路基土的微观结构及其对冻胀翻浆的影响.docVIP

路基土的微观结构及其对冻胀翻浆的影响 谷宪明1，21， 梁世忠1， 史文建3 (1.吉林大学建设工程学院，吉林长春130021；2.吉林省公路勘测设计院，吉林长春130021； 3.北京奥科瑞交通科技发展有限公司，北京100176) 摘要：在季节冻土地区，伴随着土中水的冻结和融化，发生着一系列奇异而独特的冻土现象。对于道路工程而言，由于冻土的存在，路基冻害表现为冻胀、融化下沉及翻浆冒泥。文章通过对季节性冻区路基土进行微观研究，了解路基水分迁移规律，为治理公路病害提供指导。 关键词：冻土；微观结构；冻胀；翻浆 中图分类号：U416.1 文献标识码：B  在我国北方的严寒地区，道路的冻害作用对其结构物，特别是路基路面的危害性很大。因此，在季节性冻土地区，解决冰冻作用问题，放在很重要的地位，力求通过正确的设计减轻或消除冻害作用带来的不良后果[6]。季节性冻土，是一个复杂的系统工程问题，涉及到冻土物理学、冻土力学、工程冻土学、计算科学等多学科交汇问题，因此，有许多问题一直没有得到很好解决。由于问题比较复杂，涉及因素较多，研究方法也不尽相同。本文从土的微观结构出发，研究季节性冻土水分迁移及对冻胀翻浆的影响，取得了较好的效果。为进行本研究方向，选取了吉林省的两条二级公路和一条一级公路作为试验路段，分别为长春至四平二级公路、长春至吉林二级公路和长春至松原一级公路。路基土具有代表性，均为细粒土，为研究方向提供了较好的试验基础。 1路基土的物质成分 1.1粒度成分 通过对几个路段冻、融土进行颗粒分析试验，发现长吉、长平土体的粘粒含量相对要高，而长松路段的土体粉粒含量较高。其成果见表1。 样品编号的说明：一号样：四平至长春二级公路 ；二号样：长春至松原一级公路；三号样：长吉北线。一般情况下，松原路段的土体粉粒含量较高，常见为粉质轻亚粘土和粉质亚砂土；长春吉林北线路段的土体粘粒含量较高，常见为粉质重亚粘土 ；长四公路粒度组细粒位于上述两者之间。 1.2矿物成分 土的矿物成分是影响冻、融土的工程地质性质及其翻浆机理的重要因素，以粉晶X衍射方法为土体矿物成分测试的主要手段，分析得到矿物成分见表2。 由表2可见，长吉路段的土层主要以原生矿物为主，其石英、长石含量较高，粘土矿物主要以伊蒙混层矿物和伊利石为主，其矿物的亲水性比较强，其结合水含量较高，土层的透水性差，在长松路段中含有一定量的方解石，可见土层内可溶性矿物含量较高，但是由于是难溶盐，当含水量较低时其影响程度相对较弱。 2路基土的微观结构 2.1 SEM的微观颗粒定量分析 为了对路基土的微观颗粒进行定量分析，采用扫描电子显微镜进行试验，图1~图3及表3为路基土微观颗粒定量分析结果，可以看出，3条路的路基土颗粒以粉、粘粒为主，以2~5μm和5~20μm直径的颗粒为主，20μm为零，1μm的较少。土颗粒分布均匀，基本上为各向同性，不同于天然沉积土层。 2.2路基土孔隙的定量分析 通过对路基土进行扫描电镜试验，得到了路基土微孔隙定量试验结果。表4和图5～图7是试样微观孔隙定量分析成果。从图表中数据可以看出，3种样品大孔隙较少，20μm、10～20μm几乎为零，5～10μm的较少而主要的孔隙主要集中在1μm和1～2μm两个区段，说明微孔隙发育，可见颗粒间的接触多为边-面形式，且孔隙的连通较好，可能提供较好的水分迁移通道。这与直接从SEM照片上观察到的现象基本一致。通过对其进行定向分析，发现微孔隙各向分布较均匀，没有某个方向特别突出。 2.3路基土微观结构类型 从SEM图像分析来看，样品均呈絮聚状结构；粘土矿物以伊利石和伊蒙混层矿物为主构成絮凝体和团聚体的主体，胶结物多位于结构单元体之间以桥的形式胶结颗粒，且胶结物主要有粘土矿物，且一些粘土矿物晶体结晶不好，见图8～图10，结构连结形式主要是接触连结和结合水连结，这种连结方式相对来讲，比较牢固，所产生的结构强度比较大。这种连结类型可以随着含水率的变化而转变，从而使土的结构强度也随之增长或者减弱。结构类型主要以絮凝状、团聚状、絮凝-团聚状结构为主 ；从孔隙总体上分析，结构连结好，且连通性好，颗粒均无明显的定向性，可见颗粒基本上呈现均匀性。 长春至四平路段主要以絮凝状、团聚状结构为主，部分土体具有絮凝状结构，少量可见骨架状结构，土体比较均匀，剖面和水平面微观结构特征没有太大差别，土体均一性较好。样品的平面的剖面SEM图片如图8所示。长春至松原一级公路路基土从微观结构上分析可见，结构单元体主要以粉粒为主，且粒径较小，虽然土体粘粒含量较高，但是由于团聚性较高，粘土矿物较细小，土体的结构类型为团粒状结构为主，其次可见团聚状结构和絮状结构过渡类型。孔隙的连通性较好，小孔隙发育，基本上土体较均匀，是各向同性的土体。样品水平和剖面的