[发明专利]一种粗颗粒土填料土体结构类型的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，特别涉及一种粗颗粒土填料土体结构类型的确定方法。

背景技术

压实后的粗颗粒土填料具有三种典型的土体结构类型：一种是土体中小颗粒占主要，大颗粒悬浮在小颗粒中，即悬浮密实结构；第二种是土体中大颗粒之间相互紧密接触，能形成稳定的骨架，而小颗粒又恰好能密实地填充满大颗粒之间的间隙，即骨架密实结构；第三种是土体中大颗粒含量较多，以致小颗粒的含量不足以填充满大颗粒之间的间隙，即骨架孔隙结构。粗颗粒土的土体结构类型不同，其工程特性表现出明显的差异。大量的研究和工程实践表明：悬浮密实结构由于细颗粒占主导，其抗剪强度和抗变形能力都相对较低，但具有较好的防渗性能；骨架密实结构由于既有较多数量的大颗粒形成受力骨架，同时又有相当数量的小颗粒可填密骨架的间隙，因而不仅具有较高的抗剪强度和抗变形能力，同时还具备一定的防渗能力；骨架孔隙结构的大颗粒数量较多能形成受力骨架，而小颗粒含量较少不足以填充满骨架间隙，因而有很好的渗透性能，同时也表现出良好的抗剪强度和抗变形能力。

实际工程中常常根据不同的功能要求，设计或选择具有不同土体结构类型的粗颗粒土作为路基填料。如为保证高速铁路无砟轨道路基基床在列车动荷载作用下的长期稳定性，不发生明显的塑性累积变形，所选用或设计出的粗颗粒土填料的土体结构类型应该为骨架密实结构或骨架孔隙结构，若选择或设计出的粗颗粒土填料，经压实后的土体结构类型是悬浮密实结构，在长期的列车动荷载作用下，就会产生过大的塑性累积变形，影响轨道的平顺性，从而影响列车高速运行时的平稳性，严重时还可能会威胁到行车安全；严寒地区的公路路基路面结构的底基层及路床等有抗冻性能的要求，需保证结构层具有较强的排水能力，土体结构应为骨架孔隙结构，若采用的填料在压实后的土体结构渗水能力较弱，就会发生冻害现象；而对于工程要求具有防渗功能的土工结构层，其土体结构就应该选用悬浮密实结构。可见，准确地判别所选用或设计的粗颗粒土填料的土体结构类型至关重要。

现有公开的土体结构类型测定方法，不同行业的测定方法也不同。公路沥青路面集料配合比设计方法中，通常以某个固定粒径为界限粒径(4.75mm或2.36mm)，将颗粒分为粗颗粒与细颗粒两部分，并认为粗颗粒主要起骨架作用，细颗粒起填充作用，然后比较紧装粗颗粒骨架的间隙率VCA_DRC或松装粗颗粒骨架的间隙率VCA_DLC和填料中粗颗粒之间的间隙率VCA_mix，若VCA_mix＞VCA_DLC，表明粗颗粒在填料中彼此不能相互接触，处于“悬浮”状态，则沥青混合料属于悬浮密实结构，若VCA_DRC≤VCA_mix≤VCA_DLC，表明粗颗粒在填料中能相互接触形成受力骨架，则沥青混合料为骨架结构；这种以固定粒径作为填充颗粒与骨架颗粒之间的分界粒径的方法仅能判断大于该固定粒径的颗粒是否已经形成受力骨架，并不能确定那些颗粒是真正意义上的受力骨架，若填料的真实骨架颗粒中有粒径小于该固定粒径的颗粒，采用该判别方法就会得到错误的结论，如某粗颗粒填料压实后粒径大于1.18mm的颗粒之间相互紧密接触形成了稳定的受力骨架(即土体结构类型为骨架结构)，则填料中粒径大于4.75mm或2.36mm的粗颗粒在填料中必然处于彼此不能相互紧密接触的“悬浮”或“疏松”接触状态，即该粒径范围颗粒没有形成稳定的受力骨架，若采用上述的土体结构类型判别方法，就会得到该土体结构类型是悬浮密实结构的错误结论。水利工程通常将5mm作为骨架颗粒与非骨架颗粒(填充颗粒)的界限粒径，用P₅表示粒径大于5mm颗粒的含量，并认为当P₅为70％左右时，骨架颗粒能形成骨架，填充颗粒又恰好能填充满骨架间隙，土体是骨架密实结构；当P₅大于70％后，填充颗粒不足以填充满骨架间隙，土体就是骨架孔隙结构；当P₅低于70％时，由于填充颗粒含量较多，撑开了土体骨架，土体就是悬浮结构；这种以P₅含量作为土体结构类型的判别方式，是一种经验性的方法，缺乏试验依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种粗颗粒土填料土体结构类型的测定方法，该方法能准确测定粗颗粒土的土体结构类型，而且操作简便。

本发明实现解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种粗颗粒土土体结构类型的测定方法，包括如下步骤：