风化石灰岩路基填料压缩变形特性研究

李燕

摘 要：以甘德尔山生态文明景区旅游公路的建设为依托，选取公路建设沿线代表性风化石灰岩为研究对象，通过室内压缩固结试验进行定量和定性分析，研究了风化石灰岩路基填料压缩变形性能。

关键词：石灰岩；路基填料；压缩

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0080-02

Abstract： Based on the construction of tourist highway in Gandar Mountain Ecological Civilization Scenic Spot， the representative weathered limestone along the highway construction is selected as the research object， and quantitative and qualitative analysis are conducted through indoor compression consolidation test. The compressive deformation properties of weathered limestone subgrade fillers are studied in this paper.

Keywords： limestone； subgrade filler； compression

乌海市甘德尔山位于乌海市中心位置，北至市中心城区海勃湾区与滨河新城，南与海南区相接，隔黄河与乌达区相望，由于地处我国大西北，内陆腹地，降水少，蒸发量大，气候干燥，风沙大，是典型的半荒漠化地区，山体岩石主要地质成分为灰岩，俗称石灰岩，属于地壳表面存在的三大类岩石岩浆岩、沉积岩和变质岩中沉积岩的一种，主要成分为方解石，其他成分的总含量相对较低。本文以甘德尔山生态文明景区旅游公路的建设为依托，选取公路建设沿线代表性风化石灰岩为研究对象，通过室内压缩固结试验定量计算和定性分析，对风化石灰岩路基填料压缩变形性能进行研究。

1 石灰岩填料的岩石特性

填料的压实特性在很大程度上由填料的岩性所决定。很多工程实践经验表明粗粒组填料自身物理力学性能对填料的工程性质影响很大，路基填筑采用不同强度的填料时，路基的压实效果有明显的区别，甘德尔山石灰岩路基填料由于不同程度的风化，使得填料在压实机械的能量下很容易产生破碎。

2 石灰岩填料的压缩变形性质

2.1 变形特性

我国公路建设从20世纪80年代开始进入了大规模建设时期，但是国内外对于石灰岩路基变形方面的研究成果较少。大量的填石路基的工程实践和试验研究表明，填石料在荷载作用下将会产生压缩，其体积的减小通常由以下几部分组成：

（1）压缩变形：主要是由于颗粒在受力后发生位置的相对移动，空隙体积减少引起的。填石料颗粒在荷载作用下，在克服颗粒间的摩擦阻力和机械咬合力后，产生滑动和滚动，移动到较为密实的更稳定的平衡位置上去，产生孔隙体积的缩小，伴随着孔隙比不断减小，填石料更加密实。这部分变形也是碎石填料压缩变形的主要部分。

（2）破碎变形：由于填石料颗粒在荷载作用下颗粒间发生应力重分布，从而引起颗粒棱角破碎，产生的小颗粒充填到较大的孔隙中去，造成整体体积减小。这部分变形是粗粒径填料压缩变形的次要部分。

（3）弹性变形：填石料骨架颗粒在荷载作用下产生弹性变形，引起填石料整体的体积压缩和颗粒的剪切变形，由于这部分变形在数量上很小，对填石料压缩变形影响不大。在研究大粒径路基填料变形时主要考虑前两种情况下产生的变形。

由此可见，造成石灰岩路堤沉降组成包括：（1）在施工期间机械碾压瞬间产生的沉降，为各分层的累计量，这部分沉降在施工期荷载作用期间产生；（2）施工期后长时间内逐渐产生的沉降总和，这部分随着时间的推移缓慢地逐渐发生。

2.2 石灰岩填料压缩性试验研究

由于在甘德尔山公路沿线不同位置填料粒组组成存在一定的区别，所以选取沿线5种代表性风化石灰岩（分别记为 1、2、3、4、5号土样）作为试验材料，路基填料颗粒分析试验5种不同土样筛分曲线如图1所示。

由于各土样中均含有不同比例的粗颗粒组分，但是考虑风化后容易破碎成中细粒料，故选取各个土样筛分后粒径小于1mm（1号筛孔下的土体）的土样进行室内压缩实验，选取固结仪中50cm2的环刀，即试样面积为50cm2。根据5种土样击实试验得到的最佳含水量和最大干密度制备扰动土样，1-5#土样的最佳含水量和最大干密度如表1所示。根据压缩试验得到最大干密度与压缩系数之间的关系图如图2所示。

从图1可见，填料中细粒组部分的压缩系数值均在0.0001-0.0002kPa-1之间，变化幅度不大，均属于中压缩性土。填料细粒颗粒部分的压缩变形受土样最大干密度影响不明显。此外在实际情况中，受填料本身粗粒结构形式和气候干燥双重因素的影响，土样颗粒间没有孔隙水压力。

2.3 石灰岩路基填料沉降变形的影响因素

通过对粗粒径路基填料已有研究成果的总结，结合甘德尔山景区公路的实际情况综合分析，影响石灰岩路基填料沉降变形的因素主要包括以下几点。

（1）孔隙比

粗粒组路基填料的强度往往较高，但由于空隙较大、较多，沉降变形对时间发展较快，所以路基的沉降变形主要原因不是压缩固结沉降。而是受力后路堤不同部位大粒径填料的孔隙比发生了變化，粗粒料破碎，细料下沉填充到较小的孔隙中，这使得初始孔隙比有所减少。

（2）填料的粒径组成

虽然公路沿线不同位置土样粒径构成、颗粒级配不同，但是由于风化作用，开挖开来的填石料易于破碎，且根据击实破碎后的筛分试验结果可知，不同土样破碎后的粒径构成、颗粒级配很接近。

（3）施工压实

压实质量是粗粒料路堤沉降变形最为重要的影响因素，因此施工过程中的充分压实，能减少填料的孔隙率，提高填筑体的强度，有利于路基压实层的密实与稳定，从而最大限度地降低路基沉降变形。

3 结束语

甘德尔山石灰岩路基填料沿线颗粒组成不均匀，但是由于在干燥环境和风化作用下，经充分压实可以有效改善路基填料颗粒级配，降低孔隙比，减少不均匀沉降，保证足够的压实度。

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