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颗粒物质对风积沙压实特性影响研究.pdf

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上传者: so原来如此 2013-03-13 评分 5 0 166 23 754 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《颗粒物质对风积沙压实特性影响研究pdf》,可适用于高等教育领域,主题内容包含ournalofEngineeringGeology工程地质学报//()一.颗粒物质对风积沙压实特性影响研究舒斌于进庆刘桂英官国琳(中交第一公路勘察符等。

ournalofEngineeringGeology工程地质学报//()一.颗粒物质对风积沙压实特性影响研究舒斌于进庆刘桂英官国琳(中交第一公路勘察设计研究院有限公司西安)(中国地质环境监测院北京)(中国地质院水文地质环境地质研究所石家庄)摘要从颗粒物质的角度探讨了风积沙的压实特性和机理。研究表明风积沙的重型击实试验曲线呈“双驼峰”形式表明风积沙具有干压实的特性水在风积沙的压实过程中扮演着不同的作用室内振动试验表明振动加速度及振动时间影响着风积沙“巴西坚果效应”与“反巴西坚果效应”之问的转化从而影响风积沙的振实密度二者均存在一个产生最大振实干密度的最优值。现场试验通过控制机械参数(振幅A=.ram频率fHz)在压实遍的时候可使压实度达到.%CBR值l达到.均能满足《公路路基设计规范》要求。关键词颗粒物质风积沙压实机理重型击实振动压实中图分类号:TU文献标识码:ACoMPACTIONCHARACTERISTICSoFAEoLIANSANDINLABoRAToRYANDFIELDFoRRoADSUBGRADESSHUBinYUJinqingLIUGuiyingGUANGuolin(CCCCFirstHighwayConsultantsCo.LTDXian)(ChinaInstituteofGeoEnvironmentMonitoringBeijing)(TheInstituteofHydrogeologyEnvironmentalGeologycGsShifiazhuang)AbstractThispapertakesaeoliansandasakindofgranularmatterandstudiesitscompactioncharacteristicsintheviewofgranularmateria.Accordingtotheresultsofthelaboratorycompactiontestsacompactioncurveisplottedwhichisquitedifferentfromthatofclayandlookslikeadoublehumpinshape.Thetwopeaksinthecurvemeanthataeoliansandcanbewel.compactedwhetheritisdryorcontentedsomewaterandwaterplaysdifferentpansinthecompactionprocess.AccordingtotheresuhsofvibratingcompactiontestitcanbeknownthatitisvibrationaccelerationandvibrationtimethataffectthetransformbetweenBrazil..nuteffectsandantiBrazilnuteflfects.whichalsoaffectthecompactiondensity.Thereareoptimizationvaluesforbothvibrationaccelerationandvibrationtimeinthatcondition.Aoptimizedcompactiondensitycanbeacquired.Alsofieldcompactiontestswerecarriedoutftheamplitudeofthemachinewas.ramandthe~equencywasHertz).Whentheroadbedwascmpactedtimes.thedegreeofcompactionwas.%andthevalueofCBRwas.whicharequiteacceptableaccordingtothecurrentspecificationsordesignofhighwaysubgrades.KeywordsGranularmatterAeoliansandCompactionmechanismWeightytampingVibrationcompactionSubgradePavement收稿日期:收到修改稿日期:.第一作者简介:舒斌主要从事道路地质灾害治理及路基路面工程的研究.Email:xianshubin.conl()舒斌等:颗粒物质对风积沙压实特性影响研究引言颗粒物质的概念是由年诺贝尔物理奖得主DeGennes提出的一般是指尺度大于Ixm的大量固体颗粒的集合体具有“粮仓效应”、“巴西坚果效应”、“挤压膨胀效应”、“呈拱效应”等典型特性j。风积沙是一种典型的颗粒物质具有颗粒细、结构松散、天然含水量低、缺乏内聚力等特性广泛分布于我国.万km的沙漠上。相对于其他路基填料高昂的运输造价J风积沙作为路基填料以其储量丰富、取材方便的特点被普遍应用于沙漠公路的建设中。前人对风积沙作为路基填料进行了大量卓有成效的研究但是传统的固体力学和流体力学已很难适用于风积沙体系其工程特性、压实机理及路用性能尚需要更加深入的研究。内蒙古自治区沿黄一级公路独贵塔拉至巴拉贡段横贯库不齐沙漠北缘其中尤以K~K段大漠纵横风积地貌最为典型(如图表颗粒分析试验结果TableTheresultsofgranulometrieanalysis样品编号l均值从表、表的试验结果可知:风积沙级配很差颗粒粒径主要集中在..ram的范围内不含黏土及砾石成分按公路路基土分类标准应定义为细沙天然含水率很低约%一%天然密度.~.gcm~。原材料试验的基本指标在整个标段范围内变异系数均低于.按照《岩土工程勘察规范》对岩土参数的变异性等级划分标准属于“很低”的等级J表明风积沙的工程性质在整个标段内可以认为是相同的。室内试验图风积沙地貌Fig.Aeolilanms.重型击实试验)。为保证风积沙路基的施工质量我们对现场取样风积沙进行了一系列的试验和分析以期为沙漠公路建设中风积沙作为路基填料提供一些借鉴和思考。风积沙原材料为保证取样的代表性我们在沿黄一级公路标段(K~K)kin的范围内随机取样并按照《公路土工试验规程(JTGE)》进行颗粒分析试验、天然含水率试验、密度试验试验结果见表l表。试验按照《公路土工试验规程(JTGE)》进行得到风积沙击实曲线(图)。从图可以看出风积沙的击实曲线为“双驼峰”曲线干密度随含水量的变化出现两个峰值表现出干压实特性迥异于黏土材料的单峰值曲线。风积沙在干燥状态下可以得到较大的干密度(约.gcm)随着含水量的增加干密度迅速下降在含水量.%时达到最小的干密度(.gcm)随着含水量的继续增加干密度也随着增大在含水量.%时达到最大的干密度(.gcm)此后含水量增加干密度呈现逐渐下降的趋势在含水量%时干密度为.gem~。光弹试验的研究发现颗粒物质内部的应力分JournalofEngineeringGeology工程地质学报吕bo\魁稚图含水率对干密度的影响Fig.Influenceofwatercontentsondrydensity布呈网状非均匀分布。风积沙在干燥状态下结构松散内聚力几乎可以忽略颗粒之间的接触类似齿轮之间的相互咬合J。干燥的风积沙在击实过程中主要是克服颗粒之间的咬合摩阻力使颗粒重新排列。颗粒物质的理论认为颗粒表面粗糙度的降低将使表面张力的作用相对增大。在AB段随着含水量的增加(.%)颗粒表面产生的薄层水膜使颗粒表面粗糙度降低颗粒与颗粒之问存在不可忽视的表面张力(类似两片中间沾水的玻璃)增加了颗粒之间相互移动的阻力有关学者在相关研究中将这一现象归结为“假黏聚力”ⅢJ。在含水率<.%的条件下对风积沙进行压实需要克服颗粒之间的陡然增大的表面张力以及颗粒之间的固有的咬合摩阻力风积沙颗粒的移动要克服更多的能量因而风积沙更难以压实。这种情况在B点(=.%)时达到顶峰此时孔隙中未出现自由的孔隙水。在BC段击实过程中孔隙中开始出现孔隙水。孔隙水的出现一方面使颗粒间的表面张力迅速消失另一方面颗粒物质的风积沙作为一种耗散体系挖限制了击实能量在风积沙中的传播范围而孑L隙水的出现使击实能量通过孔隙水压力的方式在风积沙中的传播范围更大。这两方面的作用使得风积沙随着含水量的增加而变得更易压实并在C点(=.%)时得到一个最佳含水量和最大干密度。在CD段随着孔隙水的增加风积沙体系中空气所占的体积也在趋于最低限度击实过程中风积沙趋于饱和孔隙水压力升高更为显著抵消了部分击实功因此导致在相同的压实功下干密度反而降低。.振动实验试验振动台振幅..mm频率~HZ台面尺寸xlm试验原材料为干燥的风积沙。..振动加速度目前国内对风积沙振动压实的研究多集中在单一地分析振幅、频率等某一振动参数对压实效果影响。颗粒物质的研究”他表明约化振动加速度I(I:A()/g无量纲其中为振幅为频率g为重力加速度)能更好地反映振动条件下颗粒的状态并进而影响颗粒的振实密度。因此我们着重研究了不同振幅、频率组合条件下不同振动加速度对风积沙振实密度的影响。图反映了不同振动加速度条件下风积沙的振实情况。n鲁档鞲图约化振动加速度与干密度的关系Fig.Therelationbetweenvibrationaccelerationanddrydensity在ABOC段(.r<.)大颗粒游离初始位置风积沙体系中出现新的孔隙小的颗粒填充于这些孔隙之间并向下运动当体系再次达到稳定结构的时候小颗粒向下运动结束这一阶段为颗粒物质的“阻碍巴西坚果效应”其中在BOC段(A=.~.mm对应厂为~Hz)风积沙达到较大的振实密度在点A=.mm/=Hz时达到最大的振实密度.gcm~此时小颗粒最大程度地填充于大颗粒的孔隙中。在CD段(.r<.)短时间内形成大量孔隙小颗粒落到风积沙体系底部较大的颗粒留在顶部即为颗粒物质的“巴西坚果效应”由于振动产生的这种分层效应使粒径近于相同的颗粒堆积在一起形成对每一层而言的最差级配风积沙体系()舒斌等:颗粒物质对风积沙压实特性影响研究松散并在D点处达到一个干密度的极小值.g。cmO在DE段(.r<.)随着振动加速度的增大小颗粒开始通过大颗粒的孔隙向上运动并重新填充于大颗粒的孔隙之问类似于ABOC段的“阻碍巴西坚果效应”不同的是此时小颗粒向上运动并在E点r=.时得到一个振实密度的极大值.gcm~但低于O点的振实密度。在EF段随着r的继续增大小颗粒继续向上运动并最终分布在风积沙体系的上部而大颗粒分布在底部形成颗粒物质的“反巴西坚果效应”同理由于振动产生的这种分层效应使风积沙的振实密度降低。..振动时间我们选择A=.mml厂=HZ的振动参数记录了s时间段内风积沙的密度变化试验结果如图:糖袜图振动时间对振实密度的影响Fig.Effectsofvibrationtimeoncompactiondensity从图可以看出振实密度一开始随振动时间的增加而迅速增大至s左右达到最大的振实密度.gcm~此后随着振实时间的增加振实密度开始逐渐降低。颗粒物质的挤压膨胀效应表明已经达到紧密排列的颗粒物质在任何外在作用下都会发生体积膨胀。已经达到最大振实密度的风积沙继续振动体积会增大从而导致干密度的下降。现场压实试验水在风积沙的压实过程中扮演着不同的作用风积沙的重型击实试验表明风积沙具有干压实特性。在试验过程中得到的最优含水率.%条件下虽然能得到略高于干压实的最大干密度(.vs.gcm)但考虑到沙漠地区干旱、缺水的自然条件及在拌合过程中水分的强烈蒸发导致的不确定性我们对全线的风积沙路基采用干压实的施工工艺。通过振动试验我们能得到高于干压实条件下重型击实的风积沙最大干密度(.vs.gcm)袁玉卿等人的研究表明配重条件下的振动能得到更大的干密度。因此我们在施工过程中选择重型振动压路机而非重型静碾压路机对风积沙路基进行压实。室内振动试验结果表明风积沙路基的压实效果与振动加速度(频率、振幅)、振动时间有密切关系。在现场施工压实过程中我们对压路机的参数选择为:频率.厂=Hz振幅A=.mm振动压实速度控制在~kmh~。在振动压实前先用履带式挖掘机进行整平。通过压实遍数来控制振动时间标段某一工程段的振动压实结果(mrn时的压实度K与CBR值)如图和图所示。图压实遍数与压实度的关系曲线Fig.Curveofcompactiontimesandcompactiondegree图压实遍数与CBR值的关系曲线Fig.CurveofcompactiontimesandCBR从图和图可以看出压实度K和CBR值在初始阶段均随着压实遍数的增加而迅速增大在压实遍后二者均达到最大值K=.和CBR=JournalofEngineeringGeology工程地质学报.。此后继续增加压实遍数二者均呈下降趋势这与室内振动试验振动时间对振实密度的影响规律一致说明风积沙在一定的振动时间内能达到最佳的压实效果如果超过这一时间会破坏已经产生的密实结构产生“过振”现象导致压实度和CBR值的下降。‘结论将风积沙作为一种颗粒物质看待并运用颗粒物质的相关理论能更好地解释风积沙在压实过程中表现的工程特性和压实机理。本文的研究表明:()风积沙具有干压实特性水在风积沙的压实过程中扮演着不同的作用。()振动加速度与振动时间影响着风积沙“巴西坚果效应”与“反巴西坚果效应”的转化进而影响风积沙的压实密度二者均存在一个产生最大振实干密度的最优值。()现场压实试验表明通过控制振动压路机的相关参数和压实遍数风积沙路基可以达到最优的压实效果。()风积沙的振动试验多停留在唯象的描述上其机理需要从颗粒物质内部应力的分布与传递、自振周期等多个角度进行进一步的探索。参考文献P.G.deGennes.Granularmatter:Atentativeview.ReviewsofModemPhysics():$~$.中国西部环境与生态科学数据中心.中国沙漠O万分布图集介绍M..ChinaEnvironmentandEcologicalScienceDataCenter.IntroductionofDistributionAtlasofDesertto..郭建军牛玺荣.沙漠公路路基设计浅论J.山西建筑:~.GuoJianjunNiuXirong.Onthedesignofhighwaysubgradeindesert.ShanxiArchitecture():~.彭世古陈晓光.沙漠地区公路设计、施工与环保养护M.北京:人民交通出版社.PengShiguChenXiaoguang.TheDesignandConstructionandEnvironment~ProtectionofHiighwayinDesef.Beijing:ChinaCommunicationPress.新疆交通科学研究院.沙漠地区公路建设成套技术论文集M北京:人民交通出版社XinjiangTrafficScienceInstitute.PapersonCompleteSetsofHighwayConstructionTechnologyintheDesert.Beijing:People’sTrafficPress.张志辉李志勇彭帝等.风积沙作为路基填料的静力特性研究J.岩土力学():~.ZhangZhihuiLiZhiyongPengDieta.StudyofstaticpropertyofAeoliansandusedasroadbed.RockandSoilMechanics():~.杨振茂侯永峰孔恒等..风积沙的压实特性与循环荷载.F变形性状的试验研究J.中国公路学报():~l.YangZhenmaoHouYongfengKongHangeta.Compactionpropertyofaeoliansandanditsdeformationbehaviorundercyclicloading.ChinaJournalOfHighwayAndTransport():~lO.中华人民共和国建设部.GB岩土工程勘察规范(年版)s.北京:中国建筑工业主板社.ConstructionMinistryofPRC.GBCodeforlnvestigationofGeotechnicalEngineering(Publishedin).Beijing:ChinaArchitectureandBuildingPress.张忠政胡林.颗粒物质表面摩擦性质研究J.山西大学学报(自然科学版)():~.ZhangZhongzhengHuLin.Frictionalpropertyonthegranularmaterialssurface.JournalofShanxiUniversity(Nat.Sci.Ed)():~.WittmerJPClaudinPCatesMEeta.AnexplanationforthecentralstressminimuminsandpilesJ.Nature:~.王闯翟文杰.考虑双电层作用的电化学边界摩擦模型J.润滑与密封():l~.WangChuangZhaiWenjie.Anelectrochemicalboundaryfrictionmodelconsideringtheeffectofelectricdoublelayer.LubricationEngineering():l~.陆坤权刘寄星.颗粒物质(上)J.物理():~.LuKunquan.JJiuJixing.Staticanddynamicpropertiesofgranularmatter(I).Physics():~.陆坤权刘寄星.颗粒物质(下)J.物理():~.LuKunquanLiuJixing.Staticanddynamicpropertiesofgranularmatter(I).Physics():~.姬建锋陈忠明凌国琪.风积沙最大干密度确定方法的研究J.西北公路():~.JiJianfengChenZhongMingLingGuoqi.Experimentalstudyonmaximumdrydensityofaeoliansand.NorthwestRoad():~.袁玉卿王选仓.风积沙压实特性试验研究J.岩土工程学报():.YuanYuqingWangXuaneang.Experimentalresearchoneompactioncharacteristicsofaeoliansand.ChineseJoumalofGeotechnicalEngineering():~.陈忠达李万鹏.风积沙振动参数及振动压实机理J.长安大学学报(自然科学版)():~.ChenZhongdaLiWanpeng.Vibratoryparametersandvibratorycompactingmechanismofaeoliansand.JournalofChanganUniversity(NaturalScienceEdition)():~.()舒斌等:颗粒物质对风积沙压实特性影响研究汤燕胡林吴宇等.振动条件下颗粒的分离现象J.大学物理():~.TangYahHuLinWuYueta.Sizeseparationinvibratedgranularmatter.CollegePhysics():~.姜泽辉刘新影彭雅晶等.竖直振动颗粒床中的倍周期运动J.物理学报():~.JiangZehuiLiuXinyingPengYajingeta.Perioddoublingmotioninverticallyvibratedgranularbeds.AetaPhycicaSinica():~.孙其诚王光谦.颗粒物质力学导论M.北京:科学出版社.SunQiChengWangGuansQJanIntroductiontotheMechanicsofGranularMateria.Bering:SciencePress!!!!!!!'、!!!!!!!!!!!:{!!!!中国地质学会工程地质专业委员会年全国工程地质学术会议(第二号通知)福州大学(环境与资源学院、紫金矿业学院)福建省土木建筑学会会议主题:工程地质与海西建设具体议题包括:一工程地质环境与城市发展一风化岩残积土及软土的工程性质及处理一隧道、地铁等地下空间开发中的工程地质问题一复杂气候环境下地质灾害及其防治一边坡与基坑工程一工程地质勘察、测试、监测与物探新技术一资源能源开发的工程地质问题一工程地质教育与人才培训会议将于年月lR一月日在福州怡山大厦(福州大学学术交流中心)召开。其中:l月日全天报到(工程地质专业委员会委员、IAEG会员请于l月日报到日开专委会及IAEG联席会议)l月l日~l月日学术大会月日~日会后工程地质考察。。最终议程在会议注册时确定。大会特邀学术报告每人报告分钟。分组报告请作者踊跃报名每人报告分钟。、会议代表注册费元(含会议全部资料及大会期间活动内容)在校学生元(凭学生证)(仅包括会议论文集、参加大会和各分会含餐费)陪同代表元(含宴会等)。、住宿费:福州怡山大厦(三星级)、福州凤凰假日酒店(三星级)、福州空军招待所可供选择。标准双人间元/间/天以及元/天左右。线路一:武夷山丹霞地貌考察(世界自然遗产及世界文化遗产)线路二:土楼工程建筑考察(世界文化遗产)线路三:厦门海岸地貌及漳州滨海火山地质考察线路四:台湾海岸地貌考察(报名及相关咨询:报名截止日期月日自行办理通行证务必在l月日之前用EMS把通行汪及相关资料寄至福州东大路号(原东湖宾馆内)陈菁(收)。报名及咨询负责人陈菁电话)(注:报名时请说明“福州工程地质会议代表”组织与费用由会务组联系旅行社具体组织和安排费用根据当时的情况确定费用自理)。黼()飞机:福州长乐国际机场乘机场大巴至终点站阿波罗大酒店票价约元行程约h。到阿波罗大酒店打出租车直接可达怡山大厦路程约kin。如果直接在机场打的直接到达怡山大厦费用约元。()火车:出火车站可直接打的至怡山大厦路程约km费用约元。()公交车:路(火车站一洪lf【J西客站)、路(火车站一省中医学院新区)路(火车站一农林大学)均到茶园山小学站下车下后往前走m至工业路口左拐再走m达怡山大厦。大会秘书组联系方式:福建省福州大学旗山校区环境与资源学院资源与城乡建设系邮政编码:联系人:樊秀峰()王浩()电子信箱:geo.comgeo.com传真:大会网站:http://er.fzu.edu.cn/Geo.jsp会议回执请于年月日前反馈大会秘书处。中国地质学会工程地质专业委员会福州大学福建省土木建筑学会年月日

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