路基土工程性質(zhì)概述

路基土工程性質(zhì)概述摘要：土是必不可少的路基填料，路基土的性質(zhì)優(yōu)劣直接關(guān)乎路基的使用性能。給出了土的一般性定義，介紹了路基土特性試驗(yàn)的內(nèi)容，路基土的幾個(gè)重要性質(zhì)，密度和最佳含水率、水力傳導(dǎo)系數(shù)、凍脹敏感性、膨脹能力。關(guān)鍵詞：路基土；最佳含水率；凍脹敏感性1引言土可以定義為由含有氣體或液體的非連續(xù)的顆粒組成的松散的地球物質(zhì)，在基巖上發(fā)現(xiàn)的一個(gè)相對(duì)松散的聚集礦物、有機(jī)材料和沉積物，或除了嵌入的頁(yè)巖和巖石之外的任何地球物質(zhì)。在粒徑和級(jí)配的基礎(chǔ)上將土分為三類：粗?；虼至Ｍ粒缮昂偷[石組成；細(xì)?；蛘承酝粒烧惩两M成；粉土介于二者之間。粒徑和級(jí)配是粗粒土的重要因素。均勻級(jí)配意味著土壤主要由一個(gè)粒徑尺寸的顆粒組成，應(yīng)具有高滲透性。良好的分級(jí)意味著不同粒徑尺寸的顆粒存在，且有足夠的比例，這將導(dǎo)致更高的密度和強(qiáng)度。間斷級(jí)配將意味著在土壤中缺少某些粒徑尺寸的顆粒。礦物對(duì)土壤的性質(zhì)也有顯著影響，粘土顆粒比粗粒土的情況更為顯著。粗粒土主要由含有石英的硅質(zhì)物質(zhì)和長(zhǎng)石顆粒組成。2路基土2.1路基土的特性試驗(yàn)路基土的特性試驗(yàn)包括以下內(nèi)容：（1） 粒度分布（通過(guò)篩分分析）（2） 比重（3） 阿太堡界限：國(guó)際上將液限，塑限稱阿太堡界限（4） 有機(jī)質(zhì)含量（5） 保水導(dǎo)水性（6） 壓實(shí)（7） 霜凍敏感性（8） 未凍結(jié)的水分含量（9） 回彈模量或加州承載比（CBR）2.2密度和最佳含水率壓實(shí)松散土是提高其承載力的最簡(jiǎn)單途徑。向土中加水，在壓實(shí)過(guò)程中，起潤(rùn)滑土顆粒和空氣的作用。由于水被添加到土中，土的密度由于壓實(shí)而增大。然而，超過(guò)某一特定的含水率，即使土變得更加可行，土的單位重量也會(huì)減少。這可以用一個(gè)事實(shí)來(lái)解釋，即超出了“最佳〃的水含率，水不能進(jìn)入空隙，從而占用最初由土顆粒固體的空間，也就是說(shuō)，它造成土顆粒分離，從而導(dǎo)致相應(yīng)的密度降低。2.3水力傳導(dǎo)系數(shù)基于達(dá)西（1856）實(shí)驗(yàn)結(jié)果，水流通過(guò)土體具有以下特點(diǎn)：v：流速i：水力梯度（單位長(zhǎng)度水頭損失）k：系數(shù)一般k稱為滲透系數(shù)或滲透率或水力傳導(dǎo)系數(shù)。土的滲透性可以在實(shí)驗(yàn)室用恒定水頭法（ASTMD-2434,AASHTOT-215）或降水頭法（ASTMD-4630）測(cè)量。在一般情況下，和細(xì)粒土相比，粗粒土具有較高的滲透性。因此，粗粒土具有良好的排水能力，與細(xì)粒土相比，粗粒土是路面應(yīng)用的首選。2.4凍脹敏感性在某些地區(qū)，寒冷的天氣在冬季是很常見(jiàn)的，凍脹是常見(jiàn)的景象。在春天，這些凍脹在交通荷載作用下會(huì)裂開，導(dǎo)致坑洞。造成這一破壞的主要原因是環(huán)境條件和現(xiàn)有的路面層下的土。土具有低滲透性和保水性，在凍結(jié)溫度下體積發(fā)生變化，稱為凍脹穩(wěn)定性。這種土的凍脹程度不能僅用水結(jié)成冰體積膨脹來(lái)解釋。一部分路面可以經(jīng)歷一個(gè)由冰透鏡結(jié)構(gòu)引起的上升或"鼓脹〃（凍脹），在凍脹敏感性材料中，通常含有過(guò)多的細(xì)料（即小于0.02毫米）。冰透鏡的形成會(huì)導(dǎo)致冰和土產(chǎn)生壓力。路面結(jié)構(gòu)存在差異運(yùn)動(dòng)，造成路面的粗糙和開裂。形成冰透鏡的大部分水是由水的毛細(xì)管作用形成的。當(dāng)土在春天溫暖的天氣（從表面向下）融化時(shí)，這種新的水不能快速排走，導(dǎo)致路基的水分含量顯著增加，從而顯著降低了抗剪強(qiáng)度。這對(duì)未經(jīng)處理的路面層的影響是比較顯著的。這個(gè)過(guò)程從土和靠近土的地下水位開始。土比如粉土，具有非常好的毛細(xì)管吸水作用（高的毛細(xì)作用，0.9-9米，相比粗砂的0.15米）以及毛孔比較迅速的吸水能力（滲透性適中，0.9米/天，相比0.0009米/天的粘土），認(rèn)為具有凍脹敏感性。這樣的土?xí)阉畯囊粋€(gè)相對(duì)封閉的地下水中吸出來(lái)，而當(dāng)凍結(jié)鋒面向下移動(dòng)時(shí)，這種水會(huì)在冬季結(jié)冰。水在凍結(jié)成冰透鏡時(shí)膨脹，會(huì)對(duì)上層造成壓力，導(dǎo)致表面凸起。隨著春天的到來(lái)，溫度的升高，冰透鏡從上往下開始融化。這種水在路基和造成的空隙（由冰和水的體積的差異）導(dǎo)致飽和路基和路面結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體時(shí)，變的軟弱。隨后，當(dāng)交通通過(guò)凸起的路面表面時(shí)，其下方無(wú)支撐或支撐很小，它會(huì)被分成更小的碎片，形成的坑洞。凍脹凸起是不均勻的，往往會(huì)使路面粗糙，和表達(dá)已發(fā)展到將土凍脹敏感性和冬天的粗糙度的變化相聯(lián)系。受影響的路面表面輪廓，其特征在于占主導(dǎo)地位的波長(zhǎng)，已發(fā)現(xiàn)的范圍從10到80米。季節(jié)性的凍脹，可在融化過(guò)程中引起不均勻凸起和土的強(qiáng)度損失，導(dǎo)致密度可能減小，造成路面粗糙，限制排水、路面開裂和惡化。這種影響是否可能取決于路基土是否是凍脹敏感性的，有自由的水分形成冰透鏡，凍結(jié)峰面深度足以穿透路基土。在路面設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)確定凍脹深度來(lái)檢測(cè)凍脹效應(yīng)的影響，如果發(fā)現(xiàn)深度滲透到凍脹敏感性土層，應(yīng)采取措施，以避免或減少凍融問(wèn)題-替換凍脹敏感性土，降低地下水位，在凍脹敏感性土之上用非凍脹敏感性的土增加路面深度，并提供排走多余的水的途徑，如融化水。凍脹防護(hù)可以通過(guò)完全或部分除去凍結(jié)深度以內(nèi)的土，或通過(guò)在設(shè)計(jì)中假設(shè)降低土基模量（從而導(dǎo)致更厚的路面結(jié)構(gòu)，從而將非凍脹敏感性土覆蓋在凍脹敏感性土之上）。2.5膨脹能力土由礦物組成，如蒙脫石組成的土在與水接觸時(shí)會(huì)顯著膨脹。在路基中的這種土的存在會(huì)導(dǎo)致不均勻運(yùn)動(dòng)，表面粗糙，和在路面開裂。受影響的路面占主導(dǎo)地位的波長(zhǎng)已報(bào)道的范圍為3到10米。土的膨脹能力主要取決于粘土顆粒的百分比和塑性指數(shù)PI,如下面的一個(gè)方程（GisiandBandy，1980）所示：S（%）:膨脹能力PI：塑性指數(shù)C：黏土顆粒百分率（尺寸小于0.002mm）a=3.28*10-5，b=2.259，PI<20時(shí)a=2.40*10-5，b=2.573，for21<PI<30時(shí)a=1.14*10-5，b=2.559，for31<PI<40時(shí)a=0.72*10-5，b=2.669，PI>40時(shí)總吸力特性曲線也被開發(fā)用于確定土的膨脹能力。膨脹土的存在會(huì)影響路面的性能，降低服務(wù)能力。由于膨脹土的作用，服務(wù)能力隨時(shí)間下降的關(guān)系可以建模為指數(shù)方程。一般來(lái)說(shuō)，膨脹率大于3的土（CBR試驗(yàn)，ASTMD-1883）都需要處理。3結(jié)語(yǔ)路基土的工程性質(zhì)主要從路基填土的角度考慮，不同的土類具有