高速公路路基碎石排水层级配研究及数值模拟__墨水学术,论文发表,(2)

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4.75mrn以上的粗集料将会形成空间骨架结构，且具有约37%的孔隙率。保证4.75mm及以上各档粗集料在总量中比例不变，形成稳定的空间骨架结构前提下，如果填充的细集料充满骨架孔隙，就会形成骨架—密实结构，拥有足够大的强度;如果减少细集料的含量，那么就没有足够的细料来填充骨架间的孔隙，就会形成骨架—孔隙结构，从而具有优异的排水性能为了找到既能隔断毛细水又具有足够强度的级配，是通过调整2.36mm及以下各档细集料的含量来实现。现保证4.75mm以上骨架结构不变，经过调整2.36mm筛孔及以下各档细料的含量，可以得到如表2的级配A、级配B和级配C:
　　表2三种不同级配
　　筛孔（mm） 31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
　　通过率（%） A 100 90 75 66 59 46 33 23 16 11 8 6 0
　　 B 100 88 71 60 52 37 22 14 8 5 2 0 0
　　 C 100 86 67 55 46 29 12 7 3 1 0 0 0
　　对三种级配进行击实实验，得到级配A的密度大致为2.28g/cm3，孔隙率为11.9%；级配B的密度大致为2.22g/cm3，孔隙率为17.3%;级配C的密度大致为2.16g/cm3，孔隙率约为23.5%。可见，级配A为骨架密实结构，级配B与级配C均为骨架孔隙结构。
　　2.3 三种级配阻隔毛细水性能研究
　　传统的无结合料粒料的成型方法是在金属模具内击实或者震动成型，由于这种材料粘结力很差无法脱模进行试验且无法透过金属模具直接观察试件内部的毛细水上升情况，所以采用如下改进试验方法。用内径20cm，高3Scm的有机玻璃筒代替金属筒作为击实模具，直接将此有机玻璃筒放置入有一定深度的金属盆内，直接在玻璃筒中按级配A、级配B和级配C通过击实成型试件，试件采用干捣法成型。试件成型完成后，在金属盆内加水，即可直接观察玻璃模具内试件的毛细水上升情况。为了防止有机玻璃筒壁阻隔水分的进入，可在击实时在模具底部垫一块吸水性强的毛巾。毛细水观察的方法类似于纯土柱的毛细水试验，但由于碎石的毛细比土慢，所以在第一天每隔2个小时观察记录一次，以后每天观察记录一次，直至水上升至最高或毛细水停止上升为止。
　　对级配A、级配B与级配C进行综合分析，发现三种级配均能较好的起到阻隔地下水毛细上升的作用，且具有一定的排水能力。随着细料的减少，级配变粗、孔隙率增大，其阻隔毛细水与排水能力逐渐增强。但为了保证碎石排水层同时具有足够的强度，不能一味追求排水能力而加粗级配增大孔隙率，而且过大的孔隙率会造成了路基土更容易浸入碎石排水层，阻塞孔隙反而影响其排水能力。考虑到实验室内通过人工捣实达到的集料密实度无法与现场施工中所达到的密实度相比，所以在现场施工中采用重型机械压实会提高密实度，毛细高度也会有一定的增加。综合考虑以上因素，所以推荐在实体工程中应至少采用级配B，当地下水毛细高度较高时应考虑采用级配C，且此碎石排水层的最小填筑厚度应不小于40cm。
　　3碎石排水层的数值模拟
　　本文借助SEEP/W软件对水在碎石层中的毛细上升进行模拟。模型仍采用简单的平面二维模型，参考之前的室内试验结果取模型高度为lm，宽度为0.2m。共划分了160个四边形网格，含有243个节点。由于水在碎石与水在土中的毛细性能存在较大差异，所以不能直接将模型底部边界条件设置为lOm水头边界。参考实验室内碎石试件试验结果，并从安全考虑，取底边界的水头高度为1m。由于在碎石集料中，毛细水到达最大高度时间较短，所以直接采用稳态模拟

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