风积沙干压实路基回弹模量与含水量、压实度关系的研究

风积沙干压实路基回弹模量与压实度、含水量的关系研究贾聿卿李志农陈杰（新疆农业大学乌鲁木齐830000；新疆交通厅乌鲁木齐830000；新疆交通科学研究院乌鲁木齐830000）摘要：风积沙作为沙漠环境下的路基填料有其特殊性。在一般路基土回弹模量与压实度、含水量的研究中表明，回弹模量与二者有密切的关系，与含水量尤为相关，相关系数的绝对值达到0.8以上。但是在风积沙回弹模量与压实度、含水量试验中，笔者发现回弹模量与含水量的相关系数很低，相关显著性也很低，对这一特殊现象，展开分析，研究在干压实施工下风积沙路基压实度、含水量对回弹模量的影响。关键字：风积沙、回弹模量、压实度、含水量、相关度StudyonRelationBetweenModulusofResilienceofAaeolianSandDryPressingRoadbedandPuddlability&MoistureContentJiaYuqingLiZhinongChenJie(XinjiangAgriculturalUniversityUrumqi830000CommunicationsDepartmentofXinjiangUygurAutonomousRegionUrumqi830000XinjiangCommunicationsResearchInstituteUrumqi830000)Abstract:Asroadbedfiller,aeoliansandhasitsparticularityindesertenvironment.Itisindicatedinthegeneralreseachoftherelationbetweenmodulusofresilienceofroadbedsoilandpuddlability&moisturecontentthatthemodulusofresiliencehasacloserelationwiththetwo,particularlythemoisturecontent,eventheabsolutevalueofrelatedcoefficientreachesmorethan0.8%.However,inthetestofmodulusofresilienceofaeoliansandandpuddlability&moisturecontent,theauthordiscoveredthattherelatedcoefficientbetweenmodulusofresilienceandmoisturecontentisquitelow,alsothesignificanceofcorrelationcoefficient.Forthisspecialperformance,analysiswaslaunchedtostudyhowthepuddlability&moisturecontentofaeoliansandroadbedinfluenceonmodulusofresilienceunderdrypressing.Keywords:AeolianSand,Modulusofesilience,puddlability,moisturecontent,relevancy0引言风积沙作为一种路基填料形式已经被认可，它主要用于沙漠及沙漠周边地区公路路基垫层的修筑，对于沙漠区修筑的公路而言，采用风积沙作为路基填料符合就地取材，由弊变利，经济实用等要求。风积沙路基的回弹模量是风积沙最为重要的路用性能参数之一，是路基路面结构设计中表征材料强度特性的指标，影响风积沙路基回弹模量的因素很多，如不同沙漠中风积沙的物质特征、密度、含水量、试验时承载板直径等。本文主要对影响一般路基回弹模量较大的含水量和压实度这两个因素的进行研究，判断在风积沙这种特殊路基填料中，含水量、压实度对风积沙路基回弹模量是否有显著的影响。由于风积沙级配差，用常规方法不易压实，但当风积沙在干燥状态和接近饱和状态下易达到最大密实度，这对于在沙漠腹地干旱缺水的环境中施工非常重要，因此，国内的风积沙路基施工均采用干压实施工。本文即研究在干压实状态下，回弹模量与含水量、压实度的关系。1风积沙特性1.1物理特性我国沙漠地区的风积沙为粒径0.25～0.1mm的细沙组成，平均占66.78%，最高含量可达99.36%；粒径0.5～0.25mm的中沙和粒径0.1～0.05mm的极细沙粒平均分别占16.27%和12.69%；粒径<0.05mm的粉粘粒和粒径在1.0～0.5mm的粗沙含量都较少。风积沙的主要矿物成分是石英和长石，可占90%左右，余者为其他类型的轻矿物及重矿物，如玉髓、石膏、白云母、方解石、白云石，其中也包括粘土矿物等。1.2化学特性风积沙的化学成分主要取决于风积沙的矿物成分，由SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等组成。已有的研究成果表明，与原生沙相比，经过风吹扬后，风积沙因粒度成分与矿物成分的变化所导致的化学成分变化，主要表现为失去Al2O3、CaO、CO2等，而SiO2和Fe2O3的含量相应地有所增加。1.3水理特性风积沙是由单个散状的沙粒组成的集合体，具有最为典型的散粒状结构；由于分选及磨圆度都较好，沙体的孔隙度相对较大，一般多在35%以上，孔隙的连通性好，并且在各个方面均表现出各向同性的性质。正因为如此，风积沙的透水性要比同类的其他砂（如最大粒径或平均粒径相同的其他砂）要好些，渗透系数更大些。当遇到毛细作用时，风积沙的毛细水上升高度随密实度的增大而增大，但增量并不大。毛细水上升高度随时间的增长而增大，初期上升较快，中后期上升较慢。1.4压实特性对路基或路面材料压实时，产生的物理现象主要有：使大小土块重新排列和互相靠近，缩短颗粒间空隙；促使单个土颗粒重新排列，调整位置，向利于密实的方向移动，相互嵌挤；使土块内部的土颗粒重新排列和互相靠近；使小颗粒进入大颗粒的孔隙中。受含水量的影响，风积沙干密度有两个峰值：在沙样处于无水或含水量较低状态时，风积沙干密度最大；当风积沙含水量达饱和状态时，出现第二个风积沙干密度高峰值，但其干密度普遍略小于无水或低水状态时的干密度。2回弹模量与压实度、含水量关系分析2.1对所用试验数据的说明（1）在我国，风积沙面积的60%分布在新疆，其余在疆外。新疆的沙漠分布在极干旱区、各因素间关系回弹模量含水量压实度回弹模量.000.025.856含水量.025.000-.310压实度.856-.310.0002.4对所得的关联矩阵进行分析，提出问题2.4.1关联矩阵分析（1）通过相关性分析可见，含水量与回弹模量属于负相关，回弹模量随含水量增大而呈现减小趋势；压实度与回弹模量属于正相关，回弹模量随压实度增大而呈现增大趋势。这一点与一般路基用土（如黏土、粉土等）三者间关系的一般规律一致。（2）通过相关性分析可见，含水量与回弹模量相关性不大，如果把相关性分成四个等级：0<≤0.3为弱相关；0.3<≤0.5为低度相关；0.5<≤0.8为显著相关；0.8<≤1为高度相关。——相关系数的绝对值那么，含水量与回弹模量的相关性基本属于低度相关，而压实度与回弹模量的关系较为紧密，在显著相关，有时可以达到高度相关。2.4.2找出特殊性，提出问题分析可知，在关联矩阵中，回弹模量与压实度的相关度很高，符合路基土回弹模量与压实度关系的普遍规律。但是，回弹模量与含水量的相关度低，违背了回弹模量与含水量高度相关这一规律。为什么在风积沙路基中会出现这种情况，是风积沙本身的性质决定？还是误差过大？又或外界干扰等原因？需进一步进行分析。另外，在这种风积沙与压实度高度相关的情况下，是否可以拟合出一条代表风积沙路基回弹模量与压实度关系的方程？也需做进一步的探讨。3对提出的问题做进一步分析3.1选用数学方法为了更加精确的了解单个因素对回弹模量的影响，在这个过程中，需要单独对回弹模量与含水量、回弹模量与压实度的关系进行分析，那么，就必须剔除别的因素的影响。因此选用数理统计方法中的偏相关分析，偏相关分析可对两相关变量之外的某一或某些影响相关的其他变量进行控制，计算控制其他变量影响后的相关系数（如在计算含水量与回弹模量关系时，控制压实度对回弹模量的影响）。由于偏相关性过程复杂，计算繁琐，为方便起见，本文用spss软件进行偏相关分析。3.2控制压实度影响后，含水量与回弹模量的相关性分析1路段2路段3路段4路段5路段6路段7路段8路段9路段10路段相关系数-0.186-0.7070.692-0.4420.034-0.256-0.525-0.354-0.260.592P0.3520.0020.1950.0870.890.5790.2270.4360.5730.161其中p——相关性检验值，P>0.05称“不显著”；P≤0.05称“显著”，P≤0.01称“非常显著”由图表可看出，只有路段2相关性为显著，其余都为不显著，由此得出结论，当控制压实度的影响后，风积沙干压实路基含水量与回弹模量的相关性非常不显著。其原因主要以下几方面：（1）风积沙路基在工程上采用干压实施工，因而含水量不大，在低含水量情况，水对回弹模量的影响有限；（2）风积沙具有颗粒细、松散度高、比表面积大、级配差、粉粘粒含量少、粘聚力小、表面活性低等特点，因此保水性差，水稳性好；（3）风积沙的分选性最好，磨圆度最高，易于密实，但密实状态的孔隙率仍很高，为典型的颗粒状散粒结构。典型的风积沙中粉粘粒尤其是粘粒的含量少，颗粒集中，主要为憎水的砂粒，与水的作用微弱，较大的孔隙度及较大且又连通的孔隙使其渗透性强，又利于在击实过程中排水而不造成较大的孔隙水压力，故含水量对其压实的影响低，又因为压实度与回弹模量的关联大，而压实度与回弹模量的关系在以往研究和本文中都得到验证，因此，含水量与回弹模量的关系不大；（4）由于气候等外界条件的原因，风积沙路基一般处于干燥状态，沙基强度变化不大，水对回弹模量影响确实有限。3.3在控制含水量的影响后，压实度和回弹模量的相关性分析1路段2路段3路段4路段5路段6路段7路段8路段9路段10路段相关系数0.4570.7090.9390.8980.5190.3350.768-0.251-0.2450.909P0.170.0010.0180.0000.0230.4620.0440.5880.6000.005其中p——相关性检验值，P>0.05称“不显著”；P≤0.05称“显著”，P≤0.01称“非常显著路段1、6、8、9没有通过显著性检验，只有60%的数据符合方程拟合的要求，在这种情况下，要找出回弹模量、压实度两者间的规律，其准确度不高，所得结果被用于实践的可行性不高。做回归方程拟合的意义不大。原因有如下几方面：（1）在检测过程中可能会发生人为的或仪器的相对误差。比如，与密度测定试验、承载板测定试验的误差等有关；（2）因为外界原因，检测数据可能有一定偏差，如天气原因、不利季节影响等。另外，由于每个沙漠的风积沙形成原因不同，因而颗粒组成不同、化学成分不同，甚至一个沙漠不同区域的风积沙的颗粒组成都不同。其粉粘粒含量、矿质组成不一样所导致的结果是用于工程上各样本量间的个体差异。因此，在拟合方程的时候，因沙而异，要找到一条合适的代表所有风积沙的回归方程，比较困难。其方程不能代表所有沙漠。4结论通过对试验数据的分析，得出风积沙路基的含水量对回弹模量的影响不大，但压实度对回弹模量的影响很大，但目前很难找到一个适用于国内所有风积沙地区压实度与回弹模量间具体的关系式。除去误差等原因，造成这一结果的主要原因与风积沙本身的工程特性、物理化学性质有关。参考文献：[1]李志农等.沙漠地区公路建设成套技术.2006.1.[2]金昌宁，李志农等.沙漠地区风积沙路用性能研究报告.2004.12.[3]吴德华等,陕西关中地区土基回弹模量研究.公路交通科技,第22卷第2期,2005年2月,pp:29~30.[4]贺国佑等