高速公路强风化千枚岩路基填筑技术研究（可编辑）

高速公路强风化千枚岩路基填筑技术研究（可编辑）分类号:U416.110710-2009121241硕士学位论文高速公路强风化千枚岩路基填筑技术研究周雷刚导师姓名职称毛雪松教授申请学位级别硕士学科专业名称道路与铁道工程论文提交日期2012年4月25日论文答辩日期2012年6月8日学位授予单位长安大学StudyonHighlyWeatheredPhylliteFillingSubgradeTechnicalonHighwayADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:ZhouLeigangSupervisor:Prof.MaoXuesongChang’anUniversity,Xi’an,China本文受到中央高校基金项目项目编号CHD2010ZD003和陕西省交通厅科技项目联合资助SupportedbytheCentralCollegeFundProjectCHD2010ZD003andShanXiCommunicationsDepartmentTechnologyProject摘要“十天”高速公路安康东段分布着大量的强风化千枚岩,该填料不仅强度低,而且遇水稳定性很差。目前强风化千枚岩尚未作为路基填料在高速公路中广泛运用。本文以强风化千枚岩填筑路基技术为研究对象,采用室内试验和现场试验相结合的方法,从风化千枚岩改良前后的物理力学性质、路用性能、施工工艺等方面对水泥改良千枚岩填筑路基填筑技术进行了较为系统的研究,主要取得了以下研究成果:(1)针对千枚岩填料进行液塑限试验、筛分试验及CBR测试,结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:该料具有塑性指数小,粘粒含量少、强度和稳定性差的特点;CBR不合格,必须对其进行改良,以满足路基填料的力学性能要求。(2)现场修筑试验路段进行CBR测试,表明千枚岩填料经过水泥改良后,路基的力学性能满足高速公路路基填筑要求。结合弯沉值、压实度、抗渗性能以及回弹模量测试结果,提出了采用4%水泥改良千枚岩填料填筑路堤部分的施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。(3)为了保证千枚岩填筑路基的水稳定性和强度,推荐了千枚岩路床填筑方案,即路床部分采用隧道弃渣+4%水泥改良;基于弹性层状体系理论,采用弯沉反 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 的方法确定了路床部分分层填筑的厚度和层数。(4)提出了千枚岩填筑路基的结构组合,从材料、施工机具、施工方法等方面提出了千枚岩填筑路基的施工工艺和流程。关键词:路基,千枚岩,路用性能,弹性层状体系理论,施工工艺第I页AbstractTheeasternAn-kangsectionofthe―Tendays‖highwaydistributesvasthighlyweatheredphyllite,whichbelongstosoftrockwithlowstrength,anditswaterstabilityisverybad.Atpresent,highlyweatheredphyllitehasnotyetbeenwidelyusedassubgradefillingonhighway.Thisarticlestudiesonsubgradefillingtechnologywithhighlyweatheredphyllite,combinedwithindoortestandfieldtest,systematicstudysubgradefillingtechnologywithcementimprovedweatheredphyllitefromphysicalandmechanicalproperties,pavementperformanceandconstructiontechnologyetcbeforeandaftercementimprovedweatheredphyllite.Thisarticlemainlyobtainsthefollowingresearchresults:Firstly,accordingtoliquidandplasticlimits,screentestandCBRtest,phyllitehasthefollowingcharacteristic:smallplasticityindex,lowclaycontent,badstrengthandstabilityCBRtestisdisqualification.Inordertosatisfymechanicalpropertyrequirementofsubgradefilling,phyllitemustbeimprovedSecondly,accordingtoCBRtestontestsectionoffieldconstruction,mechanicalpropertyofphyllitecansatisfyrequirementofhighwaysubgradeaftercementimprovedCombinedwithtestresultofdeflectionvalue,compactness,impermeabilityandmodulusofresilience,proposetheschemethatphyllitecanbeusedassubgradeafterbeingimprovedby4%cementThirdly,inordertoguaranteewaterstabilityandstrengthofphyllite,Articlerecommendsphylliteroadbedfillingscheme.Inotherwords,roadbedfillingusetunnelabandondregand4%cement.Basedonmulti-layerelasticsystemtheory,makesureroadbedstratifiedfillingthicknessandnumberofpliesbydeflectionbackanalysisFinally,Putforwardsubgradestructuralcombinationfilledwithphyllite,atthesametime,comeupwithconstructiontechnologyandprocessfrommaterial,constructionequipmentandconstructionmethodKeyWords:subgrade;phyllite;pavementperformance;multi-layerelasticsystemtheory;constructiontechnology第II页目录第一章绪论11.1研究背景和目的.11.2软岩的定义11.3国内外研究现状.31.3.1国外研究现状31.3.2国内研究现状41.3.3研究现状分析61.4研究内容.61.5技术路线.7第二章千枚岩原岩及填料试验研究.82.1千枚岩原岩成份分析82.2千枚岩原岩强度测试92.2.1单轴抗压强度92.2.2点荷载强度112.3千枚岩填料的土工试验122.3.1颗粒分析122.3.2液限和塑限132.4千枚岩填料的CBR测试142.5改良后填料的标准击实试验162.5.1标准击实方案.162.5.2标准击实结果.162.5.3试验结果分析.182.6改良后填料的CBR测试192.7改良后填料的无侧限抗压强度222.8本章小结23第三章千枚岩填筑路基路用性能分析.253.1试验路简介.253.2筛分试验253.3现场压实度测试263.3.1压实度简介263.3.2测试结果273.3.3影响因素273.3.4提高措施283.4弯沉值测试.303.5渗水试验303.6现场承载板试验333.6.1测试方法333.6.2控制荷载的确定343.6.3试验结果分析.363.7本章小结36第四章弹性层状体系理论控制路床施工技术.38第III页4.1风化千枚岩填筑路基结构的确定.384.2弹性层状体系理论概述394.3路床底面回弹模量的确定.434.4弯沉反分析方法464.5路床施工控制技术.474.5.1路床各层弯沉值474.5.2短龄期路床单层回弹模量的确定474.5.3施工控制弯沉的确定.504.5.4路床施工控制方案514.6实际工程验证534.7本章小结53第五章水泥改良千枚岩路基施工工艺.555.1施工准备555.1.1试验要求555.1.2材料要求555.1.3机械要求575.2路基施工工艺575.2.1路堤施工工艺.595.2.2路床施工工艺.645.3施工质量控制要点.665.3.1路堤质量控制要点665.3.2路床质量控制要点675.4本章小结67第六章结论686.1主要结论686.2进一步研究及建议.68参考文献70攻读学位期间取得的研究成果74致谢.75第IV页长安大学硕士学位论文第一章绪论1.1研究背景和目的随着我国西部大开发政策的实施,公路、铁路等交通建设及水利水电工程迅猛发展,特别是公路建设重点已经开始自东向西转移,越来越多的高速公路已进入山岭重丘区。山岭重丘的地形,决定了公路路基高填深挖现象将变得极为普遍,路基填料的需求量很大,加之交通运输不便,因此对于公路路基填料的选择问题需要结合山区当地实际情况就地取材。湖北省十堰市至甘肃省天水市高速公路(以下简称“十天”线)安康东段穿越秦岭造山带南部,涉及地层时代有古生界泥盆(D)、志留系(S)、奥陶系(O)、[1]石炭系(C)、二迭系(P)的变质岩系,中生界三迭系西康群,新生界第四系。以古生界变质地层为主,并出露硅质板岩、千枚岩和绢母粉砂质片岩等岩石。大部分岩石多呈薄层状构造,节理裂隙极为发育,岩体极易破碎,多切割呈碎块状或薄片[2]状,抗风化能力、抗水性及抗变形能力较差。该区气候、地形地质条件复杂,地形陡峭,河谷阶地狭窄,道路崎岖。为了保护环境,大量的隧道和挖方段的废弃千枚岩料需进行处理。在路堤填方段缺少合适的填料来源的情况下,如果能够利用千枚岩弃方作为路堤填料,不仅可以少占耕地农田,减少工程投资,同时也可以保护环境,社会效益,经济效益都很可观。因此如何就地取材,利用风化千枚岩进行路基填筑,以弥补山区路基填料的不足,已成为亟待解决的问题。本文以“十天”高速公路安康东白河段25标段千枚岩填料为研究对象,通过室内试验和现场试验分析千枚岩原岩及填料的物理、力学特性,对其能否作为路基填料进行论证。通过现场铺筑试验路,提出了强风化千枚岩填筑路基的施工工艺、质量控制方法。其研究成果不仅对指导“十天”高速公路安康东段路基的设计与施工具有重要意义,而且对于其他类似工程建设如公路、水坝等具有实用价值。1.2软岩的定义软岩在我国广泛出露,占全国总面积的20%~30%。软岩是介于硬岩和土体之间的一种介质。在世界范围内分布很广,占地球表面岩石50%以上。从60年代到90第1页第一章绪论年代初,关于软岩的概念国内外一直争论不休,其定义多达几十种之多。国际岩石力学学会将软岩定义为单轴抗压强度在0.5至25MPa之间的一类岩石,其分类的依据基本上是强度指标。1981年9月,国际岩石力学学会委托日本力学协会召开了国际软岩学术讨论会,软岩的概念问题被作为重要的议题进行讨论。1984年12月,我国煤炭工业部矿山压力情报中心站、《煤炭学报》编辑部、中国煤炭学会岩石力学专业委员会联合发起煤矿矿山压力名词讨论会,这次会议集中了国内矿山岩石力学方面的专家、学者,在昆明会议上专门讨论了松软岩层的定义。但是,在近几年的文献中,关于软岩的概念仍然名目繁多、定义各异,各有其优缺点,总括起来,大体上可分为描述性定义、指标化定义和工程定义这3类。(1)描述性定义[3]1984年12月,在昆明市举行的煤矿矿山压力名词讨论会上提出的定义是,松软岩层是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层。原煤炭工业部矿山压力情报中心站副站长、软岩分站站长、长春煤炭研究所总工程师陆家梁提出,松软岩层系指松散、软弱的岩层,它是相对于坚硬岩层而言的。(2)指标化定义软岩指标化定义的分类依据为强度指标。例如1ISRM国际岩石力学学会,1990,1993定义:软岩是指单轴抗压强度在0.5~25MPa的一类岩石。2G.Russo1994定义:软岩指单轴抗压强度小于17MPa的岩石。3抗压强度小于20MPa的岩层称为软岩。4的岩层称为软岩式中,为单轴抗压强/γH2rr度;γ为岩石容重;H为深度。(3)工程定义考虑到围岩变形和支护难易程度,中国矿业大学董方庭教授提出,松动圈厚度大于1.5m的围岩,称为软岩。鹿守敏教授指出,围岩松动圈大于1.5m,并且用常规支护不能适应的围岩称为软岩。由此可见,国内外对于软岩的定义尚未统一,这严重阻碍了软岩的学术交流和研究的深入。作为软岩的定义,应抽象出前述各家定义的共性规律,抽象出软岩的本质第2页长安大学硕士学位论文[4]特征,力求简明扼要并反映软岩的实质性规律。何满潮在充分研究前人关于软岩概念的基础上,提出了新的软岩概念及其分类体系。为了便于理论研究和工程应用,将软岩分为地质软岩和工程软岩并分别予以定义。地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层。该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质矿岩,是天然形成的复杂地质介质。工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。这个定义揭示了软岩,即取决于工程力与岩体强度的相互关系的相对性实质。[5]地质软岩和工程软岩这两个定义所指的范畴虽有交叉之处,但不是统一的。例如原来坚硬的岩石在高应力作用下可能产生显著的塑性变形和流变,根据地质软岩的定义它不是软岩,而根据工程软岩的定义它是软岩。其次是在工程环境中,只指出工程力不全面。例如影响膨胀性软岩的主要因素是水。第三是松散破碎岩体主要产生流动指岩块或颗粒间的运动,而不是变形,这在定义中没有反映。第四是在同一岩石力学学科中同一概念有两个不同的定义,容易产生混乱。[5]鉴于以上的分析,林育梁认为在工程岩石力学中,软岩应该有统一的定义。他建议这个定义为:在工程环境各种因素作用下,呈现软弱或松散破碎的自然性状,产生显著变形或流动的岩体称为软岩。这个定义相对比较全面,精确。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状日本20世纪60年代就开始对软岩填筑路基的可行性开展了一定的实验研究与工程实践。1965年在东名高速公路挂川段开始使用沉积软岩作为路基填料,随后在中原国道的西宫段、庄原段等相继施工,但在道路运营过程中出现了大量不均匀沉降,其主要原因是沉积软岩发生粉化和表面淋滤后,在列车动荷载作用下易于发生翻浆冒泥。之后,日本学者通过试验研究提出了相应的对策:(1)基床浅表层不采用易粉化的材料,同时增大路基刚度,分散列车荷载以减小基床压力;(2)对于软岩材料[6]粉碎性较大时,采用大型碾压机械进行充分的破碎与碾压。Vazquez针对水泥和石[7]灰改良的千枚岩填料的力学性能进行了试验,分析了改良效果。Garzon进行了千枚[8]岩填料的相关物理、力学试验,分析了矿物成分、强度等工程性质。Mark采用千枚第3页第一章绪论岩作水泥混凝土集料,分析了混凝土试件的物理力学性能,得出了强度随着龄期增长[9]的变化规律。印度的T.Ramamurthy对三种不同来源的千枚岩进行了单轴抗压强度试验,并求出作为围压和定位角 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数的千枚岩物理力学特性曲线,从而根据测定参数,使各向异性的程度得以量化。1.3.2国内研究现状[10]铁路方面,针对武广客运专线沿线遇到大量软质千枚状板岩,朱锦富等在对千枚岩进行矿物成分分析的基础上,进一步对其崩解性、CBR、软化特性、压缩性与膨胀性进行试验研究,并结合击实试验结果,初步得出千枚板岩填筑路基能满足路基沉降稳定的要求及软岩浸水后强度的急剧下降是决定软岩能否作为路基填料的重要依[11]据之一的结论。中南大学的但汉成等人重点分析千枚状板岩的击实工程特性(包括击实特性、抗剪强度、回弹模量、CBR值、渗水特性、压缩特性等)通过实验研究表明千枚状板岩全风化体抗剪强度性能较好,用其填筑路堤边坡稳定;而且能满足[12]路堤在刚度和强度方面的要求。方焘等通过对强风化千枚岩进行抗压、压缩、直剪和三轴试验,获取了其主要力学试验指标,证明了其抗剪强度性能好,可用于填筑路堤边坡稳定,同时对比了浸水前后强度衰减的情况,提出了用软岩填筑路基时需要[13]对其采取良好的排水措施的建议。郑明新等对软岩作为路基填料的可行性进行室内试验研究,在研究分析风化软岩基本矿物成分、液塑限、耐崩解性的基础上,结合风化软岩岩块力学性质和击实试验结果,初步判定风化软岩填筑路基的可行性,同时[14]提出软岩填筑路基可行性的初步判定方法。和民锁等通过研究武广高铁的泥质板岩,得到泥质板岩不具有膨胀特性,机械碾压的碎石料不如机械破碎的合理,机械破[15]碎的碎石料具有更好的耐循环压实特性的结论。陈爱云,郭建湖采用模型试验方法,对不同颗粒级配、不同含水量软岩路堤在准静荷载作用下的变形机理进行了研究,得出了一定的颗粒级配与含水量软岩填筑的路堤,通过压实可以满足路基设计规范技术要求,并通过两种填料级配和含水量情况下的填筑路堤进行较高荷载试验研[16]究,分析了其变形破坏特征。熊跃华等采用相似材料模型试验方法,对长衡长沙?衡阳客运专线用千枚板岩填筑路基进行了机制性试验研究,结果表明用全风化的千枚板岩填筑路基是可行的,但在施工中应控制好填筑质量,并采取措施防水。冯宗[17]禹等探讨了软岩作为填料的标准,认为对软岩作填料不能以风化与否作为可用与否的判断指标,不合用的软岩填料经过碾压加工及加大碾压力或增多碾压遍数等方法第4页长安大学硕士学位论文[18]是有可能达到工程要求的,就可以采用。豆小天等人结合兰渝铁路西秦岭隧道高地应力千枚岩地层斜井进正洞岔口地段施工技术及变形处理的工程实践,总结了径向注浆、临时支撑等变形处理措施,有效地抑制围岩变形;分析了千枚岩地层走向与变形的关系,对该类围岩的施工技术参数及断面设计提出建议,对类似围岩地段的变形防治提供参考。[2]公路方面,长安大学毛雪松教授通过对“十天”高速公路白河县千枚岩填筑路基改良技术进行研究,详细分析了千枚岩改良前后其强度、击实特性、CBR、以及[19]现场回弹模量,得出了其经改良可以用做路堤填料的结论。张德佳等选取云南安楚高速公路9标段填方红层软岩为研究对象,通过离心模型试验,分析在不同地基坡度、上覆路堤土层厚度、路堤高度等条件下,路堤边坡变形、沉降及土压力变化规[20]律,阐述加筋对边坡稳定性的影响。刘新喜等在分析软岩矿物成分的基础上,对强风化软岩的压实特性和湿化变形特性进行分析,发现提高压实度,湿法填筑是减少填料湿化变形的有效途径;其成果为湘潭市昭山大道路基填筑设计提供了理论依据,[21]可用于高等级公路路基填筑。张新华以锦阜高速公路祥堪钻探资料及单轴饱和抗压强度试验资料为依据,对该地区基岩岩体物理力学特性进行分析,对锦阜高速公路[22]软质岩进行工程地质评价,提出了软岩的处理原则。中南大学的郭乃正针对湖南省常德吉首高速公路中存在较多的红砂岩大颗粒高填方路基强夯加固问题进行研究,研究发现夯沉量随夯击次数的增加而逐渐减小,强夯后土体的压缩模量提高[23]15%,并最终提出了切实可行的设计方案,收到预期效果。韩伟结合室内击实试验与施工段现场沉降观测试验,深入分析了风化岩路基沉降随时间的变化规律;同时对[24]风化岩填料路基的边坡防护进行了分析并揭示风化岩填料路基的工程性质。胡新民对湖南省衡阳市至枣木铺高速公路遇到的红砂岩进行路用试验分析,并采取相应的工程技术措施对红砂岩进行处治,大大改善了红砂岩的路用性能;并提出了高速公路红[25]砂岩路基的施工技术、质量检测与控制。江西理工大学的何书结合现场勘察,分析高密集片理结构千枚岩边坡的变形特性,揭示了该类边坡岩体的失稳模式,并综合[26]对该边坡的变形破坏机制及发展趋势进行了分析。邓觐宇针对红砂岩的物理力学性质及其路用性能,结合大量的室内和现场试验研究,提出了红砂岩用作高速公路路[27]基填料所应采取的一些处理措施。湖南大学的赵明华教授对红层软岩进行试验分析并研究其崩解机理,结果表明:崩解机理与软岩中的粘土矿物含量有一定关系;崩第5页第一章绪论解后承载比、吸水量、渗水系数、回弹模量均与孔隙比呈现良好的曲线关系;完全崩解后,材料性质稳定,压实度达到95%后可满足公路路基填料的要求。武汉理工大[28]学的刘新喜对湖南湘潭市昭山大道系107国道高等级公路强风化软岩高填方路堤边坡的稳定性进行研究,探讨了降雨强度、持续时间和压实度对边坡稳定性的影响;其成果将为高填方路堤边坡防护设计提供科学依据。1.3.3研究现状分析根据上述分析,发现强风化千枚岩填筑路基,主要用于高速铁路或者低等级公路中,而高级公路由于对其路用性能的分析不是很透彻,所以使用较少。而且现有规范在应用强风化千枚岩填筑路基这方面还是一片空白,对于风化类石料填筑路基缺乏相应技术标准和要求,以及施工碾压技术和施工监测技术。因此,现有公路铁路的建设,仅是参考其它类似材料的施工工艺进行施工,在实践中摸索前行。本文以实体工程“十天”高速公路为依托,对风化千枚岩填筑路基的施工技术进行了深入探讨。1.4研究内容“十天”高速公路安康东段的优质填料比较缺乏,风化千枚岩分布广泛,隧道弃渣和路堑挖方无处堆砌,为了节约投资,保护环境,扩大可使用的填料范围,需要对千枚岩填料进行改良。本文通过收集前人研究成果,采用室内试验、现场试验及数值计算等方法,针对强风化千枚岩填筑的路基进行了系统的研究,基本内容如下:(1)千枚岩原岩及填料室内试验研究通过现场取料,进行室内试验,针对千枚岩原岩进行了物质组成、强度、液塑限的分析;进行千枚岩填料改良前后标准击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验,分析了千枚岩的物理力学性质和工程特性。(2)千枚岩填筑路基路用性能分析以试验路为依托进行现场试验,通过级配,压实度、弯沉值、渗水系数、土基回弹模量等参数评定改良千枚岩填筑路基后的路用性能。(3)弹性层状体系理论控制路床施工技术为了满足路床顶面施工检测的要求,采用弹性层状体系理论,在实测路床底面弯沉的基础上,确定路床的分层填筑厚度及层数。第6页长安大学硕士学位论文(4)水泥改良千枚岩路基施工工艺根据千枚岩填料的室内试验分析结果,以试验路为依托,提出水泥改良千枚岩填筑路堤和水泥改良未筛分碎石填筑路床的施工工艺和流程,以及施工过程中 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 。1.5技术路线技术路线如图1.1所示:风化千枚岩填筑路基研究资料收集现场调研整理分析矿物成份分析压实度室现内场强度分析弯沉值试路验用CBR试验渗水试验研性究能标准击实试验承载板试验分析弹性路床层状施工弹性层状体系理论体系控制控制路床施工技术理论技术路基填筑施工工艺图1.1技术路线第7页第二章千枚岩原岩及填料试验研究第二章千枚岩原岩及填料试验研究“十天”高速公路安康东白河段A-CD25标段(K18+950?K23+070),全长4.12km,其中路基工程全长3.116km,沿线主要为风化千枚岩。而这些出露的风化千枚岩的抗风化能力、抗水性、抗变形能力与其母岩一样,性质不稳定、变异性大,遇水、风化后其强度急剧下降。能否用这种材料填筑路堤,对路堤稳定性影响如何,是一个亟待解决的问题。本章通过对千枚岩原岩的物理力学性质及其填料的工程性质进行研究,论述千枚岩填料填筑路堤的可行性。2.1千枚岩原岩成份分析矿物成份是影响岩石力学性质的关键因素。目前采用的方法有X?射线的衍射分析法,质谱分析法、电镜扫描法等方法。由于电镜扫描SEM具有高分辨率、放大倍数大、景深大和样品制作简单等特点,在现代固体材料微区形貌和细观结构分析中得[29]到了广泛应用,在岩相鉴定和细观结构构造研究方面也取得了极好的应用效果。本文对采集回来的现场填料进行了磨片电镜分析,得到千枚岩的矿物成份组成如表2.1所示。表2.1千枚岩矿物成份组成表矿物成分质量分数(%)石英41?43%白云母46?49%黑云母3?5%石榴石3?5%不透明铁矿2?3%[2]由千枚岩矿物成份组成表2.1可以看出:该岩石主要由云母和石英构成,其中白、黑云母约占50%,石英约占42%。石英是比较稳定的矿物成分,石英含量越高,则填料越稳定。白云母如果嵌固在岩块中,则路基没有明显的松弛效应产生;若白云母浸水后处于游移状态时,易于剥离,路基容易发生松弛,所以白云母所处状态及它的含量对千枚岩的性质产生很大的影响。第8页长安大学硕士学位论文图2.1电子显微镜下岩样结构从电子显微镜下岩样结构(图2.1)可以看出:岩样呈粒状?鳞片变晶结构,揉皱构造,团块状构造。石英和白云母分别集中呈不规则团块状分布;在石英集合体,团块中混有少量黑云母和大致定向白云母,石英呈粒状变晶结构,无方向性,粒径0.1-0.4mm;黑云母呈片状,粒径0.5-1mm,似变斑晶,具褐红-浅褐多色性;白云母集合体呈鳞片变晶结构,白云母大致定向并呈揉皱构造,显示塑性变形特征,白云母粒径0.1-0.5mm,粒间混有少量石英和不透明金属矿物。2.2千枚岩原岩强度测试岩石的抗压强度试验是所有岩石地基和岩石材料工程必定要测试的重要试验工作。目前测试主要有两种方法:一种是单轴抗压强度,即将试件放到在材料试验机上进行测试,由于此种方法岩石试件的受力状态较好,所以测试精度高,但对试样加工的要求比较严格。另一种方法是点荷载强度。本文通过在25标服务区ZK22+720-ZK22+920取样,进行了这两种方法的强度测试。2.2.1单轴抗压强度岩石饱和抗压强度是指经过饱和处理后的岩石标准试件在单向受压状态下破坏时的极限强度,它取决于岩石的矿物成分、结构和组织。结构和组织越均匀,越致密,[30]矿物颗粒越细,则矿物间的连接越好,岩石的强度越高。岩石试样来源于钻孔岩[31]芯,其制备方式和要求见《工程岩体试验方法标准》。试验中,千枚岩层理非常明显,因此钻孔过程中好多试件都失败了,只有少数几组能够成功。这种方法岩石试件的受力状态较好,测试精度高,但试样需进行严格的加工。岩石试验国际标准规第9页第二章千枚岩原岩及填料试验研究定:试样为由50mm高径比为2:1的圆柱体,这是因为圆柱形试件具有轴对称性,应力分布均匀的特性。(1)测试方法将试样置于NYL?600型压力试验机的承载板中心,调整有球形座的承载板,这样能够使试样受力均匀。试验时加载速度采用0.5~0.8MPa/s加载,当试件破坏时立即停止,还要记录破坏时的荷载值,并注意观察加载过程直至破坏时出现的现象。岩石的单轴抗压强度根据下式进行确定,即2.1R?P/A式中:??为岩石的单轴抗压强度MPa;RP??为破坏时的荷载值载荷N;2A??试样横截面积mm。(2)结果分析经试验,得到了千枚岩完整岩样在天然状态和饱和状态下的单轴抗压强度的试验结果,如表2.2所示。cs表2.2千枚岩的单轴抗压强度软化系数?c天然状态试件的抗压强度饱和状态试件的抗压强度软化试验/MPa/MPa系数ccs编号η单值平均值单值平均值118.5217.4417.8317.934.674.624.534.610.26216.2214.6815.0215.314.353.884.654.290.28317.8716.9218.4317.744.624.244.814.560.26由表2.2可以看出千枚岩的压实难易程度和水稳定性,即千枚岩遇水后,强度降低很多,主要是因为:成型的千枚岩试件多数有裂纹,同时,试件中矿物吸水膨胀并不均匀,从而岩石内部产生的应力也不均匀,进而产生大量的微小孔隙。当岩石与水相互接触时,由于化学腐蚀作用而生成盐,并最终形成结晶物沉淀填充在岩体裂纹、孔隙及裂隙等缺陷上。在空隙不断增加的同时又不断溶蚀,总的变形量不断增加,体[32]积逐渐增大,在岩体裂隙内部产生结晶压力,从而削弱了岩石的强度。千枚岩的软化系数小于0.3,不大于0.75,可见其软化性很强,单轴饱和抗压强度小于第10页长安大学硕士学位论文[33]5MPa,由《岩石与岩体鉴定和描述标准》可知,它属于劣质岩,软化效应强烈,受水影响大,浸水极易软化破碎。2.2.2点荷载强度点荷载法所测的岩石抗压强度,具有试验成本低、时间短、试验样品加工要求不[34]高或不需加工以及在施工现场可随时提供数据的优点。(1)测试方法点荷载试验是将岩石试样置于上、下两个球端圆锥状压板之间,对试样施加集中荷载,直至破坏,然后求得岩石的点荷载强度指数和强度各向异性指数,作为岩石材料强度分类的一种指标试验。试样及加载现场见图2.2。图2.2试样及加载现场岩石的点荷载强度可通过下式确定,即:PI(2.2)s2De式中:?未经修正的点荷载强度指数,MPa;IsP?破坏荷载,ND?等价岩芯等于加载点间距,mm。e(2)结果分析为了分析水对岩体力学性能的影响,分别在天然状态和浸水状态下的点荷载强度进行了测试。根据要求制备四种状态下的四组试样,每组5个样品,总共20个,根据规范要求,读取破坏荷载,再根据公式(2.2)求其平均值,结果如表2.3和图2.3所示。第11页第二章千枚岩原岩及填料试验研究表2.3点荷载强度结果岩样状态点荷载样品1样品2样品3样品4样品5平均值强度/MPa天然状态2.8493.6993.3292.9093.1233.182浸水一天2.5552.6942.6482.1442.4372.496浸水一周1.4651.7961.4711.1251.6531.502浸水一月0.2680.3150.2860.2130.3590.2883.532.521.510.50天然1天1周1月浸水时间图2.3点荷载强度变化过程可见,天然状态下,软岩的点荷载强度仅为3.182MPa,浸水一天,一周,一月后,其强度都有很大程度的衰减,衰减率分别为21.6%,39.8%,80.8%。可见,该软岩水稳性极差,点荷载强度受含水率的影响比较大,必须对其进行改良,同时,还应注意施工时对水的控制和施工后对水害的防治。2.3千枚岩填料的土工试验为了分析千枚岩填料的级配及液塑限变化特性,在25标服务区ZK22+720-ZK22+920取样,对其进行测定。2.3.1颗粒分析在25标服务区,现场填筑的千枚岩经碾压后,取样,进行筛分试验,得到现场填料的筛分结果表2.4和级配曲线图2.4。第12页点荷载强度/MPa长安大学硕士学位论文表2.4筛分结果小于该孔径料质小于该孔径料质孔径/mm分计留筛料质量/g累计留筛质量/g量/g量百分比/%60.0668566851331566.640.077151440056002820.014001580042002110.0115216952304815.25.0102417976202410.12.01034190109905.01.0672196823181.67060504030201006050403020100粒径/mm图2.4级配曲线经检测其d57.4,d32.3,d8.5,从而得到曲率系数C6.75,不均603010s匀系数C2.14,满足规范C在1~3间,C5的要求。uus2.3.2液限和塑限液限和塑限是土体从可塑态过渡到液体状态或脆性固体状态时的界限含水率,是土处于可塑状态的上限含水率和下限含水率,是粘性土两个重要的物理指标,通过计算液性指数、塑性指数,可对细粒土进行工程分类,其准确性涉及土壤定名的正确[35]性,影响土样状态的确定,因此准确测定液限、塑限具有重要意义。千枚岩填料的液限塑限,采用FG??液塑限联合测定仪测试,圆锥下沉深度2mm时所测得的含水率为塑限,圆锥下沉深度17mm时所测得的含水率为液限,结果以百分数表示,准确到0.1%。试验时必须考虑试样最大粒径和闷料时间对测试结第13页通过率/%第二章千枚岩原岩及填料试验研究果的影响。试验前应将岩样用木碾或粉碎机碾碎,过0.5mm筛,加水拌匀装入容器,并置入保湿箱,湿润时间不得少于24h。测试结果如表2.5所示。表2.5千枚岩的液限和塑限液限W%塑限W%塑性指数I闷料最大LPP试验编时间粒径号单值平均值单值平均值单值平均值(h)(mm)120.816.93.9222.119.917.216.04.93.9240.5316.713.92.8[36]按《公路土工试验规程》可知,千枚岩全风化体中的细粒土粒径0.5mm为低液限粉土(ML)。这种土具有塑性指数小、粘粒含量少、强度和水稳定性差,保水性差,易于下渗,土体板结性较差的特点,仅靠压路机的振动很难达到压实要求,[2]在路基填筑中属劣质填料。2.4千枚岩填料的CBR测试[36]根据《公路土工试验规程》进行室内承载比CBR测试。根据每层击实次数30、50、98分为三组,结果见表2.6CBR试验结果和图2.5CBR与干密度关系线。表2.6CBR试验结果压实度对应压实度对应干密度实测CBR设计CBR每层击数压实度%干密度CBR3g/cm%%3%g/cm?3302.155.75932.0001.02502.176.43942.0402.32?4982.218.16962.1224.98?5第14页长安大学硕士学位论文2.25y0.0308x+1.96862R0.97912.212.172.132.092.055.005.506.006.507.007.508.008.50CBR/%图2.5CBR与干密度关系线[37]交通部现行的《公路路基设计规范》对路基的压实度和路基填料的强度均提出了全新的要求,特别是明确提出了路基填料最小强度CBR的要求,见表2.7所示。表2.7高速公路路基填料最小强度要求路面地面以下填料最大填料最小强度压实标准项目分类深度/cmCBR/%/%粒径/mm上路床0~308?96100下路床30~805?96100填方路