一种评价软岩路堤填筑质量的方法技术

本发明专利技术公开了一种评价软岩路堤填筑质量的方法，步骤是：1、路基填筑前取代表性软岩试样，对其依次进行0、1、3、5次干湿循环试验，并在每次干湿循环试验后对其进行筛分试验，求取相应粒组分维数；2、检测路基的最后两遍压实沉降差；3、对现场压实后的软岩试样进行筛分试验，确定其粒组分维数；4、根据步骤2的检测结果，并结合步骤1和步骤3所得的粒组分维数比较结果，对软岩路堤填筑质量进行综合性评价。此方法考虑到公路长期运营过程中气候变化对软岩路基填料的长期影响，将现场碾压后的粒组状态与受多次干湿循环效应影响后才长期相对稳定的粒组状态之间建立了比较基准，相对于一般的物理力学填筑指标，评价效果更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于道路路基填筑质量评价领域，更具体涉及一种评价软岩路堤填筑质量的方法。适用于各类软岩填料填筑道路路堤的质量评价。
技术介绍
关于路堤填筑压实质量，国内外提出了多种压实检测方法和检测指标，不同的行业和部门采用的指标不同，这些指标可分为二类：一类是物理指标，包括压实度、相对密实度、孔隙率等。这些指标能准确地反映填土被压实的程度，是路堤填筑压实质量检验中使用历史最久，应用最广的检验指标，但这些物理指标仅能间接反映填料的力学性能。第二类是力学指标，主要包括地基系数K30、二次变形模量Ev2、动态变形模量Evd、CBR、回弹模量等。由于这些指标直接反映路堤填土的强度、变形性能。因此，可根据这些指标直接评价路堤的承载能力和抗变形能力，判断能否满足线路上部结构的要求。然而，对于软岩路堤，常规的填筑压实质量检测方法、控制指标及质量评价方法存在如下几个问题：1)软岩种类繁多，岩性各不相同，风化程度也不一样，粒径相差悬殊，不论是采用物理指标还是力学指标进行质量检测，测试数据都非常离散，不能作为很好的评价依据。2)软岩填料具有易崩解的特性。目前采用的检测和评价方法，都是基于检测时的工程状态，未能与软岩路堤投入运营后的长期状态联系起来。部分软岩填料具有难以破碎却易于崩解的特性，用其填筑路堤时，即使物理指标和力学指标检测时都满足设计要求，经历几个雨季后，路堤仍会产生较大的工后沉降。Mandelbrot于1982年创立了分形几何学，为描述繁杂的社会生活和自然景象，以及探索物质世界背后的复杂机制提供了简洁的工具，系统在局部以某种方式与整体相似是分形最基本的特征。其后，Freisen等用它来描述岩土工程领域中岩土粒子的孔隙面积；Brakensiek等用于描述孔隙尺寸分布；Matsushita等将其用于岩土的颗粒分布描述；我国自20世纪80年代起，王谦源等将分形几何应用于岩石微结构的不规则性描述，建立了岩石分形力学，在裂纹的拓展、节理力学、损伤统计强度理论、破碎等问题的研究上取得了突破性进展。刘晓明、苏永华、赵明华等人的研究表明，软岩的崩解破碎过程具有自相似性，可以用分形 理论来描述，崩解破碎后颗粒的质量-粒度存在一定的关系，可以利用这种关系对不同岩性的软岩崩解破碎状态进行评价。室内试验表明，在经历5次干湿循环后，软岩崩解物的颗粒粒度变化逐渐趋于缓慢。这是因为随着软岩崩解过程的发展，颗粒整体粒径不断减小，小颗粒数目不断增多，但小颗粒内部缺陷较少，强度较大，继续发生破碎所需要的能量和时间都很大，所以，当崩解破碎到一定程度后，崩解破碎过程将趋于停滞。因此可以将软岩填料5次干湿循环后的粒组状态，视为软岩填料的长期相对稳定状态。基于以上理论及试验成果，通过将软岩填料现场碾压后的粒组状态与其长期相对稳定时的粒组状态之间建立比较基准，并结合现场压实效果的检测，从而实现软岩路堤填筑质量的评价。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，为弥补现有软岩路堤填筑质量评价方法的不足，目的是在于提供了一种评价软岩路堤填筑质量的方法。该方法考虑到公路长期运营过程中气象变化对软岩路基填料粒组的影响，并将软岩填料室内5次干湿循环试验后的粒组状态视为软岩填料长期相对稳定状态，通过将软岩填料现场碾压后的粒组状态与其长期相对稳定状态时的粒组状态之间建立比较基准，并结合现场压实效果的检测，从而实现软岩路堤填筑质量的评价。软岩种类繁多，岩性和风化程度各异，崩解性能也各不相同，此方法能够实现对各类软岩填料的路堤填筑质量的评价。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种评价软岩路堤填筑质量的方法，其步骤是：步骤1、路基填筑前取代表性软岩试样，对其依次进行0、1、3、5次干湿循环试验，并在每次干湿循环试验后对其进行筛分试验求取相应粒组分维数(D0、D1、D3、D5)和相关系数；步骤2、检测软岩路堤最后两遍压实沉降差S；步骤3、对现场压实后的软岩试样进行筛分试验，求取相应粒组分维数(Dx)和相关系数；步骤4、对步骤1和步骤2中求得的分维数进行比较，并结合步骤3中检测的路基压实沉降差指标对软岩路堤填筑质量进行综合性评价。所述步骤1中代表性软岩试样，是指在路堑挖方段或取土坑任意挖取拟用来 填筑路堤的最大粒径小于300mm软岩试样200kg，再用四分法取出两份，每份约50kg，分别记为“第1组”和“第2组”软岩试样。所述步骤1中干湿循环试验过程为：不进行浸水饱和烘干失水的操作(直接对软岩试样进行筛分试验)，此为0次干湿循环试验；将同组筛分后的软岩试样重新混合均匀放入托盘(托盘尺寸：60cm×40cm×4cm，每个托盘约装15～20kg软岩试样)，将托盘放入水槽，并缓慢注入清水使水面高于软岩试样5mm以上，浸泡10－15h，完成浸水饱和过程，之后将同组装有软岩试样的托盘同时放入烘箱烘干，完成失水过程，烘箱温度设为45—50℃，烘干时长定为20－25h，烘干后冷却至室温(20－25℃，以下相同)，取出。此为1次干湿循环试验。再重复此干湿循环试验两次既是完成了第3次干湿循环操作，以此类推。所述步骤1和步骤3中的筛分试验，所需试验仪器有：(1)圆孔筛，孔径100mm，80mm，60mm，40mm，20mm，10mm，5mm，2mm，1mm，0.5mm；0.25mm，0.1mm；(2)磅秤，称量500kg，最小分度值200g；称量100kg或50kg，最小分度值50g；(3)台秤，称量10kg，最小分度值5g；(4)天平，称量5000g，最小分度值1g；称量200g，最小分度值0.01g。将软岩试样进行筛分，分别计算不同粒径软岩试样质量占软岩试样总质量的百分比，形成表1。表1软岩填料筛分试验记录表粒径(R：mm) 300 100 80 60 40 20 10 5 2 1 0.5 0.25 0.1 小于该粒径的质量百分比(M/MT：％) 对表1中的数值求对数得到表2。表2软岩填料筛分试验筛孔直径与粒组质量百分比对数表Log(R) 2.477 2.000 1.903 1.778 1.602 1.301 1.000 0.699 0.301 0 -0.301 -0.602 -1 Log(M/MT) 在上述方案中，所述干湿循环试验前后每组软岩试样的质量损失部分应计入筛分试验粒径小于0.1mm的软岩试样质量中。所述步骤1和步骤3中的软岩试样粒组分维数和相关系数可以通过最小二乘法对筛分试验数据进行线性拟合得出。相关研究表明软岩崩解破碎后颗粒的质量-粒径存在如式(1)所示的关系： M ( r R ) M T = ( R R T ) 3 - D - - - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评价软岩路堤填筑质量的方法，其步骤是：步骤1、路基填筑前取代表性软岩试样，对其依次进行0、1、3、5次干湿循环试验，在每次干湿循环试验后对其进行筛分试验，并求取相应粒组分维数D0、D1、D3、D5和相关系数；步骤2、检测软岩路堤的最后两遍压实沉降差S；步骤3、对现场压实后的软岩试样进行筛分试验，确定相应粒组分维数Dx和相关系数；步骤4、根据步骤2中检测的软岩路堤最后两遍压实沉降差S，结合步骤1和步骤3中求得的粒组分维数比较结果，对软岩路堤填筑质量进行综合性评价；所述的步骤1中代表性软岩试样，是指在路堑挖方段或取土坑任意挖取拟用来填筑路堤的最大粒径小于300mm软岩试样200kg，再用四分法取出两份，每份50kg，分别记为第1组和第2组软岩试样；所述步骤1中干湿循环试验过程为：不进行浸水饱和烘干失水的操作此为0次干湿循环试验；将同组筛分后的软岩试样重新混合均匀放入托盘，将托盘放入水槽，并注入清水使水面高于软岩试样5mm，浸泡10－15h，完成浸水饱和过程，将同组装有软岩试样的托盘同时放入烘箱烘干，完成失水过程，烘箱温度设为45—50℃，烘干时长定为20－25h，烘干后冷却至室温，取出，为一次干湿循环试验，再重复此干湿循环试验两次完成了第三次干湿循环操作，以此类推；所述步骤1和步骤3中的筛分试验，试验仪器有：(1)圆孔筛，孔径100mm，80mm，60mm，40mm，20mm，10mm，5mm，2mm，1mm，0.5mm；0.25mm，0.1mm；(2)磅秤，称量500kg，最小分度值200g；称量100kg或50kg，最小分度值50g；(3)台秤，称量10kg，最小分度值5g；(4)天平，称量5000g，最小分度值1g；称量200g，最小分度值0.01g，将软岩试样进行筛分，分别计算不同粒径软岩试样质量占软岩试样总质量的百分比；所述的干湿循环试验前后每组软岩试样的质量损失部分应计入筛分试验粒径小于0.1mm的软岩试样质量中；所述的步骤1和步骤3中的软岩试样粒组分维数和相关系数通过最小二乘法对筛分试验数据进行线性拟合得出，相关研究表明软岩崩解破碎后颗粒的质量‑粒径存在如式(1)所示的关系：式中：R为某级筛孔直径，M(r＜R)为粒径小于R的颗粒质量；MT为颗粒总质量，RT为颗粒的平均粒径，D为试样的粒组分维数；将式(1)两侧同时取对数，得：上式变化为：令log(R)＝x，则上次改写为y＝a+bx，其中a＝(D‑3)log(RT)，b＝3‑D，b值通过最小二乘法对颗粒分析实验数据进行线性拟合得出，即则粒组分维数相关系数其中n为有效的筛孔孔径个数，在相应粒径范围内，测得的M(r＜R)值发生了明显变化，在粒径范围之外，测得的M(r＜R)值无变化或变化很小；r表示两变量之间的函数关系与线性的符合程度，r∈[‑1,1]；|r|→1，x、y间线性关系好，|r|→0，x、y间无线性关系；所述步骤1的实施步骤：步骤1.1：取最大粒径小于300mm代表性软岩试样200kg，再用四分法取出两份，每份50kg，分别记为第1组和第2组软岩试样；步骤1.2：对标记好的第1组和第2组软岩试样进行0次干湿循环试验，接着进行筛分试验，并填写软岩填料0次干湿循环后筛分试验记录表、软岩填料0次干湿循环筛分试验筛孔直径与粒组质量百分比对数表；步骤1.3：对步骤1.2中的0次干湿循环软岩试样进行一次干湿循环试验，完成第1次干湿循环操作，接着进行筛分试验，并填写软岩填料1次干湿循环后筛分试验记录表、软岩填料1次干湿循环筛分试验筛孔直径与粒组质量百分比对数表；步骤1.4：对步骤1.3中的1次干湿循环软岩试样进行两次干湿循环试验，完成第3次干湿循环操作，接着进行筛分试验，并填写软岩填料3次干湿循环后筛分试验记录表、软岩填料3次干湿循环筛分试验筛孔直径与粒组质量百分比对数表；步骤1.5：对步骤1.4中的3次干湿循环软岩试样进行两次干湿循环试验，完成第5次干湿循环操作，接着进行筛分试验并填写软岩填料5次干湿循环后筛分试验记录表、软岩填料5次干湿循环筛分试验筛孔直径与粒组质量百分比对数表；步骤1.6：将步骤1.1～步骤1.5测得试验数据整理成不同干湿循环次数软岩填料颗粒级配曲线，确定软岩填料在干湿循环状态下颗粒粒径变化范围和筛孔孔径个数n；所述的步骤2中软岩路堤最后两遍压实沉降差，在压路机自重不小于20吨，分层压实层厚不大于400mm的条件下测得；所述步骤2中软岩路堤最后两遍压实沉降差，对于填筑完成的每100m长或每2500m2路基，选取不少于两个断面，每个断面布置不少于5个点，用水准测量仪分别测出各检测点经倒数第二遍压实后的标高Hm1和经最后一遍压实后的标高Hm2，两标高之差为各检测点最后两遍压实沉降差，取各检测点最后两遍压实沉降差平均值作为该段路基最后两遍压实沉降差S，m表示...

【技术特征摘要】
1.一种评价软岩路堤填筑质量的方法，其步骤是：步骤1、路基填筑前取代表性软岩试样，对其依次进行0、1、3、5次干湿循环试验，在每次干湿循环试验后对其进行筛分试验，并求取相应粒组分维数D0、D1、D3、D5和相关系数；步骤2、检测软岩路堤的最后两遍压实沉降差S；步骤3、对现场压实后的软岩试样进行筛分试验，确定相应粒组分维数Dx和相关系数；步骤4、根据步骤2中检测的软岩路堤最后两遍压实沉降差S，结合步骤1和步骤3中求得的粒组分维数比较结果，对软岩路堤填筑质量进行综合性评价；所述的步骤1中代表性软岩试样，是指在路堑挖方段或取土坑任意挖取拟用来填筑路堤的最大粒径小于300mm软岩试样200kg，再用四分法取出两份，每份50kg，分别记为第1组和第2组软岩试样；所述步骤1中干湿循环试验过程为：不进行浸水饱和烘干失水的操作此为0次干湿循环试验；将同组筛分后的软岩试样重新混合均匀放入托盘，将托盘放入水槽，并注入清水使水面高于软岩试样5mm，浸泡10－15h，完成浸水饱和过程，将同组装有软岩试样的托盘同时放入烘箱烘干，完成失水过程，烘箱温度设为45—50℃，烘干时长定为20－25h，烘干后冷却至室温，取出，为一次干湿循环试验，再重复此干湿循环试验两次完成了第三次干湿循环操作，以此类推；所述步骤1和步骤3中的筛分试验，试验仪器有：(1)圆孔筛，孔径100mm，80mm，60mm，40mm，20mm，10mm，5mm，2mm，1mm，0.5mm；0.25mm，0.1mm；(2)磅秤，称量500kg，最小分度值200g；称量100kg或50kg，最小分度值50g；(3)台秤，称量10kg，最小分度值5g；(4)天平，称量5000g，最小分度值1g；称量200g，最小分度值0.01g，将软岩试样进行筛分，分别计算不同粒径软岩试样质量占软岩试样总质量的百分比；所述的干湿循环试验前后每组软岩试样的质量损失部分应计入筛分试验粒径小于0.1mm的软岩试样质量中；所述的步骤1和步骤3中的软岩试样粒组分维数和相关系数通过最小二乘法对筛分试验数据进行线性拟合得出，相关研究表明软岩崩解破碎后颗粒的质量-粒径存在如式(1)所示的关系：式中：R为某级筛孔直径，M(r＜R)为粒径小于R的颗粒质量；MT为颗粒总质量，RT为颗粒的平均粒径，D为试样的粒组分维数；将式(1)两侧同时取对数，得：上式变化为：令log(R)＝x，则上次改写为y＝a+bx，其中a＝(D-3)log(RT)，b＝3-D，b值通过最小二乘法对颗粒分析实验数据进行线性拟合得出，即则粒组分维数相关系数其中n为有效的筛孔孔径个数，在相应粒径范围内，测得的M(r＜R)值发生了明显变化，在粒径范围之外，测得的M(r＜R)值无变化或变化很小；r表示两变量之间的函数关系与线性的符合程度，r∈[-1,1]；|r|→1，x、y间线性关系好，|r|→0，x、y间无线性关系；所述步骤1的实施步骤：步骤1.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静波，吴万平，王云，李云安，张晶，何斌，阮艳彬，谢松林，段亚茹，冉小兵，吕岩松，陈羽，詹永祥，江洎洧，
申请(专利权)人：中交第二公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42