2、（崩解機(jī)理、崩解程度評(píng)價(jià)、崩解性消除方法等）和路用性（紅層填料的可壓實(shí)性、強(qiáng)度特性以及荷載作用下的變形特性等）問(wèn)題。繼而針對(duì)紅層軟巖及其崩解物進(jìn)行了較全面的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。提出了紅層軟巖作為高速公路填料的可能性，并在此基礎(chǔ)上制定出紅層材料作為路基填料應(yīng)達(dá)到的壓實(shí)度水平。 由于軟巖崩解程度目前尚無(wú)合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文引入分形理論對(duì)紅層軟巖的崩解分形機(jī)理進(jìn)行了研究，深入探討了崩解過(guò)程中崩解物粒度分布分?jǐn)?shù)維的變化規(guī)律，并根據(jù)分形概

3、念建立出紅層軟巖崩解過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬模型，證明了紅層軟巖崩解是一個(gè)分形，在此基礎(chǔ)上提出了對(duì)紅層軟巖崩解進(jìn)度進(jìn)行描述的新指標(biāo)—粒度分?jǐn)?shù)維，為工程應(yīng)用提出了紅層軟巖作為路基填料所應(yīng)達(dá)到的粒度分?jǐn)?shù)維控制標(biāo)準(zhǔn)。 此外，還從沉積巖土成因角度出發(fā)，改進(jìn)了常用的粒度分布分形模型，使之更適用于沉積巖土的粒度分析。并將改進(jìn)模型應(yīng)用于崩解性差異顯著的三類紅層軟巖的粒度特征分析，發(fā)現(xiàn)紅層軟巖的粒度特征可反映其崩解性強(qiáng)弱，從而提出了以粒度特征對(duì)紅層軟巖進(jìn)

4、行工程分類的思想，進(jìn)而論證了公路工程中采用浸水崩解試驗(yàn)對(duì)紅層軟巖分類的合理性。 然后，本文采用灰色關(guān)聯(lián)度方法對(duì)紅層軟巖崩解影響因素進(jìn)行了分析，結(jié)合本文試驗(yàn)和前人研究成果，較全面地分析了紅層軟巖的崩解機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，對(duì)包括抑制紅層軟巖崩解的添加劑、降低路基中干濕變化程度、人工加速紅層軟巖崩解進(jìn)程等消除紅層填料崩解性的多種路用控制方法進(jìn)行了研究。提出了實(shí)用的紅層軟巖崩解性路用處治方法，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)例論證了處治的必要性和可

5、行性。 為了進(jìn)一步探討紅層填料路基在車輛動(dòng)力循環(huán)荷載作用下的工作特性，本文建立出3 軸9 自由度車輛動(dòng)力模型以及路橋過(guò)渡段路面形狀模型，基于MARC 有限元軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，得到了可用于分析汽車作用下路基動(dòng)力響應(yīng)的三維有限元模型和程序，并計(jì)算得到了橋頭跳車過(guò)程中高速公路紅層填料路基的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)。此外，通過(guò)對(duì)壓路機(jī)和重型車輛作用下公路路基動(dòng)應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了公路路基填料的實(shí)際受力狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上模擬路基土的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)對(duì)擊實(shí)紅層

6、填料進(jìn)行的循環(huán)荷載室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了紅層填料在循環(huán)荷載作用下的塑性累積變形發(fā)展規(guī)律和臨界動(dòng)應(yīng)力范圍。研究成果，表明紅層填料動(dòng)力強(qiáng)度能滿足高速公路車輛動(dòng)力荷載的要求。 最后基于巖土強(qiáng)度的變異特性，創(chuàng)造性的提出了循環(huán)荷載下土體塑性累積變形的計(jì)算方法，采用單元強(qiáng)度隨機(jī)生成的有限元方法對(duì)循環(huán)荷載下土體塑性累積變形發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了模擬，闡明了該方法的合理性。應(yīng)用該有限元方法對(duì)變異性很大的紅層填料路基的塑性累積變形進(jìn)行了計(jì)算，揭示了不同車輛循環(huán)