何俊輝 趙艷納

摘 要：為了研究巖溶地區(qū)高速公路路基荷載對(duì)地基滲流特性影響，以廣西六寨至河池高速公路某段路基為依托工程，采用經(jīng)改良的試驗(yàn)儀器對(duì)土樣開展試驗(yàn)研究，并基于此建立了滲透系數(shù)與土壓力的關(guān)系式。研究結(jié)果表明，隨著路基填筑高度的增加，地基覆蓋層滲透性顯著增大，該研究具有重要的理論與工程實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)；荷載；滲透系數(shù)；孔隙比

前言

高速公路因?yàn)榈匦尾煌瑢?dǎo)致不同路段路基的填筑材料不同、填土厚度不同、結(jié)構(gòu)形式不同，因而不同路段的荷載壓力亦存在著差異。不同荷載作用下，土體的滲透性差異較大，導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性變化。因此，深入研究路基填土高度變化與地層滲透性的關(guān)系在高速公路建設(shè)中意義較大。為此，文章以廣西六寨至河池高速公路某段路基為依托工程，對(duì)試驗(yàn)儀器進(jìn)行改良后，開展了荷載與滲透系數(shù)關(guān)系的試驗(yàn)研究，并基于此建立了滲透系數(shù)與土壓力的關(guān)系式。

1 試驗(yàn)方案

文章對(duì)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的滲透試驗(yàn)儀器進(jìn)行了改良，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是增設(shè)加壓裝置，可滿足不同壓力荷載的試驗(yàn)。二是改進(jìn)筒的尺寸和構(gòu)造，儀器高35厘米，內(nèi)徑10厘米；具體如圖1、圖2 所示。本試驗(yàn)土樣取自六寨至河池高速公路路基填土，取樣土分1與2兩組，土樣顆粒組成為黏土，每組進(jìn)行3次不同荷載作用的滲透系數(shù)試驗(yàn)。

圖1 改良滲透儀試驗(yàn)設(shè)備圖

圖2 增設(shè)加壓設(shè)備圖

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 滲透系數(shù)試驗(yàn)

經(jīng)從0至300kpa壓力施壓，得出各土樣的滲透系數(shù)數(shù)值，具體數(shù)據(jù)見表1。

應(yīng)用數(shù)據(jù)分析軟件擬合壓力與滲透系數(shù)的關(guān)系，得出擬合方程：

其中：k為滲透系數(shù)；p為壓力；A1為零荷載時(shí)的滲透系數(shù)，A2為極限荷載時(shí)的滲透系數(shù)；x0為滲透系數(shù)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的壓力；△x為斜率，擬合方差如表2所示，從表中可以看出，壓力與滲透系數(shù)曲線擬合的相關(guān)性很好，能夠反映壓力與滲透系數(shù)的關(guān)系。

表2 各壓力下擬合相關(guān)性

2.2有壓滲透試驗(yàn)

利用典型覆蓋型巖溶區(qū)上覆的高液性紅黏土（塑限wp= 30.2%，液限wL=58%）進(jìn)行有壓滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同荷載下土樣滲透性測(cè)試結(jié)果

圖4 加載過程孔隙比與滲透系數(shù)變化曲線

（1）由圖3可以看出，荷載與對(duì)不同壓實(shí)度條件下的地基土滲透系數(shù)的影響不同。在某一壓實(shí)度下，滲透系數(shù)隨著荷載的增加先急劇增大，而后增加的速度變緩，荷載與滲透系數(shù)出現(xiàn)S型的變化關(guān)系。

（2）當(dāng)土基壓實(shí)度的增大時(shí)，荷載與土基滲透系數(shù)的關(guān)系呈遞減狀態(tài)，說明當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到一要求時(shí)，荷載對(duì)土基滲透系數(shù)的影響不顯著。從試驗(yàn)結(jié)果來看，當(dāng)壓力為120KPa時(shí)，滲透系數(shù)開始顯著增加，尤其是當(dāng)荷載達(dá)到300Kpa以上時(shí)，土基滲透系數(shù)則變?yōu)槠骄彽那€。

（3）從圖4可知，土基滲透系數(shù)隨著土基孔隙比增大而顯著增加，從圖中看出，孔隙比在0.5時(shí)，滲透系數(shù)為0.23，孔隙比為0.6時(shí)，滲透系數(shù)為1.36，說明孔隙比對(duì)土基滲透系數(shù)的的影響較明顯，孔隙比對(duì)土基滲透系數(shù)的影響幅度隨初始孔隙比的增大而顯著增大。

（4）由圖3可見，在初始荷載為零時(shí)，壓實(shí)度為84%的滲透系數(shù)是壓實(shí)度為92.8%的滲透系數(shù)的12倍，在荷載增加到300kPa時(shí)，壓實(shí)度為84%土樣的孔隙比e = 0.48明顯大于壓實(shí)度為92.9%土樣的孔隙比e = 0.37，而84%壓實(shí)度土樣的滲透系數(shù)卻遠(yuǎn)小于92.8%壓實(shí)度土樣的滲透系數(shù)，說明孔隙比相同的土樣在荷載作用不同時(shí)，滲透系數(shù)存在明顯差異，滲透系數(shù)的變化是孔隙比與荷載作用的共同函數(shù)。

3 結(jié)束語

（1）通過測(cè)試荷載作用對(duì)土體滲透性影響的試驗(yàn)，建立了路基壓力p與地基滲透系數(shù)k的關(guān)系式，二者間存在曲線關(guān)系。

（2）荷載對(duì)地基土滲透系數(shù)的影響隨著壓實(shí)度不同而不同，壓實(shí)度不高的時(shí)候，土基滲透隨著荷載增加而急劇增加，當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到一定的時(shí)候，荷載對(duì)土基滲透系數(shù)影響不明顯。

（3）孔隙比對(duì)滲透系數(shù)的影響明顯，其影響幅度隨初始孔隙比的增大而增大，滲透系數(shù)的變化受到孔隙比與荷載的共同作用。

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作者簡介：何俊輝（1981-），男，河南信陽，碩士研究生，廣西交通投資集團(tuán)有限公司工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理與科研工作。