風化石灰巖路基填料壓縮變形特性研究

李燕

摘 要：以甘德爾山生態文明景區旅游公路的建設為依托，選取公路建設沿線代表性風化石灰巖為研究對象，通過室內壓縮固結試驗進行定量和定性分析，研究了風化石灰巖路基填料壓縮變形性能。

關鍵詞：石灰巖；路基填料；壓縮

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0080-02

Abstract： Based on the construction of tourist highway in Gandar Mountain Ecological Civilization Scenic Spot， the representative weathered limestone along the highway construction is selected as the research object， and quantitative and qualitative analysis are conducted through indoor compression consolidation test. The compressive deformation properties of weathered limestone subgrade fillers are studied in this paper.

Keywords： limestone； subgrade filler； compression

烏海市甘德爾山位于烏海市中心位置，北至市中心城區海勃灣區與濱河新城，南與海南區相接，隔黃河與烏達區相望，由于地處我國大西北，內陸腹地，降水少，蒸發量大，氣候干燥，風沙大，是典型的半荒漠化地區，山體巖石主要地質成分為灰巖，俗稱石灰巖，屬于地殼表面存在的三大類巖石巖漿巖、沉積巖和變質巖中沉積巖的一種，主要成分為方解石，其他成分的總含量相對較低。本文以甘德爾山生態文明景區旅游公路的建設為依托，選取公路建設沿線代表性風化石灰巖為研究對象，通過室內壓縮固結試驗定量計算和定性分析，對風化石灰巖路基填料壓縮變形性能進行研究。

1 石灰巖填料的巖石特性

填料的壓實特性在很大程度上由填料的巖性所決定。很多工程實踐經驗表明粗粒組填料自身物理力學性能對填料的工程性質影響很大，路基填筑采用不同強度的填料時，路基的壓實效果有明顯的區別，甘德爾山石灰巖路基填料由于不同程度的風化，使得填料在壓實機械的能量下很容易產生破碎。

2 石灰巖填料的壓縮變形性質

2.1 變形特性

我國公路建設從20世紀80年代開始進入了大規模建設時期，但是國內外對于石灰巖路基變形方面的研究成果較少。大量的填石路基的工程實踐和試驗研究表明，填石料在荷載作用下將會產生壓縮，其體積的減小通常由以下幾部分組成：

（1）壓縮變形：主要是由于顆粒在受力后發生位置的相對移動，空隙體積減少引起的。填石料顆粒在荷載作用下，在克服顆粒間的摩擦阻力和機械咬合力后，產生滑動和滾動，移動到較為密實的更穩定的平衡位置上去，產生孔隙體積的縮小，伴隨著孔隙比不斷減小，填石料更加密實。這部分變形也是碎石填料壓縮變形的主要部分。

（2）破碎變形：由于填石料顆粒在荷載作用下顆粒間發生應力重分布，從而引起顆粒棱角破碎，產生的小顆粒充填到較大的孔隙中去，造成整體體積減小。這部分變形是粗粒徑填料壓縮變形的次要部分。

（3）彈性變形：填石料骨架顆粒在荷載作用下產生彈性變形，引起填石料整體的體積壓縮和顆粒的剪切變形，由于這部分變形在數量上很小，對填石料壓縮變形影響不大。在研究大粒徑路基填料變形時主要考慮前兩種情況下產生的變形。

由此可見，造成石灰巖路堤沉降組成包括：（1）在施工期間機械碾壓瞬間產生的沉降，為各分層的累計量，這部分沉降在施工期荷載作用期間產生；（2）施工期后長時間內逐漸產生的沉降總和，這部分隨著時間的推移緩慢地逐漸發生。

2.2 石灰巖填料壓縮性試驗研究

由于在甘德爾山公路沿線不同位置填料粒組組成存在一定的區別，所以選取沿線5種代表性風化石灰巖（分別記為 1、2、3、4、5號土樣）作為試驗材料，路基填料顆粒分析試驗5種不同土樣篩分曲線如圖1所示。

由于各土樣中均含有不同比例的粗顆粒組分，但是考慮風化后容易破碎成中細粒料，故選取各個土樣篩分后粒徑小于1mm（1號篩孔下的土體）的土樣進行室內壓縮實驗，選取固結儀中50cm2的環刀，即試樣面積為50cm2。根據5種土樣擊實試驗得到的最佳含水量和最大干密度制備擾動土樣，1-5#土樣的最佳含水量和最大干密度如表1所示。根據壓縮試驗得到最大干密度與壓縮系數之間的關系圖如圖2所示。

從圖1可見，填料中細粒組部分的壓縮系數值均在0.0001-0.0002kPa-1之間，變化幅度不大，均屬于中壓縮性土。填料細粒顆粒部分的壓縮變形受土樣最大干密度影響不明顯。此外在實際情況中，受填料本身粗粒結構形式和氣候干燥雙重因素的影響，土樣顆粒間沒有孔隙水壓力。

2.3 石灰巖路基填料沉降變形的影響因素

通過對粗粒徑路基填料已有研究成果的總結，結合甘德爾山景區公路的實際情況綜合分析，影響石灰巖路基填料沉降變形的因素主要包括以下幾點。

（1）孔隙比

粗粒組路基填料的強度往往較高，但由于空隙較大、較多，沉降變形對時間發展較快，所以路基的沉降變形主要原因不是壓縮固結沉降。而是受力后路堤不同部位大粒徑填料的孔隙比發生了變化，粗粒料破碎，細料下沉填充到較小的孔隙中，這使得初始孔隙比有所減少。

（2）填料的粒徑組成

雖然公路沿線不同位置土樣粒徑構成、顆粒級配不同，但是由于風化作用，開挖開來的填石料易于破碎，且根據擊實破碎后的篩分試驗結果可知，不同土樣破碎后的粒徑構成、顆粒級配很接近。

（3）施工壓實

壓實質量是粗粒料路堤沉降變形最為重要的影響因素，因此施工過程中的充分壓實，能減少填料的孔隙率，提高填筑體的強度，有利于路基壓實層的密實與穩定，從而最大限度地降低路基沉降變形。

3 結束語

甘德爾山石灰巖路基填料沿線顆粒組成不均勻，但是由于在干燥環境和風化作用下，經充分壓實可以有效改善路基填料顆粒級配，降低孔隙比，減少不均勻沉降，保證足夠的壓實度。

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