（道路与铁道工程专业论文）粉土路基压实控制与效果评价技术研究.pdf

s t u d y o nt h ec o m p a c t i o nc o n t r o la n de f f e c te v a l u a t i o no f s i l ts u b g r a d e ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l in i n g s u p e r v i s o r ：p r o f s h aa i m i n c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 7 川42舢0洲3 眦7，iiiil脚y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：考守 列。年易月f 1 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：考亨矽彬年占月，1 日 导师签名：夕争 弓雹氓加f 。年占月i j 日 摘要 粉土，在物理性质和工程性质方面既不同粘性土，也不同于砂土，在颗粒分布，压 实机理和压实控制与效果评价等方面有其特点。由黄河冲积而成的河南粉土又具有其特 点。其粉粒含量比较高，粒径比较均匀，粘土颗粒含量比较少，塑性指数低，毛细管作 用活跃，水稳定性差，常规的压实方法和工艺难以压实。因此研究河南粉土物理性质和 工程性质，经济合理的压实工艺和压实效果评价技术，对河南公路建设具有很强的指导 意义。 本文分析了河南粉土的物理性质和工程性质，研究了河南粉土的压实工艺，研究了 河南粉土压实效果评价与检测技术。 本文分析了河南粉土与山东荷泽粉土在粒度分布，最大干密度和最佳含水量，亲水 性三个方面的区别，侧重于粒度分布。得到河南粉土独特的物理性质，提出了表征河南 粉土压实特性的二个参数。 本文在1 0 7 国道改建工程郑州段一标和二标进行了压实工艺研究。得出一套符合当 地土质的压实工艺，分析了土质对压实工艺的影响，提出河南粉土压实标准。 本文对一标和二标的土进行c b r 试验，得出双因素压实标准与c b r 之间的关系， 得到衡量压实效果的标准与检测方法，及双因素压实标准对施工的指导。 关键词：河南粉土，粒度分布，压实工艺，双因素压实标准，c b r 试验 a b s t r a c t s i l ti sn o tt h es a m ea sc l a ya n ds a n di nt h er e s p e c to fp h y s i c a la n de n g i n e e r i n g p r o p e r t i e s i th a si t so w n f e a t u r ei np a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ，c o m p a c t i o np r i n c i p l e ，c o m p a c t i o n c r a f t ，c o m p a c t i o nc o n t r o l ，e v a l u a t i o no fc o m p a c t i o ne f f e c t t h eh e n a ns i l ta l l u v i a t e db y y e l l o wr i v e rh a si t so w ns p e c i a lf e a t u r e i t ss i l tc o n t e n ti sb i g ，p a r t i c l ed i s t r i b u t i o ni se v e n ， c l a yc o n t e n ti ss m a l l ，p l a s t i ci n d e xi sl o w , c a p i l l a r ya c t i o ni sa c t i v e ，w a t e rs t a b i l i t yi sp o o r , i ti s h a r dt oc o m p a c tu s i n go r d i n a r yc o m p a c t i o nm e t h o da n dc r a f t s oi ti sv e r yc o n s t r u c t i v ef o r r o a dc o n s t r u c t i o nt os t u d yp h y s i c a la n de n g i n e e r i n gp r o p e r t i e so fh e n a ns i l t ，t h et e c h n o l o g yo f e c o n o m i c a la n dr e a s o n a b l ec o m p a c t i o nc r a f ta n dc o m p a c t i o ne f f e c te v a l u a t i o n t h i sp a p e ra n a l y s e st h ep h y s i c a la n de n g i n e e r i n gp r o p e r t i e s o fh e n a ns i l t ，s t u d i e st h e c o m p a c t i o nc r a f to fh e n a ns i l t ，s t u d i e st h et e c h n o l o g yo fc o m p a c t i o ne f f e c te v a l u a t i o na n d d e t e c t i o no fh e n a ns i l t t h i sp a p e r a n a l y s e st h r e ed i f f e r e n c e s ( p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ，m a x i m u nd r yd e n s i t ya n d t h eo p t i m u mw a t e rc o n t e n t , h y d r o p h i l i c i t y ) b e t w e e nh e n a ns i l ta n ds i l ti nh e z es h a n d o n g ， e m p h a s i so np a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n t h eu n i q u ep h y s i c a lp r o p e r t yo fh e n a n s i l ti so b t a i n e d ， t w op a r a m e t e r sa r ep r o p o s e dt or e p r e s e n tc o m p a c t i o np r o p e r t yo fh e n a ns i l t t h er e s e a r c ho fc o m p a c t i o nc r a f to fh e n a ns i l ti sc a r r i e do u ti nt h ef i r s ta n ds e c o n db i d s e c t i o ni nz h e n g z h o up a r to f 10 7n a t i o n a lr o a d ac a s eo fc o m p a t i o nc r a f ti so b t a i n e d ， s u i t a b l ef o rl o c a ls i l t ，t h ei n f l u e n c eo fs i l tv a r i a n c ei np a r t i c l es i z eo nt h ec o m p a t i o ni ss t u d i e d ， 目录 第l 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 压实控制技术现状2 1 2 1 压实工艺施工方案2 1 2 2 粉土路基施工控制技术3 1 3 压实效果评价与检测技术现状8 1 4 主要研究内容1 0 第2 章粉土物理性质分析1 1 2 1 粉土与山东粉土定名l l 2 1 1m a s r e t s i z e r2 0 0 0 激光衍射粒度分析仪控制参数的确定1 1 2 1 2 各土样粒度分布与定名1 4 2 2 粉土的地域区别1 5 2 2 1 粒度分布的区别1 5 2 2 2 最大干密度与最佳含水量的区别2 4 2 2 3 亲水性的区别2 9 2 3 粒度分布对最大干密度的影响一3 2 2 4 本章小结3 3 第3 章粉土压实工艺与标准研究3 5 3 1 粉土压实工艺研究3 5 3 1 1 一标压实工艺研究3 5 3 1 2 二标压实工艺研究3 9 3 2 土质及碾压参数对压实工艺的影响研究一4 3 、3 2 1 土质对压实工艺的影响4 3 3 2 2 施工控制含水率对压实工艺的影响4 3 3 - 3 粉土压实标准研究4 5 3 4 本章小结4 7 第4 章粉土压实效果评价与检测研究4 9 4 1 土质对c b r 的影响4 9 4 1 1 一标c b r 试验4 9 4 1 2 二标c b r 试验5 0 4 2 双因素压实标准与c b r 关系研究5 2 4 3 双因素压实标准权重的确定5 3 4 3 1 理论基础5 3 4 3 2 指标预处理5 5 4 3 3 双因素压实标准权重系数计算。5 6 4 4 本章小结5 6 结论与建议5 7 本文主要结论5 7 进一步研究的意见和建议5 8 参考文献_ 5 9 致谢6 0 图目录 图1 1粉土三种状态的o d s 曲线6 图1 2 土正弦激振扫描实验结果6 图2 1m a s r e t s i z e r2 0 0 0 激光衍射粒度分析仪1 1 图2 2 未经分散与分散后的粉土s e m 1 2 图2 3 不同分散介质对粒度的影响1 3 图2 4 各土样的粒度频率分布图1 4 图2 5 各土样的粒度累计分布图1 4 图2 6 荷泽粉土粒度分布对数图2 1 图2 78 k 3 9 + 3 0 0 粒度分布对数图2 1 图2 88 k 3 8 + 6 0 0 粒度分布对数图2 1 图2 98 k 3 5 + 5 0 0 粒度分布对数图2 2 图2 1 0 一标粒度分布对数图。2 2 图2 1 1二标粒度分布对数图2 2 图2 1 2 各土样线性回归相关系数图2 4 图2 1 3 各土样分形维数d 2 4 图2 1 4 荷泽粉土击实曲线2 7 图2 1 5 一标粉土击实曲线2 8 图2 1 6 二标粉土击实曲线2 8 图2 1 78 k 3 5 + 5 0 0 击实曲线2 8 图2 1 88 k 3 8 + 6 0 0 击实曲线2 9 图2 1 98 k 3 9 + 3 0 0 击实曲线2 9 图2 2 0 击实曲线31 图3 1 洛阳l s s 2 0 型振动压路机铭牌3 6 、 图3 2 洛阳l s s 2 0 型振动压路机3 6 图3 3 一标试验段压实度对比图。3 8 图3 4 一标试验段第一层土压实第四遍强振后退前进对比图3 8 图3 5 二标试验段所使用的振动压路机铭牌4 0 图3 6 二标试验段所使用振动压路机4 0 图3 7 运土车卸土示意图4 1 图3 8 二标试验段压实总体效果4 2 图3 9 二标试验段压实细部效果4 2 图3 1 0 一标粉土二标粉砂土粒度对比4 3 图3 1 1 一施工控制含水量的确定。4 4 图4 1l c 1 2 7 d 型路测仪主机铭牌4 9 图4 2l c 1 2 7 d 型路测仪主机4 9 图4 3 一标c b r 试验结果5 0 图4 4l d l0 3 型路面材料强度试验仪主机铭牌5 0 图4 5l d l 0 3 型路面材料强度试验仪主机5 1 图4 6 二标c b r 试验结果5 2 2 表目录 表1 1 压实结果2 表1 2 压实结果3 表1 3 路基含水量、压实厚度、压实度检测结果4 表1 4 路基不同含水量时的压实效果4 表1 5 粉土在不同密实度时的自振频率6 表1 6 频率与振幅选用范围7 表1 7 标准试验，现场管理方法和标准8 表1 8日本土质路基压实控制方法简介9 表1 9 高速公路路基压实指标9 表1 1 0 两种击实条件下粉土的c b r 试验结果( )9 表2 1光学参数对粒度测定结果的影响1 3 表2 2 本文采用的粒度测试控制参数1 4 表2 3 课题所研究粉土取土场及简称1 4 表2 4 土样的粒度和液塑限测试结果1 5 表2 5 各土样级配图1 5 表2 6 不同土样的粒度分布结果1 9 表2 7 各土样粒度分布对数表2 0 表2 8 各土样粒度分布线性回归结果l 。2 3 表2 9 各土样粒度分布线性回归结果2 。2 3 表2 1 0 一标粉土三种方法击实数据2 6 表2 1 1课题研究粉土最大干密度最佳含水量液塑限2 6 表2 12 荷泽一标二标粉土击实数据2 7 表2 1 3 八标粉土击实数据2 7 表2 1 4 课题研究粉土a b e 值。3 2 表2 15 课题粉土h 值3 2 表2 1 6 各土样分形维数与最大干密度对照表3 2 表3 1 一标试验段所用机械3 6 表3 2 一标试验段压实参数表3 7 表3 3 一标试验段压实度表。3 7 表3 4 二标试验段所用机械3 9 表3 5 二标试验段所用振动压路机参数4 1 表3 6 二标试验段压实工艺4 1 表3 7 一标二标粒度分布和亲水性参数表4 3 表3 89 0 区对应的施工控制含水量4 4 表3 9 本课题采用的压实标准4 5 表3 1 0 本课题干密度与含水量相乘表4 6 表4 1 一标c b r 试验结果5 0 表4 2 二标c b r 试验结果51 表4 3 一标v a 计算表5 2 表4 4 二标v - a 计算表5 2 表4 5 一标二标c b r 数据5 3 表4 6 一标二标c b r 回归公式5 3 长安大学硕：t 学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 粉土，在物理性质和工程性质方面既不同粘性土，也不同于砂土，在颗粒分布，压 实机理和压实控制与效果评价等方面有其特点。 在野外观测时，用手搓捻有干粉末感，肉眼观察时可明显看出砂粒与粉土粒状；干 时无胶结，干土块用手轻压即碎；潮湿时呈流动的溶解状态，且潮湿时将土搓捻，摇动时 易使土球为饼状，不能搓成细土条。粉质土为较差的筑路材料，干时虽稍有黏结性，但易 被压碎，扬尘大，浸水时很快被湿透，易成流体状态( 稀泥) ，并且粉质土的毛细水上升 高度大，在季节性冰冻地区更容易使路基产生水分集聚，造成严重的冬季冻胀，春时翻 浆。【1 】 粉土不同于砂土的地方在于其粉粒含量高。这就决定了粉土在压实机理方面和砂土 有很大的不同。粉土的击实曲线呈马鞍形，有两个驼峰。击实后有较大的空隙，与饱和 曲线距离较大。砂土的颗粒粒径大，孔隙连通，排水性能好，其压实主要表现为颗粒间 的移动补充。击实曲线呈勺形，在干燥或饱和的状态下可获得最大干密度。【2 】 粉土不同于粘性土的地方在于其粘粒含量少。这导致其渗水性强，保水性差，土易 吸水也易蒸发失水，含水量较小时，水分蒸发快，水的吸附能力小，颗粒分散，导致碾 压时出现起皮和重皮现象；含水量大时，孔隙中充满水，碾压功能被水消散和承担，出 现碾压弹簧现象。 3 1 粉土颗粒分布存在着严重不足，其粒径比较均匀，生成条件单一，颗粒主要集中在 粉粒和砂粒上，粘粒含量很少，砂粒和粉粒之间的空隙没有更多的细小粘粒来填充，形 成了所谓的“搭积木 式的构架， 4 1 这是粉土作为不良填料的根本原因。 下面粉土工程性质就是其不良填料的表现。在压实度为1 0 0 ，空气率仍然很大。 h 现在的施工实践虽然认为含水量应该在最佳含水量以上2 q ，不过在控制的时候不 是很理想，现场施工时因受土质、气候、施工工艺等因素的影响，含水量难以控制。 由于低液限粉土渗水性强，保水性差，土料含水量变化较大，导致压实度离散性大。 碾压较困难。压实机功能小或压实遍数少即欠压，达不到要求的压实度，过压则松散， 特别是在过振压实情况下。大型机械、车辆在验收合格后的层面上运行操作，产生严重 的扰动破坏，形成约1 0c m 车辙、约1 2c m 隆起等破坏现象。强度弱化。检验合格的土 第一章绪论 层，如果未及时覆盖而暴露，则随时间的延长出现强度弱化，特别是在雨天或干风天， 弱化程度加剧。【5 1 现在的施工实践虽然认为含水量应该在最佳含水量以上2 3 ，不过在控制的时 候不是很理想，现场施工时因受土质、气候、施工工艺等因素的影响，含水量难以控制。 由上可知，粉土难以压实的主要原因为粉土的颗粒分布存在严重不足，砂粒和粉粒 之间的空隙没有更多的细小粘粒来填充，形成了所谓“搭积木 式的构架。另外，粉 土的粘聚性，保水性，强度弱化方面的不足也让其成为路基不良填料的原因。 1 2 压实控制技术现状 1 2 1压实工艺施工方案 不同的压实方法的压实机理是互不相同的，静力压实主要作用于面层，而动力压实 则可提高压实厚度，形成材料的“骨架密实 结构。在工程中这两种压实方法可以起到 相辅相成的作用：对于松铺材料，材料的强度很小，可以先用表静力压实，为动力压实 提供足够稳定的压实环境；而材料的真正密实过程则是由振动压实来完成，先用低频强 振通过克服材料的抗剪强度和颗粒间的粘聚力与吸附力进行压实，而后采用高频弱振使 材料在振动状态下摩擦力有十分明显的下降，只要满足一定振动加速度要求就完全可以 达到后行密实的效果；最后振动压实作用产生的表面的松散可由静力压实作用完成。 唐郢采用1 8 t 振动压路机、1 8 t 光轮压路机进行试验，分析了不同的粉土压实方案， 从中得出压实效果较好的一种。 表1 1 压实结果 压实方案 压实度 强5 遍 8 6 28 8 79 0 69 1 89 1 6 弱5 遍 8 3 48 5 68 7 89 0 19 0 2 强2 遍弱3 遍 8 6 58 8 89 0 69 2 19 2 2 弱2 遍强3 遍8 48 6 18 8 59 0 4 9 0 7 通过对表1 l 中压实度增长率的分析可见，第3 种方案较为理想。这与国内有关粉 土动力特性研究结果相吻合，即粉土的自振频率从低频向高频扩展，所以粉土碾压时， 应采用变频方法，首先低频强振，然后再提高频档、弱振。 我们把第3 种方案与三轮压路机组合继续进行试验，拟定方案：a ) 强振2 遍，弱振 2 遍，三轮一档3 遍；b ) 强振2 遍，弱振2 遍，三轮一档2 遍二档1 遍；c ) 强振2 遍， 弱振2 遍，三轮一档l 遍二档2 遍。得压实结果如表1 2 。 2 长安大学硕十学位论文 表1 2 压实结果 压实方案压实度 = 轸一档3 谝9 3 1 9 4 8 9 6 3 = 轮一档2 谝一档1 谝 9 3 5 9 4 5 9 5 8 = 拎一档1 谝一丰当2 谝 9 2 99 3 8 9 4 4 由表1 2 数据可以看出：第一种组合虽然能够达到要求的压实度，但压实时间较长； 第三种组合达不到压实度，需要增加压实遍数，相应延长了压实时间；第二种组合压实 速度快，效果好。因此我们最终选用第二种组合作为最佳组合实施工地实际铺筑。【1 】 杨红霞提出了三种压实工艺，得出了满足不同压实度的工艺。采用自重不小于1 2t 、 激振力大于3 5 0k n 的振动压路机，先快速静压一遍，然后慢速振压4 6 遍。当压实 度达到8 8 以上时，再静压两遍可达9 0 以上的压实度。自重不小于1 2t 、激振力 大于2 4 5k n 的凸块式压路机，先快速静压一遍，再慢速振压5 - - 一7 遍，当压实度达到 8 8 以上时，用大于1 2 t 光轮压路机静压2 遍，即可达9 0 的压实度。采用自重不小 于1 5t ，激振力大于3 5 0k n 的凸块式振动压路机，先快速静压一遍，慢速振压4 - 5 ：。 遍，配以静压，最大压实度为9 3 。1 5 】 景学连分析了宜万铁路3 2 标粉土路基的施工工艺。通过试验段反复试验施工，形 成了以下的压实结论：先两侧后中间；先轻到重，再重到轻，轻重结合。即先用2 5 t 压路机静 压2 遍，振压2 - - - 3 遍，再由5 0 t 压路机振压2 3 遍，再静压2 遍，并根据各路段、各层次、 各区间( 9 0 区、9 3 区、9 5 区) 现场具体情况作细部适当调整。碾压第二遍时，压路机应 均匀行车，一般不得大于0 4 m s ，压轮之间的痕迹重复宽度不得少3 0 c m ，路基边缘压路 机无法工作的地带，利用推土机履带或打夯机代替碾压，并根据填土表面含水情况及时 洒水封面。1 6 】 申爱琴提出了邯( 郸卜临( 清) 公路路基的压实方案。施工中首先用2 0 - - 一5 0 t 振动压路 机强振两遍、再弱振两遍。然后用1 8 - - 2 0 t 三轮压路机一档压两遍、二档压一遍，分层 填筑压实后，分别对试验路段路槽压实度及填方层压实度进行了检测，并对其检测结果 进行了评定，路槽压实度大于9 5 ，而填方压实度达n - ；9 7 ，均满足规范要求。【刀 根据以上的论述，可以知道粉土路基的施工工艺大概为：先静压一遍，再低频强振 若干遍，然后高频弱振若干遍，最后静压一遍。 1 2 2粉土路基施工控制技术 在施工现场碾压细粒土的路基时，影响路基达到规定压实度的主要因素有：土的含 水量，碾压层的厚度，压实机械的类型和功能，碾压遍数及地基强度。【8 j 3 第一章绪论 松铺厚度是一个质量与效率的平衡性问题，也就是在保证质量的情况下如何保证效 率的问题。如果将松铺厚度定太厚，压实功不容易传递到压实层的底部，这样会影响压 实层的压实效果；如果松铺厚度定的太薄，虽然很容易能达到要求压实效果，不过这必 然会增加压实的层数，影响施工工期，再有太薄还容易让土松散，这样反而会降低压实 效果。 何长征等分析了商开( 商丘到开封) 高速公路施工过程中松铺厚度，并做了对比试 验。从k 1 2 9 + 5 5 0 k 1 2 9 + 8 5 0 试验段9 6 区试验数据总表( 见表1 3 ) 可心看出，凡是 厚度大于2 0 c m 的断面，压实度均没有达到要求，所以在施工过程中一定要将松铺厚度 严格控制在设计要求的3 0c m 以内，压实厚度在2 0c m 以内。【9 l 表1 3 路基含水量、压实厚度、压实度检测结果 平均含压实度厚度 序号桩号部位点数 水量 c n l 1k 1 2 9 + 5 5 0左、中、右31 1 49 4 82 5 2k 1 2 9 + 6 0 0 左、中、右31 2 89 5 42 3 3k 1 2 9 + 6 5 0左、中、右31 2 19 5 12 4 4k 1 2 9 + 7 0 0左、中、右31 4 29 6 12 0 5k 1 2 9 + 7 5 0 左、中、右 31 2 39 4 72 4 6k 1 2 9 + 8 0 0左、中、右31 2 59 4 92 3 7k 1 2 9 + 8 5 0左、中、右31 3 59 5 6 2 2 注：最佳含水量为1 3 2 含水量的控制要比在试验室要复杂，在现场必须考虑水的蒸发。如果将含水量控制 在最佳含水量，碾压后的含水量就会减小，压实度也会受到影响。从表1 3 的数据可以 看到，按照试验室最佳含水量进行摊捕、整平后碾压检测，含水量将低于最佳含水量， 压实度难以达到设计要求。现场施工碾压时含水量最好大于最佳含水量2 3 ，依 据粉砂土水分散失比较快且水不易下渗的特点，待碾压到一定遍数、时间及压实度满足 设计要求的同时，含水量也将接近最佳含水量一般平均含水量大于最佳含水量1 ，见 表1 4 。【9 1 表1 4 路基不同含水量时的压实效果 平均含压实度 厚度 序号桩号部位点数 水量 c m lk 1 2 9 + 5 5 0左、中、右 3 1 3 8 9 6 31 9 8 2k 1 2 9 + 6 0 0 左、中、右31 5 29 5 52 0 6 3k 1 2 9 + 6 5 0左、中、右31 4 29 6 5 2 1 2 4k 1 2 9 + 7 5 0左、中、右31 3 99 6 5 2 0 8 5k 1 2 9 + 8 0 0 左、中、右 31 4 39 6 22 1 3 6 k1 2 9 + 8 5 0 左、中、右 31 3 89 6 4 2 0 4 注：最佳含水量为1 3 2 4 长安大学硕士学位论文 碾压速度要控制在4 0k m h 以内。 一般来说，振动压路机在施工时振幅可以选择，大振幅使用于碾压层厚的粘性土或 者大粒径的材料，小振幅使用于压实层较小的非粘性材料。粉性土与粘性土相比粘聚力 较小，所以，在碾压时应选用较小的振幅( 0 7 - 1 0 r a m ) ，振动频率保持在3 0 - - 4 5 h z 之 间时压实的效果最好。【1 0 】 申爱琴分析研究了邯( 郸) _ 临( 清) 公路粉土的自振频率，提出了合理的粉土振动压 实频率。 3 0 较 魍 翁 辈 气 静 ? 聚 餐 鞲 o 3 0 簌 匿 翻 霉 1 静 j 繇 裔 骧 a 5 0l o ol ! i 02 0 0 顿宰，h z ( 1 ) 捡教状卷 i o5 01 0 0 1 5 02 0 0 羰率，h z b ) 誓密麦状杏 第一章绪论 3 0 赫 斌 鼎 霉 气 嚣 叠 爨 嚣 辅 o l o5 a1 0 01 5 02 0 0 额靴 ) 全密实状态 图1 1 粉土三种状态的o d s 曲线 随粉土密实度增加，其自振频率从低频向高频扩展，所以粉土碾压时，应采用变频 方法，首先低频强振，然后再提高频档、弱振。 4 0 3 5 餐 1 5 l o 表1 5 粉土在不同密实度时的自振频率 粉土状态 干密度密实度自振频率 ( g c m 3 )( )( h z ) 松散 0 9 9 75 62 3 半密实 1 5 5 38 73 1 5 全密实1 7 8 01 0 04 0 l o1 52 d 2 53 03 54 055 05 56 5 频率h z ， 图1 2 土正弦激振扫描实验结果 由图1 2 可知，激振频率为3 0 - - 4 0 h z ，含水量在最佳含水量至最佳含水量( 1 4 3 ) + 3 范围以内时，粉土达到密实的速度最快。因为粉土在密实状态下自振频率也为 3 3 5 4 0h z ，从而证实了粉土具有良好的频率响应特性，通过振动粉土完全可以达到规 定的密实状态。1 7 1 振动压路机与土壤体系的共振频率范围在1 3 3 4 h z 之间，选择使用振动频率时要尽 量选择比土壤的自然频率略高一些的频率，因为被压土壤的自然频率承受压实而提高。 6 长安大学硕士学位论文 从瑞典、德国、日本等国家的压路机生产公司取得的试验数据来看，压实土壤时，最常 用的振动频率2 8 3 1 h z ，因为这些频率正好介于一般道路工程中最常用材料的自然频率 范围内。 国外的振动压路机振幅范围是0 和1 6 m m 或为0 2 9 , - - 2 2 m m 。三一重工业集团公司 生产的振动压路机振幅范围为0 3 7 1 9 m m 。对于压实沥青混凝土面层，薄层选用的振 幅为0 4 m m ，厚层选用的振幅为0 8 m m ，再加上高的振动频率即可获得良好的压实效果。 对于土石填方的压实则以高振幅、低频率较有效。适用于不同工程项目的频率与振幅选 用范围如表1 6 所示。【1 l l 表1 6 频率与振幅选用范围 工程项目频率( h z )振幅( m m ) 路基 2 5 - - 3 01 4 - , - , 2 0 粒料及稳定土基层和底基层 2 5 - - 4 0 0 8 2 0 沥青面层 3 0 5 50 4 - - - , 0 8 对于出现土层上部分出现松散，薄夹层的情况党延兵，李成才等人认为：填前处理 分2 种情况：一种情况是路堤填筑前的处理，应按规定进行清表和碾压；另一种情况是 在路堤填筑后，在每一层填筑前，应对已成层次进行洒水补压。洒水的用水量按土体质 量的1 控制，补压遍数为1 2 遍。如果用轮胎压路机补压，可以使3 - - 5 c m 厚“脱皮 现象消除。采用其他压路机不能消除“脱皮”时，应在上一层的填料厚度中扣除约3 c m 厚度，将“脱皮”层厚度计入上一层厚度范围。u 2 1 叶东升等人认为：用振动压路机碾压特别是大振碾压后，被压材料往往是表层的密 实层很差，其原因是压实轮直接与表面材料一直振动，但它与材料层并不是紧密的接触， 在振动轮的压力波的作用下，表面材料变的比较疏松。此外，振动压路机的被动轮碾压 时常常会使碾压层的表面发生推挤现象。为了消除这种现象，建议在振动轮碾压完毕后， 要用静力碾压。0 0 l 根据以上论述，可以得出粉土路基的控制参数，含水量，松铺厚度，碾压速度，振 幅，频率。对这些参数进行控制，可以得出较好的压实效果。 7 第一章绪论 1 3 压实效果评价与检测技术现状 当提及到压实效果时，就必须给定压实标准。我国是以压实度做为压实标准，对压 实后的土层的压实效果进行评价的，另外还有日本的土质路基压实控制方法。日本的土 质路基的压实控制方法是：根据土的级配( 7 5l am 筛通过量) 划分控制准，对7 5l am 筛 通过量在2 0 以上的土用孔隙率v a 控制，对7 5l am 筛通过量不足2 0 的土用密度 比d c 控制，详细规定见表1 7 。表中的密度比法与我国的压实度试验方法相同，与我国 方法不同的是孔隙率法，孔隙率的计算公式如下： = 1 0 0 一九) ，w ( 1 0 0 g 。+ w ) ( 1 1 ) 式中：v a 孔隙率( ) ； yd 现场两次测得干密度的平均值( c i n 3 ) ； w 现场土的含水量( ) ； g s 现场土的颗粒密度； yw 水的密度( g c m 3 ) 。 表1 7 标准试验，现场管理方法和标准 标准值 方位类别试验项目 压实度施工含水率 用孔隙率v a标准试验 细粒土的比重试验 - - 7 5 - lm 5 0 时v a 8 控制的土质 现场试验土的密度和含水量试验 5 0 一7 5um 2 0 0 6 时v a 1 3 路床上层 用密度比d c标准试验 细粒土的比重试验 一7 5 l i m 一7 5i am 2 0 时，v a 1 3 路床下层 用密度比d c标准试验 细粒土的比重试验 一7 5um 一7 5l im 2 0 时v a 1 3 路堤上层 用密度比d c标准试验 细粒土的比重试验 一7 5l im 一7 5i am 2 0 时v a 1 3 告的含水率 路堤下层 用密度比d c标准试验 细粒土的比重试验 一7 5um 2 0 时 控制的土质 现场试验土的密度和含水量试验 d c 9 2 9 6 注：表中一7 5um 表示通过7 5pm 筛孔的成分 简单的来说，日本的土质路基的压实控制方法表1 7 所表达的意思如 表1 8 所示，当粉粒含量 2 0 时，使用干密度比法控制压实效果。粉粒2 0 时， 使用空隙率法控制压实效果。具体来说，就是当粉粒含量在2 0 - - 5 0 之间时，使用v a 8 长安大学硕士学位论文 1 3 控制压实效果，当粉粒含量5 0 时，使用v a 8 控制压实效果。 表1 8 日本土质路基压实控制方法简介 土中小于0 0 7 4 m m 检测方法检测指标 颗粒含量 2 0 干密度比法 k 2 0 - 5 0 空隙率法 v a 1 3 5 0 空隙率法 v a 8 包玉民等根据中国国情提出了高速公路路基压实指标。【1 3 】 表1 9 高速公路路基压实指标 土中小于0 0 7 4 m m 颗粒含量 检测方法检测指标备注 5 ，c c = i - 3 。一标和二标也都是级配良好的土，似乎只有 在粒度分布上两者才有所区别，下面就对两者的粒度分布进行详细的研究。 2 2 粉土的地域区别 2 2 1粒度分布的区别 1 理论基础 粒度是描述颗粒系统的重要参数之一。粒度分析是测定土组分的颗粒大小和各粒级 的分布状况的一种方法，其成果不仅是划分土的类型和确定其级配优劣的基础，而且往 1 5 d 9 0 ( 累计粒度分布数达到9 0 时所对应的粒径) 表示上边界，d l o ( 累计粒度分布数达到 1 0 时所对应的粒径) 表示下边界，帮( d 9 0 d i o ) 可以代表粒度分布宽度，则分布宽度系数 为t s p a n = ( d 9 0 一面o ) 以o ( 2 1 ) 宽度比系数用上，下边界粒径之比来表示，即： n b = 4 0 ( 2 2 ) 工程上常用不均匀系数c u 和曲率系数c c 来判断土的级配的好坏。不均匀系数c u 是反映土中颗粒级配均匀程度的一个参数，曲率系数c c 是反映粒径分布曲线的形状， 颗粒级配优劣程度的一个参数。计算公式如下： c u = d 6 0 d l oc c = 蟊( d l oxd 6 0 ) ( 2 3 ) 式中t 相应于累计百分含量分别为6 0 ，3 0 ，1 0 的粒径，m i n 。 1 6 长安大学硕士学位论文 这些参数从不同角度可以反映出粒度分布的一些特点，s p a n 或n b 越大，说明土粒 的粒度分布越宽，即粒度分布的不均匀程度越高，以此可心判断土粒的分布范围。c u 越大，表明土粒分布范围越大；c c 越大土粒分布曲线就越陡，级配越差。但仅根据一 个两个参数很难全面反映土体的粒度分布曲线，不能从整体上反映粒度分布的特点。 本课题表征粉土粒度分布的参数采用分形维数d 。分形( f m c t a l ) 一词，源于拉丁文 f r a c t u s 。原译为“不规则的 或“破碎的 ，但通常把它译为“分形 。 众所周知，普通的几何对象有整数维数。例如：点为零维，线为二维，面为三维， 立方体为三维。然而，自然界中真实的线、面并不总是光滑的，许多物体的形状也是极 不规则的，例如连绵起伏的山脉轮廓线、曲折蜿蜒的江河川流、变幻无常的浮云，以及 让人眼花缭乱的繁星等等。同样，这种现象在材料科学中也很普度，如：高分子的凝聚 体结构、材料固体裂纹、电化学沉积等等，这些都是难以用欧氏几何学加以描述的。对 于诸如此类几何结构的体系，如何进行定量表征呢? 随着人类对客观世界认识的逐渐深 入，以及科学技术的不断进步，象传统数学那样把不规则的物体形状加以规则化，然后盈 再进行处理的方法已不能再让人满意了。于是，在七十年代中期，分数维几何学( f r a c t u a l g e o m e t r y ) 应运而生。 、 整数与分数维集合的几何测度理论，早在上世纪初已由纯数学家们发展起来。但谈 到分数维几何的创始人，则首先当推法国数学家曼德尔布罗( b b m a n d e l b r o t ) ，他在总结 了自然界中非规整几何图形之后，于1 9 7 5 年提出分形这个概念。此后，分形在不同科酚 学领域中被广泛的应用起来；直至1 9 8 2 年m a n d e l b r o t 出版他的专注t h ef r a c t u a l g e o m e t r yo f n a t u r e ) ) ，表明分形理论已初步形成。 分形结构的本质特征是自相似性或自仿射性。自相似性是指：把考察的对象的一部 分沿各个方向以相同比例放大后，其形态与整体相同或相似。简单地说，就是局部是整 体成比例缩小的性质。形象地说，就是当用不同倍数的照相机拍摄研究对象时，无论放 大倍数如何改变，看到的照片都是相似的( 统计意义) ，而从相片上也无法断定所用相 机的倍数，