大气影响下物理处治膨胀土路堤的临界填芯高度研究

采用封闭包盖措施直接用膨胀土填筑路堤的物理处治技术相对传统的弃土换填或化学改良技术而言是一重大革新，能带来显著的工程、经济、环保效益。但物理处治技术中对膨胀土填芯高度的限定是凭工程经验确定的。该指标的合理确定不仅关系到物理处治路堤的长期稳定性，而且对当前山区公路设计仍多采用深挖高填有重要意义。考虑到大气干湿循环作用下包盖路堤为多相、多场耦合体，通过系列净应力和吸力控制试验，研究不同湿度和应力状态下的非饱和膨胀土水力耦合特性，建立非饱和膨胀土二维简化固结模型；采用土工离心模拟试验，模拟大气长期干湿循环效应，研究物理处治膨胀土路堤水分迁移和变形规律；基于二维固结模型，建立考虑降雨和蒸发效应的非饱和膨胀土渗流-变形耦合数值模拟方法，并用土工离心模拟试验结果加以验证；数值模拟大气影响下不同填芯高度路堤变形性状，提出以路基不均匀沉降允许值为控制指标的物理处治膨胀土路堤临界填芯高度确定方法。

膨胀土地区公路建设中，因膨胀土天然含水率高，难以压实且水稳性差，用膨胀土填筑的路基易发生运营期增湿膨胀、干密度降低、承载力下降，导致路面早期破坏。掌握膨胀土的变形规律，合理确定膨胀土填芯高度，控制膨胀土路基变形，确保路基刚度的长期稳定，是有效利用膨胀土填筑路基的关键，对于降低造价、减少借弃土占地、保证工程质量具有重要工程实际意义。项目结合海南、广西、河南、江西四省区高速公路膨胀土路堤修筑，通过现场调查取样、室内试验、理论分析、数值模拟、足尺模型试验对大气影响下物理处治膨胀土路堤的临界填芯高度相关科学和技术问题进行了研究。. 针对路堤工况和实际工程中膨胀土吸力变化范围较大这一特点，改进试验方法，综合采用轴平移、渗析和湿度平衡三种吸力控制技术综合采用揭示了膨胀土在不同应力状态下平衡湿度随吸力的变化规律，建立了大气与膨胀土路基相互作用的湿热耦合计算模型，为大气长期作用下膨胀土路基平衡湿度的预估提供了计算方法及其参数获取方法。通过无荷膨胀、有荷膨胀与膨胀力试验建立了能反映膨胀土极限性质的膨胀土湿胀变形预测模型和膨胀土路基变形计算方法，为大气长期作用下膨胀土路基变形计算提供了理论基础。通过现场测试和数值模拟，揭示了大气干作用下物理处治膨胀土路堤的湿度平衡规律，为计算膨胀土路堤湿胀变形确定膨胀土路堤临界填芯高度提供了依据。提出了一种新的膨胀土路基压实控制方法，为满足耐久性路面对膨胀土路基刚度的要求提出了膨胀土路基动模量测试新方法和路基刚度补偿设计方法，为大气干湿循环作用下物理处治膨胀土路堤变形控制提供了实用技术。室内试验揭示了膨胀土抗剪强度非线性特征及影响因素和边坡浅层破坏原因，通过模型试验获得了大气作用下物理处治(土工格式边部加筋)膨胀土路堤的工作机理，提出了南方气候条件下膨胀土路堤择时施工方法。以路基容许横向变坡率为控制指标，提出了大气影响下物理处治膨胀土路堤的临界填芯高度设计方法。. 项目发表论文15篇，其中EI收录9篇，CSCD收录4篇；申请发明专利1项；培养博士3名，硕士2名，1篇博士论文被评为省级优秀博士论文；组织1次全国学术研讨会，在4个学术会议上进行了成果交流。成果应用于3个实体工程，产生了良好的经济、社会及环境效益。