【冰水堆积土的特性】 冰水堆积地貌
时间：2019-04-09 03:13:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：论文以国家高速公路网成渝地区环线乐山——雅安段工程为依托，综合考虑冰水堆积土弃土场和路基的填筑成本等多种因素，提出采用冰水堆积土和砂砾石填料夹层法进行路基施工。通过对施工过程中和恭候分别对采用夹层法和砂砾石直接填筑法施工路基的监控以及现场试验，得出了冰水堆积土的一些新特性
关键词：冰水堆积土，路基，排水固结，渗流，沉降， 有限元法
Abstract: the paper with the national highway system into chongqing area leshan-yoann section engineering circle, based on comprehensive consideration of the ice water deposit soil subgrade soil field and abandoned filling the cost and other factors, the paper proposes the ice water deposit soil and grit stone packing sandwich method for the subgrade construction. Through the construction process of the sandwich to await respectively and method and grit stone roadbed construction method of filling the direct monitoring and the field test, it is concluded that the ice water accumulation of some new characteristics of soil
Keywords: ice water deposit soil, roadbed, drainage consolidation, seepage, settlement, and the finite element method
论文以国家高速公路网成渝地区环线乐山——雅安段工程为依托，综合考虑冰水堆积土的弃土场和路基的填筑成本等多种因素，提出采用冰水堆积土和砂砾石填料夹层法进行路基施工。在路基填筑过程中，进行了压实度经重型击实试验可得出乐雅高速沿线代表性冰水堆积土填料最佳含水量和最大干密度。经过颗粒分析试验可知，冰水堆积土样缺少中间粒径，属于不易压实的土料。使用夹层法施工方式进行路基填筑试验，得出了相应的施工设计参数、使用条件，“夹心”层位级数量、松铺厚度、施工过程中最佳含水量级碾压式含水量允许偏差等。
通过对施工过程中和工后分别对采用夹层法和砂砾石直接填筑法施工路基的监控，得出横断沉降趋势是中间大，两端小，但横向差异沉降量并不过大。路基的横向差异沉降主要发生在路堤的集中填筑期内。过对路面沉降变形的分析，验证了采用砂砾石垫层和夹层法施工，加速冰水堆积土层的排水固结，垫层和砂砾石夹层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速冰水堆积土夹层的固结。
根据现场实测结果，冰水堆积土和砂砾石使用夹层法施工的路基在工后20天左右沉降基本趋于稳定，并且沉降量远小于《公路路基设计规范》中的沉降最大值。从而说明乐雅高速沿线冰水堆积土填料采用夹层法填筑能够满足基本设计要求。
通过调研或现场试验，获得了冰水堆积土和砂砾石的力学参数进行数值模拟。通过使用Plaxis软件考虑在压实过程中各层的排水固结以及地下水渗流的情况下进行计算得出最终沉降值。通过对比分析得出由于夹层法的排水作用，沉降主要发生在施工过程中，工后沉降很小。从而从理论层面说明了采用砂砾石垫层和夹层法施工，加速冰水堆积土层的排水固结，垫层和砂砾石夹层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速冰水堆积土夹层的固结。
项目研究组共拟定了3个填筑方案：(1)大面积凉晒法，(2)半用半借法，(3)先填后处理法。报业主后，选定用大面积凉晒法与半用半借法在该场地(8标)进行小范围阶段和大范围阶段实体工程试验研究。
由于大挖方段的冰水堆积土的天然含水量多介于27%至31%之间，根据试验测定属于饱和度较高的非饱和土。其压实后的含水量优于最佳含水量ωop时，相应的饱和度约为85%~90%，这时土中孔隙主要被水占据，气体呈气泡状，被水所包围，可随水一起流动，成为气封闭状态。这种混合的液体是可压缩的，在较高压力下，气泡可被压缩和溶解，使孔隙水饱和度进一步提高。
根据土的层流渗透定律，水在土中的渗透速度与水投梯度成正比，即
v=kwI
式中k是渗透系数，I是水头梯度。
对于非饱和土，其渗透系数：
式中ks为饱和土的渗透系数，a、n为试验确定的常数，ua为空气压力，uw为孔隙水压力。s（=ua-uw）为非饱和土的基质吸力。
水头梯度：
Δl为孔隙水渗流的流经长度，ΔH为水头差。
由于土体毛细管的作用，干土会对水分具有吸引作用，这个吸力就是非饱和土的基质吸力，简言之，基质吸力就是非饱和土吸水能力，由于饱和土体所有孔隙都已经被水占据，因此没有吸水的能力，故基质吸力也为0。通过减少冰水堆积土中孔隙水的渗流路径Δl，便可以增加水头梯度I。
半用半借法，是指在填方场地铺一层冰水堆积土料，尽量压实，在其上铺一层砂卵石粗粒借料，尽量压实。如此反复进行填筑。设计的冰水堆积土因为缺少中间粒径，主要是其含水率过高，并且渗透系数较小，冰水堆积土层中渗流路径过长，预估压实度肯定达不到设计要求。
然而在其上下面填有砂卵石粗粒料层，该层的排水效果好，在压实和固结过程中可减少排水路径、加快排水过程。即通过夹层法压实冰水堆积土层，可以达到增大冰土层渗透系数kw、增大土层中渗流的水头梯度I，根据v=kwI ，水在土中的渗流即排水速度加快。使冰水堆积土层的含水量更接近于最佳含水量，从而增加冰水堆积土层的密度与压实度。同时由于冰水堆积土层含水率高、较软弱，使得在其上的砂卵石粗粒料压实过程中，必有一定数量的粗粒料会从上下面挤压进冰水堆积土层中，改变其颗粒级配，增加其干密度与压实度。
依托于此项目的实验和计算，得出冰水对积土一些特性和结论：
（1）无论从回归结果还是用所求得的模型参数的模拟结果来看，邓肯E-B模型对乐雅高速沿线冰水堆积土的常规三轴压缩试验的～曲线都是适宜的。大三轴试验的应力水平、应力应变状态有相当的典型性和覆盖范围，可以满足研究的要求；
（2）经重型击实试验可得出乐雅高速沿线代表性冰水堆积土填料最佳含水量为19.1%时，最大干密度为1.75g/cm3。经过颗粒分析试验可知，冰水堆积土样缺少中间粒径，属于不易压实的土料；
（3）路基横断沉降趋势是中间大，两端小，但横向差异沉降量并不过大。路基的横向差异沉降主要发生在路堤的集中填筑期内，两个断面中最大沉降速率为5.3mm/d，一般沉降速率在0.5mm～1.2mm之间；
（4）对比可见采用砂砾石垫层和夹层法施工，加速冰水堆积土层的排水固结，垫层和砂砾石夹层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速冰水堆积土夹层的固结；
（5）根据现场实测结果，冰水堆积土和砂砾石使用夹层法施工的路基在工后20天左右沉降基本趋于稳定，并且沉降量远小于《公路路基设计规范》中的沉降最大值。从而说明乐雅高速沿线冰水堆积土填料采用夹层法填筑能够满足基本设计要求。
参考文献
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