岩溶地区高速公路路基对覆盖层水力参数的影响研究

何俊辉 赵艳纳

摘 要：为了研究岩溶地区高速公路路基荷载对地基渗流特性影响，以广西六寨至河池高速公路某段路基为依托工程，采用经改良的试验仪器对土样开展试验研究，并基于此建立了渗透系數与土压力的关系式。研究结果表明，随着路基填筑高度的增加，地基覆盖层渗透性显著增大，该研究具有重要的理论与工程实际意义。

关键词：岩溶地区；荷载；渗透系数；孔隙比

前言

高速公路因为地形不同导致不同路段路基的填筑材料不同、填土厚度不同、结构形式不同，因而不同路段的荷载压力亦存在着差异。不同荷载作用下，土体的渗透性差异较大，导致路基的稳定性变化。因此，深入研究路基填土高度变化与地层渗透性的关系在高速公路建设中意义较大。为此，文章以广西六寨至河池高速公路某段路基为依托工程，对试验仪器进行改良后，开展了荷载与渗透系数关系的试验研究，并基于此建立了渗透系数与土压力的关系式。

1 试验方案

文章对现行规范规定的渗透试验仪器进行了改良，主要体现在两个方面：一是增设加压装置，可满足不同压力荷载的试验。二是改进筒的尺寸和构造，仪器高35厘米，内径10厘米；具体如图1、图2 所示。本试验土样取自六寨至河池高速公路路基填土，取样土分1与2两组，土样颗粒组成为黏土，每组进行3次不同荷载作用的渗透系数试验。

图1 改良渗透仪试验设备图

图2 增设加压设备图

2 试验结果分析

2.1 渗透系数试验

经从0至300kpa压力施压，得出各土样的渗透系数数值，具体数据见表1。

应用数据分析软件拟合压力与渗透系数的关系，得出拟合方程：

其中：k为渗透系数；p为压力；A1为零荷载时的渗透系数，A2为极限荷载时的渗透系数；x0为渗透系数出现转折点的压力；△x为斜率，拟合方差如表2所示，从表中可以看出，压力与渗透系数曲线拟合的相关性很好，能够反映压力与渗透系数的关系。

表2 各压力下拟合相关性

2.2有压渗透试验

利用典型覆盖型岩溶区上覆的高液性红黏土（塑限wp= 30.2%，液限wL=58%）进行有压渗透试验，试验结果如图3所示。

图3 不同荷载下土样渗透性测试结果

图4 加载过程孔隙比与渗透系数变化曲线

（1）由图3可以看出，荷载与对不同压实度条件下的地基土渗透系数的影响不同。在某一压实度下，渗透系数随着荷载的增加先急剧增大，而后增加的速度变缓，荷载与渗透系数出现S型的变化关系。

（2）当土基压实度的增大时，荷载与土基渗透系数的关系呈递减状态，说明当压实度达到一要求时，荷载对土基渗透系数的影响不显著。从试验结果来看，当压力为120KPa时，渗透系数开始显著增加，尤其是当荷载达到300Kpa以上时，土基渗透系数则变为平缓的曲线。

（3）从图4可知，土基渗透系数随着土基孔隙比增大而显著增加，从图中看出，孔隙比在0.5时，渗透系数为0.23，孔隙比为0.6时，渗透系数为1.36，说明孔隙比对土基渗透系数的的影响较明显，孔隙比对土基渗透系数的影响幅度随初始孔隙比的增大而显著增大。

（4）由图3可见，在初始荷载为零时，压实度为84%的渗透系数是压实度为92.8%的渗透系数的12倍，在荷载增加到300kPa时，压实度为84%土样的孔隙比e = 0.48明显大于压实度为92.9%土样的孔隙比e = 0.37，而84%压实度土样的渗透系数却远小于92.8%压实度土样的渗透系数，说明孔隙比相同的土样在荷载作用不同时，渗透系数存在明显差异，渗透系数的变化是孔隙比与荷载作用的共同函数。

3 结束语

（1）通过测试荷载作用对土体渗透性影响的试验，建立了路基压力p与地基渗透系数k的关系式，二者间存在曲线关系。

（2）荷载对地基土渗透系数的影响随着压实度不同而不同，压实度不高的时候，土基渗透随着荷载增加而急剧增加，当压实度达到一定的时候，荷载对土基渗透系数影响不明显。

（3）孔隙比对渗透系数的影响明显，其影响幅度随初始孔隙比的增大而增大，渗透系数的变化受到孔隙比与荷载的共同作用。

参考文献

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作者简介：何俊辉（1981-），男，河南信阳，硕士研究生，广西交通投资集团有限公司工程师，主要从事高速公路建设管理与科研工作。