湿陷性黄土路基力学性质研究及加固机理分析

摘要：为有效预防黄土路基湿陷病害的发生，以宁夏某高速公路黄土路基为试验路段，对黄土路基物理和力学性质进行了分析研究，从而提出适合实验路段的加固处理方法，为黄土路基的病害防治提供科学依据。

Abstract: for the collapsible loess embankment effectively prevent the happening of the disease, with a highway subgrade in loess section for the test of the loess embankment physical and mechanical properties were analyzed, and then puts forward the road for the reinforcement method for the loess embankment disease control to provide the scientific basis.

中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：

我国西北部地区气候干燥，降水量少，蒸发强烈，风成黄土较多。在这些区域修筑高速公路，黄土路基的湿陷性破坏是黄土地区筑路技术中所面临的难题之一。对于湿陷性黄土地区的高速公路建设，无论设计还是施工，稍有不慎，就会造成巨大损失。本文主要以宁夏某高速公路黄土路基为试验段，对黄土路基物理和力学性质进行了分析研究，从而提出适合实验路段的加固处理方法。

1 研究的主要内容和目的

本次研究的主要目的是通过对黄土的化学和矿物成分分析，研究黄土的物理力学性质，为黄土地区的筑路技术提供必要的计算参数，从而为黄土路基的病害防治提供科学依据。

以宁夏某高速公路黄土路基为实验段，取样进行分析研究：(1)黄土的物理性质试验； (2)黄土的化学矿物；（3）黄土的力学性质研究。

黄土的物理性质研究

根据野外黄土颗粒分析来看，实验路段的路基土主要为颗粒小于0.25 mm的粉状黄土，少数土样是以粘粒（

土或以粉砂粒（0.25~0.075 mm）为主的粉砂。说明该区黄土岩性以黄褐色粉土为主。湿陷性黄土主要以粉粒为主。

黄土的物理性质试验结果如表1所示。由表1可知，由于路基土的粉粒含量较高，并含有少量粉砂粒，黄土具有较大的干密度和较小的孔隙比，以及较好的透气性和透水性，所以该黄土具有较低的天然含水量。

表1 黄土物理性质实验

由黄土的稠度分析指标可知，由于黄土的粉粒含量较高，其液限较低，约为20.3%~25.7%，说明该黄土在较低的含水量时即可产生液化，从而导致黄土的湿陷性破坏，这也正是黄土路基容易发生湿陷性破坏的主要原因。

黄土的化学矿物分析

根据野外调查，试验路段黄土中含有大量白色粉沫状可溶盐，对试验路段所在区域的黄土进行取样分析，其含盐量试验结果如表2所示。

表2实验路段含盐量实验结果

由于可溶盐的种类和含量与黄土的成岩作用有关，将严重影响黄土的工程性能。不同土样的试验证明:易溶盐和中溶盐的含量愈高，其湿陷性愈大。当黄土中的氯离子溶解后，能加速CaSO4的溶解， 对颗粒结构具有破坏作用，加速了黄土的湿陷性破坏。难溶盐(CaCO3)在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用。当碳酸钙呈碎屑状分布在黄土中时，它便是黄土中骨架构成的一部分;当它以薄膜状分布或与粘土混合在一起形成聚合体时，它便起胶结作用，此时对黄土的湿陷性起到一定的抑制作用，同时，一旦以此为胶结物的骨架被破坏，将导致湿陷的发生。

黄土的力学性质研究

黄土在自重应力和附加应力共同作用下受水浸湿时将发生急剧的附加下沉，这种现象称为湿陷性。

对实验路段黄土取样分别进行了压缩性实验和击实实验，如图1和表3所示。

图1 含水量与压缩湿陷量关系图

由图1可知天然含水量低的，压缩变形小，反之，如果压缩变形大，湿陷变形就小。对于湿陷黄土，在某级压力下，其压缩变形量总是趋向于一个定值。由表3可知，不同土样的含水量虽然不同，但是其最大干密度的变化不大。

表3 实击实验数据表

2 加固机理分析

目前国内处理湿陷性黄土地基的方法很多，最常采用的地基处理方法有灰土和素土垫层法、强夯法、灰土挤密桩法、冲击压实法、高压旋喷法、深层搅拌桩法等。针对实验路段湿馅性黄土路基的力学性质研究，本路段主要采用冲击压实法进行了加固处理。

冲击压实法具有压实和击实两种功效。冲击压实机由牵引车拖动，靠凸轮瓣对土进行冲击压实，压实后土的密度超出了常规压路机的压实效果，尤其针对本路段湿馅性黄土的特性效果更好。试验过程按10、20、30、40、50、60遍进行冲击压实；每10遍在直线段测点处测定不同遍数的下沉量；获得冲击遍数m与沉降量S的变化规律，如图2所示。

图2 冲击压实变数与下沉量变化曲线

由图2可知，冲击压实60遍以后下沉量为0.12m，效果较好。冲击压实在0～30遍时冲压造成的路基沉降增长较快，30遍以后变化缓慢，40遍后的下沉量变化很小，基本趋于稳定。

3 结论

基于本实验路段的湿馅性黄土路基的分析研究，对该路段湿馅性黄土路基进行了冲击压实的加固处理方法，由实验结果可知：（1）由于黄土路基中粉粒含量较高，使黄土路基在较低含水量时即可产生液化，而高含量的可溶盐也是造成黄土路基产生湿陷性破坏的重要因素；（2）黄土压缩变形小，浸水后的湿陷变形就大，反之亦然；（3）不同黄土路基含水量虽然不同，但其最大干密度却变化不大；（4）冲击压实法在该路段效果良好，冲击碾压40遍为最佳。

参考文献：

[1] 宁夏公路勘察设计院，宁夏黄土地区公路修筑技术与病害防治研究报告[R]，银川：宁夏公路勘测设计院，2001

[2] 关文章，湿陷性黄土工程性能新篇，西安：西安交通大学出版社，1992

[3] 王生新，韩文峰，谌文武，冲击压实法加固湿陷性黄土路基的应用研究[J]，岩石力学与工程学报，2003

[4] 邢玉东等，阜新―朝阳高速公路段湿陷性黄土路基处理方法及效果，吉林大学学报（地球科学版），2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。