干湿循环条件下路基粉土无侧限抗压强度及土水特征曲线的研究

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河南是粉土分布较广泛的省份之一。粉土是一种特殊的土,随着我国基础设施建设力度不断加大,公路建设越来越多,粉土作为路基填筑材料应用较为广泛,但是粉土不良的工程性质易导致路基发生滑坡等病害。因此研究豫东地区粉土的水力-力学性质对公路路基设计与施工具有重要的工程意义。  本文以河南典型的豫东路基粉土为研究材料,对其进行了一系列的室内常规试验、无侧限抗压强度和土水特征曲线试验。通过试验得到了无侧限抗压强度和土水特征曲线随着压实度、干湿循环变化的规律。针对公路路基降雨入渗的问题,运用GeoStudio软件中的VADOSE/W和SEEP/W模块建立了考虑非饱和粉土的水力渗透系数曲线和土水特征曲线的计算模型,主要分析路基在降雨条件下的积水情况。研究的主要内容和结论如下:  (1)用室内常规仪器对豫东粉土进行了基本物理力学特性试验,主要包括比重试验、颗粒分布试验、液塑限试验、击实试验和渗透试验等。试验得到豫东粉土的基本物理力学指标。  (2)通过室内无侧限抗压强度试验,研究了不同压实度的粉土在干湿循环作下的无侧限抗压强度的变化规律。结果表明:随着干湿循环次数的增加,三种不同压实度豫东粉土的无侧限抗压强度均呈指数函数形式衰减;且豫东粉土的无侧限抗压强度随着干湿循环次数衰减幅度随着压实度的增大而逐渐减小。根据上述试验规律,用Matlab中的Lsqcurvefit函数对试验数据进行拟合得到与干湿循环次数相关的参数,同时用Origin软件建立拟合参数与压实度有关的函数,最后提出了干湿循环作用与压实度耦合影响下的无侧限抗压强度预测方法。  (3)用GCTS土水特征压力板仪对不同压实度的豫东粉土进行了多次干湿循环的土水特征曲线试验。试验结果表明:当吸力小于100 kPa时,土水特征曲线的脱湿和吸湿曲线具有明显的滞回特性;当吸力大于100 kPa时,土水特征曲线的滞回特性不明显。土水特征曲线用含水率和吸力关系表示时,含水率随着压实度和干湿循环次数的增大,脱湿和吸湿曲线均向左下方偏移;土水特征曲线用饱和度和吸力关系表示时,脱湿和吸湿曲线随着压实度的增加均向右上方偏移,而随着干湿循环次数的增加向左下方偏移。用Matlab中的Lsqcurvefit函数对试验数据进行拟合并得到Van Genuchten模型中的拟合参数。研究结果通过建立拟合参数与压实度或干湿循环次数间的函数关系,提出了可预测不同压实度或多次干湿循环的豫东粉土土水特征曲线的实用方法,能够及时地为豫东粉土路基设计和施工所需的参数提供了方便。  (4)用GeoStudio软件中的SEEP/W和VADOSE/W模块对河南豫东粉土路基积水深度和降水储存变化进行了模拟,结果表明在路基两侧的积水深度明显大于路基中间部分;在降雨三小时后降水储存的增大幅度降低。因此粉土路基设计和施工中,路基表面的防渗措施和路基两侧排水渠道设计显得非常重要。
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