本發(fā)明屬于巖土工程，具體涉及一種考慮粗細(xì)粒含量等多因素影響的路基軟質(zhì)巖填料壓碎值估算方法。

背景技術(shù)：

1、大量工程實(shí)踐與科學(xué)研究表明，顆粒的破碎行為會(huì)引起路基填料級(jí)配的改變，從而影響其物理力學(xué)性質(zhì)。具體來說，粗顆粒破碎后產(chǎn)生的小顆粒填充到填料孔隙中，會(huì)導(dǎo)致填料孔隙減小，從而引起變形。因此，粗顆粒的破碎行為會(huì)加重路基的工后沉降，進(jìn)而影響鐵路軌道的平順性和公路路面的平整性。相比于強(qiáng)度較高的硬質(zhì)巖粗顆粒填料，路基軟質(zhì)巖填料中的粗顆粒破碎現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

2、軟質(zhì)巖在國(guó)內(nèi)外分布廣泛，如凝灰?guī)r等噴出巖、紅層軟巖等沉積巖、千枚巖等變質(zhì)巖，均是在特定環(huán)境下具有顯著塑性變形的復(fù)雜巖體?！豆こ處r體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》gb/t50218-2014，根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度對(duì)巖體進(jìn)行分級(jí)，規(guī)定巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于30mpa的稱為軟質(zhì)巖。其中，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度在15mpa～30mpa的為較軟巖，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度在5mpa～15mpa的為軟巖；巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于5mpa的為極軟巖。隨著軟質(zhì)巖分別地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施的大量修建，軟質(zhì)巖體破碎顆粒作為路基填料的適用性備受關(guān)注。相比完整巖體，軟質(zhì)巖顆粒填料作為填筑體，在承受荷載下并非連續(xù)均勻受力，而是以顆粒間邊、角隨機(jī)接觸傳遞為主，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，易引起顆粒破碎行為?！豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》jtg?d30-2015，根據(jù)石料母巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度在5mpa～30mpa的填石料定義為軟質(zhì)巖石料，規(guī)定了應(yīng)用于路基上、下路堤層的填筑層厚度和壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)；《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》tb10001-2016規(guī)定，巖塊顆粒的母巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于20mpa的粗、巨粒土填料均按c、d組考慮，路基填筑壓實(shí)參數(shù)應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定?？梢?，粗顆粒巖塊強(qiáng)度較低的軟質(zhì)巖填料，用于路基填筑的適用性尚需關(guān)注。

3、路基填料中的顆粒并非處于單一粒徑范圍，而是由大小不同的顆粒組成的混合體。隨著填料中細(xì)顆粒占比的減少或粗顆粒占比的增大，路基壓實(shí)后的填料存在3種類型的土體結(jié)構(gòu)：①懸浮-密實(shí)結(jié)構(gòu)，即細(xì)顆粒占比較高，粗顆粒懸浮于細(xì)顆粒中；②骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)，即粗顆粒間相互緊密接觸，并形成受力骨架，細(xì)顆粒密實(shí)充填于粗顆粒間的孔隙中；③骨架-孔隙結(jié)構(gòu)，即粗顆粒占比教高，細(xì)顆粒含量不足以填沖粗顆粒間孔隙。顯然，隨路基填料中的粗顆粒占比增加，路基的承載在顆粒間的傳遞，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛纱诸w粒主導(dǎo)，加重了軟質(zhì)巖粗顆粒的破碎行為。因此，粗或細(xì)顆粒的含量，亦是影響路基軟質(zhì)巖填料中顆粒破碎的重要原因。

4、壓實(shí)密度對(duì)路基工程的填筑質(zhì)量至關(guān)重要。其中，壓實(shí)系數(shù)以壓實(shí)后的干密度與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)獲得的最大干密度之比來量化，是國(guó)內(nèi)外均普遍采用的路基填筑施工壓實(shí)質(zhì)量的重要指標(biāo)。從細(xì)觀角度來說，壓實(shí)系數(shù)增加，填料內(nèi)部顆粒間的接觸更加緊密，土顆粒與周圍相鄰顆粒的接觸數(shù)增多。由此，壓實(shí)系數(shù)的增大會(huì)增加路基的承載在顆粒間的傳遞，降低顆粒間的接觸力，減小軟質(zhì)巖粗顆粒的破碎風(fēng)險(xiǎn)。可見，壓實(shí)系數(shù)，也是影響路基軟質(zhì)巖填料中顆粒破碎的因素。

5、為保證在工程荷載作用和環(huán)境因素影響下，路基填筑體的良好路用性能，鐵路公路行業(yè)均對(duì)路基填料中粗顆粒的抗破碎指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。其中，壓碎值ca是衡量路基填料中粗顆?？蛊扑樾阅艿闹匾笜?biāo)，用于評(píng)定路基粗顆粒填料在工程中的適用性。具體地，壓碎值ca是以標(biāo)準(zhǔn)粒徑顆粒為試驗(yàn)對(duì)象，用規(guī)定的試模和荷載，經(jīng)壓碎后損失的質(zhì)量百分率，其中，《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》jtg?e42-2005以9.5mm～13.2mm的粗顆粒進(jìn)行試驗(yàn)，《鐵路碎石道砟試驗(yàn)方法》tb/t2328-2008則采用10mm～16mm的粗顆粒進(jìn)行試驗(yàn)。存在的問題是，現(xiàn)有的壓碎值試驗(yàn)方法，均以規(guī)定的單一粒組粗顆粒為試驗(yàn)對(duì)象，僅反映了粗顆粒巖塊強(qiáng)度單一因素的影響，未考慮填料中的粗細(xì)顆粒占比、以及填料壓實(shí)密度等多因素的影響，進(jìn)而無法對(duì)路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒的抗破碎能力進(jìn)行全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)。

6、因此，創(chuàng)新一種能全面反映粗顆粒巖塊強(qiáng)度、粗細(xì)顆粒占比、碾壓密度等多因素影響的路基軟質(zhì)巖填料壓碎值估算方法，對(duì)路基工程的可靠設(shè)計(jì)與安全建造具有參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種考慮粗細(xì)粒含量等多因素影響的路基軟質(zhì)巖填料壓碎值估算方法，解決了現(xiàn)有壓碎值試驗(yàn)方法無法綜合考慮粗顆粒巖塊強(qiáng)度、粗細(xì)顆粒占比，填料壓實(shí)密度等物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)路基軟質(zhì)巖填料抗壓碎能力的評(píng)價(jià)問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種考慮粗細(xì)粒含量的路基軟質(zhì)巖填料壓碎值估算方法，包括以下步驟：

3、s1、針對(duì)填筑完成的軟質(zhì)巖填料路基，采用灌砂法測(cè)定路基軟質(zhì)巖填料的干密度ρd，通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得到路基軟質(zhì)巖填料的最大干密度ρdmax，獲得路基軟質(zhì)巖填料的壓實(shí)系數(shù)k＝ρd/ρdmax；

4、s2、對(duì)路基軟質(zhì)巖填料試樣進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)，獲得粗顆粒質(zhì)量mc占試樣總質(zhì)量m0的比值pc＝mc/m0；

5、s3、通過點(diǎn)荷載試驗(yàn)，測(cè)定路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒巖塊的點(diǎn)荷載強(qiáng)度is，確定粗顆粒巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度rc＝23.9is，并得到粗顆粒巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度平均值

6、s4、根據(jù)路基軟質(zhì)巖填料的壓實(shí)系數(shù)k、粗顆粒的質(zhì)量占比pc、巖塊單軸抗壓強(qiáng)度平均值估算路基軟巖填料的壓碎值ca。

7、進(jìn)一步地：所述s1中，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)按重型z3擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行。

8、進(jìn)一步地：所述s2中，粗顆粒的粒徑不小于2.5mm。

9、進(jìn)一步地：所述s3中，點(diǎn)荷載試驗(yàn)的粗顆粒巖塊尺寸、形狀應(yīng)滿足：

10、(1)粗顆粒巖塊尺寸以加載點(diǎn)間距d量化，加載點(diǎn)間距d為點(diǎn)荷載試驗(yàn)加載初始時(shí)，點(diǎn)荷載儀加荷錐間的距離，加載點(diǎn)間距d在35mm～80mm范圍；

11、(2)粗顆粒巖塊形狀以形狀系數(shù)β量化，形狀系數(shù)β＝d/w,為加載點(diǎn)間距d與巖塊最小截面寬度w的比值，形狀系數(shù)β根據(jù)巖塊的風(fēng)化程度分別取值：巖塊為強(qiáng)風(fēng)化時(shí)，形狀系數(shù)β滿足0.4～1.0；巖塊為弱風(fēng)化時(shí)，形狀系數(shù)β滿足0.5～1.0；巖塊為微風(fēng)化時(shí)，形狀系數(shù)β滿足0.6～1.0。

12、進(jìn)一步地：所述s3中，路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒巖塊的點(diǎn)荷載強(qiáng)度is＝p/(d·wf)，式中，p為點(diǎn)荷載試驗(yàn)的破壞荷載，wf為巖塊破壞截面的寬度；

13、進(jìn)一步地：所述s3中，路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度平均值式中，n為點(diǎn)荷載試驗(yàn)的粗顆粒巖塊個(gè)數(shù)，n≥6；

14、進(jìn)一步地：所述s4中，估算路基軟質(zhì)巖填料的壓碎值式中，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。

15、本發(fā)明的有益效果為：

16、(1)本發(fā)明提供了一種考慮粗細(xì)粒含量等多因素影響的路基軟質(zhì)巖填料壓碎值估算方法。對(duì)比傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法僅反映粗顆粒巖塊強(qiáng)度單一因素的影響，本估算方法能綜合考慮軟質(zhì)巖填料中的粗顆粒巖塊強(qiáng)度、粗細(xì)顆粒占比、填料壓實(shí)密度等參數(shù)指標(biāo)對(duì)壓碎值的影響。隨軟質(zhì)巖填料中的粗顆粒巖塊強(qiáng)度增加、細(xì)顆粒含量增大、填料壓實(shí)系數(shù)提高，軟質(zhì)巖填料的抗壓碎性能隨之增強(qiáng)，即壓碎值降低。經(jīng)過分析驗(yàn)證，本發(fā)明方法合理可行。

17、(2)本發(fā)明中的參數(shù)指標(biāo)都能基于現(xiàn)行鐵路公路等相關(guān)行業(yè)規(guī)范中的試驗(yàn)設(shè)備和方法獲得，即估算方法中所需的參數(shù)指標(biāo)，具有可操作性。

18、(3)本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)便、物理意義明確，估算精度較高。