羅亨俊等

摘要：鑒于使用細(xì)粒土評(píng)價(jià)土石混填路基材料的性能適用性及合理性不足，通過對(duì)不同粗顆粒含量及不同最大粒徑的30種不同級(jí)配的土石混填材料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，分析了粗顆粒含量與最大粒徑對(duì)混填路基材料的影響?？紤]了密度干涉系數(shù)、校正系數(shù)，提出了新的最大干密度的理論計(jì)算方法。與傳統(tǒng)方法相比，新方法的計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差減小了73%。

關(guān)鍵詞：土石混填路基；壓實(shí)質(zhì)量；最大干密度；粗顆粒

中圖分類號(hào)：U414.03文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： Composition of gradation， changes of moisture content and strength formation mechanism of earthrock mixed materials are different from general fine grained soil， and coarse particle plays a dominant role in it. But when evaluation method of compaction quality of fine grained soil is used to evaluate earthrock mixed materials， the disadvantages of the applicability and rationality are obvious. 30 sets of earthrock mixed materials were picked to carry out the compaction tests in order to analyze the influences of coarse particle content and maximum particle size on the maximum dry density and optimum moisture content of fine grained soil. Parameters such as density interference factor and correction factor were considered， and the calculation methods of maximum dry density were put forward. Relative error decreased by 73% with the new method compared with traditional method.

Key words： subgrade filled with earthrock mixture；compaction quality；maximum dry density；coarse particle

0引言

土石混填路基是指在路基填料中有30%～70%粒徑不小于5 mm的粗顆粒的路基。由于中國高等級(jí)公路逐漸向中西部山區(qū)發(fā)展，土石混填路基成為一種不可避免的路基填筑形式[1]。由于土石混填材料的級(jí)配組成、含水率變化、強(qiáng)度機(jī)理等不同于一般的細(xì)粒土，且粗顆粒含量在其中起主導(dǎo)作用，若在評(píng)價(jià)其壓實(shí)質(zhì)量時(shí)仍使用細(xì)粒土的評(píng)價(jià)方法，必然會(huì)因?yàn)榉椒ǖ倪m用性及合理性不足而導(dǎo)致評(píng)價(jià)有誤差。本文對(duì)土石混填材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度形成機(jī)理等進(jìn)行比較分析，通過大型擊實(shí)試驗(yàn)分析了粗顆粒含量對(duì)土石混填材料性質(zhì)的影響，并從控制對(duì)壓實(shí)質(zhì)量起關(guān)鍵作用的最大干密度出發(fā)，研究了影響最大干密度的因素。將密度干涉系數(shù)、校正系數(shù)等引入到最大干密度理論計(jì)算方法中，進(jìn)一步優(yōu)化了土石混填材料最大干密度的計(jì)算方法[2]。

1土石混填路基材料及其強(qiáng)度形成

1.1土石混填路基的性質(zhì)

土石混填路基主要有以下幾方面的特點(diǎn)。

（1） 與普通路基相比，土石混填路基具有沉陷性小、穩(wěn)定性好、抗剪強(qiáng)度高及滲透性低等優(yōu)點(diǎn)，是一種良好的路基結(jié)構(gòu)形式。

（2） 土石混填路基材料的差異性，不僅表現(xiàn)在巖石種類上，還表現(xiàn)在填料來源、級(jí)配組成及強(qiáng)度機(jī)理等方面。

（3） 在壓實(shí)特性方面，土石混填路基與一般填土路基的差別也比較大，除填料中土、石種類及二者之間的含量不同外，其物理結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性在壓實(shí)成型后也有所不同，因此與常見的填土路基相比有較大的差別[3]。

（4） 在施工工藝方面，土石混填路基與一般填土路基也有顯著不同，普通填土路基施工主要的控制指標(biāo)為層厚度與含水率，而土石混填路基在考慮這兩者的前提下還要考慮填料的最大粒徑、顆粒的強(qiáng)度以及碾壓機(jī)械的性能等因素。

（5） 目前還沒有一個(gè)更為貼近實(shí)測(cè)值的較為準(zhǔn)確的最大干密度計(jì)算方法。

1.2土石混填路基材料的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度形成

圖1土石混填材料三種不同結(jié)構(gòu)連接方式

土石混填路基材料是由石料、水、空氣和土顆粒共同組成的一種較為復(fù)雜的多相體系[4]，其中礦物質(zhì)骨架由粗顆粒形成。影響土石混填路基材料結(jié)構(gòu)的主要因素有：粗顆粒形態(tài)特征（顆粒形狀、顆粒級(jí)配、顆粒大小及顆粒表面風(fēng)化程度等）；土的性質(zhì)（最為重要的指標(biāo)是含水率和塑性指數(shù)）；土和石質(zhì)顆粒的相互作用。其中，土和石質(zhì)顆粒的相互作用有三種表現(xiàn)形式：石質(zhì)顆粒被土結(jié)合料分離，如圖1（a）所示，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要依賴于土的粘結(jié)力；混填材料中相鄰石質(zhì)顆粒間為附著結(jié)合，如圖1（b）所示，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要依靠土的粘聚力和粗顆粒的附著結(jié)合力；混填材料中石質(zhì)顆粒間相互接觸，如圖1（c）所示，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要靠粗顆粒的骨架嵌擠作用。

顆粒間的摩擦力、嵌擠鎖結(jié)力和粗細(xì)顆粒間的粘聚力是土石混填路基材料強(qiáng)度形成的主要原因[5]。工程力學(xué)性質(zhì)不同的顆粒和不同組成比例的顆粒間有類似于瀝青混合料的三種結(jié)構(gòu)類型：懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)和骨架空隙型結(jié)構(gòu)[6]。endprint

2粗顆粒含量及最大粒徑對(duì)土石混填材料性質(zhì)的影響

本文對(duì)圖2所示級(jí)配的土石混填材料進(jìn)行大型擊實(shí)試驗(yàn)，其中試驗(yàn)的土樣粗顆粒含量Pc分別為0%、10%、30%、50%、70%、90%，最大粒徑分別為10、20、40、60、80 mm，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由圖4可知，當(dāng)土石混填材料中的粗顆粒含量Pc在10%～70%時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度可以達(dá)到66%～97%；當(dāng)粗顆粒含量Pc在70%～90%時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度降低到34%～66%。通過分析上述數(shù)據(jù)可知，在Pc值較大時(shí)，細(xì)顆粒處于松散狀態(tài)，這種情況下土石混填路基材料的抗?jié)B透及抗沖刷能力較弱。因此，應(yīng)避免將粗顆粒含量較大的土石混填材料運(yùn)用于路基邊坡處。

2.3對(duì)土石混填材料最佳含水率及細(xì)顆粒含水率的影響

由表1可繪制出如圖5所示的土石混填材料中粗顆粒含量與最佳含水率的關(guān)系曲線，以及如圖6所示的土石混填材料中粗顆粒含量與細(xì)顆粒含水率的關(guān)系曲線。

由圖5可知，土石混填材料的最佳含水率隨著粗顆粒含量Pc的增大而減小，同時(shí)在最大粒徑不同的土石混填材料中，當(dāng)粗顆粒含量Pc相同時(shí)，土石混填材料的最佳含水率幾乎一樣。由圖6可知：當(dāng)粗顆粒含量Pc<70%時(shí)，細(xì)顆粒含水率變化較??；當(dāng)粗顆粒含量Pc>70%時(shí)，細(xì)顆粒含水率變化幅度較大，這時(shí)細(xì)粒土已變成軟塑狀態(tài)。

分別使用式（3）、（10）計(jì)算粗顆粒含量為10%、30%、50%、70%、90%條件下土石混填材料的最大干密度，并對(duì)理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行比較分析。當(dāng)粗顆粒含量為10%時(shí)，不同理論計(jì)算方法所得密度與實(shí)際測(cè)定密度如圖9所示。由圖9可知，引用密度干涉系數(shù)和校正系數(shù)后的理論計(jì)算式式（10）較式（3）的計(jì)算結(jié)果更為接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差較傳統(tǒng)計(jì)算方法減小了73%。由此可知，當(dāng)粗顆粒含量為10%～90%時(shí)，式（10）的計(jì)算值更為貼近實(shí)測(cè)值。

4結(jié)語

本文通過對(duì)6種粗顆粒含量及5種最大粒徑的30組土石混填材料進(jìn)行室內(nèi)大型擊實(shí)試驗(yàn)，分析、比較其結(jié)果后，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1） 由粗顆粒含量與土石混填材料的最大干密

圖9式（3）、式（10）計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)密度

度關(guān)系可知，在實(shí)際工程中，不宜采用細(xì)粒土的最大干密度替代土石混填材料的最大干密度，否則會(huì)降低路基的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 由粗顆粒含量與細(xì)顆粒的壓實(shí)度關(guān)系可知，當(dāng)粗顆粒含量較大時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度較低，處于松散狀態(tài)，導(dǎo)致土石混填材料的抗?jié)B透及抗沖刷能力較弱，所以應(yīng)避免將粗顆粒含量較大的土石混填材料應(yīng)用于路基邊坡處。

（3） 在使用土石混填材料的最大理論干密度計(jì)算公式時(shí)，若考慮密度干涉系數(shù)及校正系數(shù)，其計(jì)算結(jié)果較傳統(tǒng)方法更接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差減小了73%。當(dāng)粗顆粒含量為10%～90%時(shí)，新方法具有更為廣泛的適用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮忠居，張永清.粗粒土路基的壓實(shí)試驗(yàn)[J]. 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，24（3）：912.

[2]王龍，馬松林，徐德興，等.土石混合料的結(jié)構(gòu)分類[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，33（6）：129132.

[3]蔡銘，岳祖潤(rùn)，葉朝良.粗顆粒土混合料最大干密度及壓實(shí)度研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，26（3）：103106.

[4]周志軍.土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量控制方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2006.

[5]姜煒.土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量的室內(nèi)試驗(yàn)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

[6]周志軍，南浩林，張熠.土石混合料路用工程力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，27（5）：1115.

[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint

2粗顆粒含量及最大粒徑對(duì)土石混填材料性質(zhì)的影響

本文對(duì)圖2所示級(jí)配的土石混填材料進(jìn)行大型擊實(shí)試驗(yàn)，其中試驗(yàn)的土樣粗顆粒含量Pc分別為0%、10%、30%、50%、70%、90%，最大粒徑分別為10、20、40、60、80 mm，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由圖4可知，當(dāng)土石混填材料中的粗顆粒含量Pc在10%～70%時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度可以達(dá)到66%～97%；當(dāng)粗顆粒含量Pc在70%～90%時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度降低到34%～66%。通過分析上述數(shù)據(jù)可知，在Pc值較大時(shí)，細(xì)顆粒處于松散狀態(tài)，這種情況下土石混填路基材料的抗?jié)B透及抗沖刷能力較弱。因此，應(yīng)避免將粗顆粒含量較大的土石混填材料運(yùn)用于路基邊坡處。

2.3對(duì)土石混填材料最佳含水率及細(xì)顆粒含水率的影響

由表1可繪制出如圖5所示的土石混填材料中粗顆粒含量與最佳含水率的關(guān)系曲線，以及如圖6所示的土石混填材料中粗顆粒含量與細(xì)顆粒含水率的關(guān)系曲線。

由圖5可知，土石混填材料的最佳含水率隨著粗顆粒含量Pc的增大而減小，同時(shí)在最大粒徑不同的土石混填材料中，當(dāng)粗顆粒含量Pc相同時(shí)，土石混填材料的最佳含水率幾乎一樣。由圖6可知：當(dāng)粗顆粒含量Pc<70%時(shí)，細(xì)顆粒含水率變化較?。划?dāng)粗顆粒含量Pc>70%時(shí)，細(xì)顆粒含水率變化幅度較大，這時(shí)細(xì)粒土已變成軟塑狀態(tài)。

分別使用式（3）、（10）計(jì)算粗顆粒含量為10%、30%、50%、70%、90%條件下土石混填材料的最大干密度，并對(duì)理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行比較分析。當(dāng)粗顆粒含量為10%時(shí)，不同理論計(jì)算方法所得密度與實(shí)際測(cè)定密度如圖9所示。由圖9可知，引用密度干涉系數(shù)和校正系數(shù)后的理論計(jì)算式式（10）較式（3）的計(jì)算結(jié)果更為接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差較傳統(tǒng)計(jì)算方法減小了73%。由此可知，當(dāng)粗顆粒含量為10%～90%時(shí)，式（10）的計(jì)算值更為貼近實(shí)測(cè)值。

4結(jié)語

本文通過對(duì)6種粗顆粒含量及5種最大粒徑的30組土石混填材料進(jìn)行室內(nèi)大型擊實(shí)試驗(yàn)，分析、比較其結(jié)果后，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1） 由粗顆粒含量與土石混填材料的最大干密

圖9式（3）、式（10）計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)密度

度關(guān)系可知，在實(shí)際工程中，不宜采用細(xì)粒土的最大干密度替代土石混填材料的最大干密度，否則會(huì)降低路基的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 由粗顆粒含量與細(xì)顆粒的壓實(shí)度關(guān)系可知，當(dāng)粗顆粒含量較大時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度較低，處于松散狀態(tài)，導(dǎo)致土石混填材料的抗?jié)B透及抗沖刷能力較弱，所以應(yīng)避免將粗顆粒含量較大的土石混填材料應(yīng)用于路基邊坡處。

（3） 在使用土石混填材料的最大理論干密度計(jì)算公式時(shí)，若考慮密度干涉系數(shù)及校正系數(shù)，其計(jì)算結(jié)果較傳統(tǒng)方法更接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差減小了73%。當(dāng)粗顆粒含量為10%～90%時(shí)，新方法具有更為廣泛的適用性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王龍，馬松林，徐德興，等.土石混合料的結(jié)構(gòu)分類[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，33（6）：129132.

[3]蔡銘，岳祖潤(rùn)，葉朝良.粗顆粒土混合料最大干密度及壓實(shí)度研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，26（3）：103106.

[4]周志軍.土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量控制方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2006.

[5]姜煒.土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量的室內(nèi)試驗(yàn)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

[6]周志軍，南浩林，張熠.土石混合料路用工程力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，27（5）：1115.

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2粗顆粒含量及最大粒徑對(duì)土石混填材料性質(zhì)的影響

本文對(duì)圖2所示級(jí)配的土石混填材料進(jìn)行大型擊實(shí)試驗(yàn)，其中試驗(yàn)的土樣粗顆粒含量Pc分別為0%、10%、30%、50%、70%、90%，最大粒徑分別為10、20、40、60、80 mm，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由圖4可知，當(dāng)土石混填材料中的粗顆粒含量Pc在10%～70%時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度可以達(dá)到66%～97%；當(dāng)粗顆粒含量Pc在70%～90%時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度降低到34%～66%。通過分析上述數(shù)據(jù)可知，在Pc值較大時(shí)，細(xì)顆粒處于松散狀態(tài)，這種情況下土石混填路基材料的抗?jié)B透及抗沖刷能力較弱。因此，應(yīng)避免將粗顆粒含量較大的土石混填材料運(yùn)用于路基邊坡處。

2.3對(duì)土石混填材料最佳含水率及細(xì)顆粒含水率的影響

由表1可繪制出如圖5所示的土石混填材料中粗顆粒含量與最佳含水率的關(guān)系曲線，以及如圖6所示的土石混填材料中粗顆粒含量與細(xì)顆粒含水率的關(guān)系曲線。

由圖5可知，土石混填材料的最佳含水率隨著粗顆粒含量Pc的增大而減小，同時(shí)在最大粒徑不同的土石混填材料中，當(dāng)粗顆粒含量Pc相同時(shí)，土石混填材料的最佳含水率幾乎一樣。由圖6可知：當(dāng)粗顆粒含量Pc<70%時(shí)，細(xì)顆粒含水率變化較??；當(dāng)粗顆粒含量Pc>70%時(shí)，細(xì)顆粒含水率變化幅度較大，這時(shí)細(xì)粒土已變成軟塑狀態(tài)。

分別使用式（3）、（10）計(jì)算粗顆粒含量為10%、30%、50%、70%、90%條件下土石混填材料的最大干密度，并對(duì)理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行比較分析。當(dāng)粗顆粒含量為10%時(shí)，不同理論計(jì)算方法所得密度與實(shí)際測(cè)定密度如圖9所示。由圖9可知，引用密度干涉系數(shù)和校正系數(shù)后的理論計(jì)算式式（10）較式（3）的計(jì)算結(jié)果更為接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差較傳統(tǒng)計(jì)算方法減小了73%。由此可知，當(dāng)粗顆粒含量為10%～90%時(shí)，式（10）的計(jì)算值更為貼近實(shí)測(cè)值。

4結(jié)語

本文通過對(duì)6種粗顆粒含量及5種最大粒徑的30組土石混填材料進(jìn)行室內(nèi)大型擊實(shí)試驗(yàn)，分析、比較其結(jié)果后，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1） 由粗顆粒含量與土石混填材料的最大干密

圖9式（3）、式（10）計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)密度

度關(guān)系可知，在實(shí)際工程中，不宜采用細(xì)粒土的最大干密度替代土石混填材料的最大干密度，否則會(huì)降低路基的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 由粗顆粒含量與細(xì)顆粒的壓實(shí)度關(guān)系可知，當(dāng)粗顆粒含量較大時(shí)，細(xì)顆粒的壓實(shí)度較低，處于松散狀態(tài)，導(dǎo)致土石混填材料的抗?jié)B透及抗沖刷能力較弱，所以應(yīng)避免將粗顆粒含量較大的土石混填材料應(yīng)用于路基邊坡處。

（3） 在使用土石混填材料的最大理論干密度計(jì)算公式時(shí)，若考慮密度干涉系數(shù)及校正系數(shù)，其計(jì)算結(jié)果較傳統(tǒng)方法更接近實(shí)測(cè)值，且相對(duì)誤差減小了73%。當(dāng)粗顆粒含量為10%～90%時(shí)，新方法具有更為廣泛的適用性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王龍，馬松林，徐德興，等.土石混合料的結(jié)構(gòu)分類[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，33（6）：129132.

[3]蔡銘，岳祖潤(rùn)，葉朝良.粗顆粒土混合料最大干密度及壓實(shí)度研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，26（3）：103106.

[4]周志軍.土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量控制方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2006.

[5]姜煒.土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量的室內(nèi)試驗(yàn)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

[6]周志軍，南浩林，張熠.土石混合料路用工程力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，27（5）：1115.

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