本發(fā)明屬于巖土工程，具體涉及一種考慮粗細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、大量工程實踐與科學研究表明，顆粒的破碎行為會引起路基填料級配的改變，從而影響其物理力學性質(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加重路基的工后沉降，進而影響鐵路軌道的平順性和公路路面的平整性。相比于強度較高的硬質(zhì)巖粗顆粒填料，路基軟質(zhì)巖填料中的粗顆粒破碎現(xiàn)象更為嚴重。

2、軟質(zhì)巖在國內(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體分級標準》gb/t50218-2014，根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強度對巖體進行分級，規(guī)定巖石飽和單軸抗壓強度小于30mpa的稱為軟質(zhì)巖。其中，巖石飽和單軸抗壓強度在15mpa～30mpa的為較軟巖，巖石飽和單軸抗壓強度在5mpa～15mpa的為軟巖；巖石飽和單軸抗壓強度小于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)計規(guī)范》jtg?d30-2015，根據(jù)石料母巖飽和單軸抗壓強度，巖石飽和單軸抗壓強度在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控制標準；《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》tb10001-2016規(guī)定，巖塊顆粒的母巖飽和單軸抗壓強度小于20mpa的粗、巨粒土填料均按c、d組考慮，路基填筑壓實參數(shù)應(yīng)結(jié)合試驗和地區(qū)經(jīng)驗確定。可見，粗顆粒巖塊強度較低的軟質(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。隨著填料中細顆粒占比的減少或粗顆粒占比的增大，路基壓實后的填料存在3種類型的土體結(jié)構(gòu)：①懸浮-密實結(jié)構(gòu)，即細顆粒占比較高，粗顆粒懸浮于細顆粒中；②骨架-密實結(jié)構(gòu)，即粗顆粒間相互緊密接觸，并形成受力骨架，細顆粒密實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、壓實密度對路基工程的填筑質(zhì)量至關(guān)重要。其中，壓實系數(shù)以壓實后的干密度與室內(nèi)標準擊實試驗獲得的最大干密度之比來量化，是國內(nèi)外均普遍采用的路基填筑施工壓實質(zhì)量的重要指標。從細觀角度來說，壓實系數(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，壓實系數(shù)的增大會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)巖粗顆粒的破碎風險?？梢?，壓實系數(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)均對路基填料中粗顆粒的抗破碎指標進行了規(guī)定。其中，壓碎值ca是衡量路基填料中粗顆粒抗破碎性能的重要指標，用于評定路基粗顆粒填料在工程中的適用性。具體地，壓碎值ca是以標準粒徑顆粒為試驗對象，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，《公路工程集料試驗規(guī)程》jtg?e42-2005以9.5mm～13.2mm的粗顆粒進行試驗，《鐵路碎石道砟試驗方法》tb/t2328-2008則采用10mm～16mm的粗顆粒進行試驗。存在的問題是，現(xiàn)有的壓碎值試驗方法，均以規(guī)定的單一粒組粗顆粒為試驗對象，僅反映了粗顆粒巖塊強度單一因素的影響，未考慮填料中的粗細顆粒占比、以及填料壓實密度等多因素的影響，進而無法對路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒的抗破碎能力進行全面準確地評價。

6、因此，創(chuàng)新一種能全面反映粗顆粒巖塊強度、粗細顆粒占比、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，對路基工程的可靠設(shè)計與安全建造具有參考價值和指導(dǎo)意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種考慮粗細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)有壓碎值試驗方法無法綜合考慮粗顆粒巖塊強度、粗細顆粒占比，填料壓實密度等物理力學性質(zhì)對路基軟質(zhì)巖填料抗壓碎能力的評價問題。

2、為了達到上述發(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、針對填筑完成的軟質(zhì)巖填料路基，采用灌砂法測定路基軟質(zhì)巖填料的干密度ρd，通過室內(nèi)擊實試驗得到路基軟質(zhì)巖填料的最大干密度ρdmax，獲得路基軟質(zhì)巖填料的壓實系數(shù)k＝ρd/ρdmax；

4、s2、對路基軟質(zhì)巖填料試樣進行顆粒篩分試驗，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、通過點荷載試驗，測定路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒巖塊的點荷載強度is，確定粗顆粒巖塊的單軸抗壓強度rc＝23.9is，并得到粗顆粒巖塊的單軸抗壓強度平均值

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

7、進一步地：所述s1中，室內(nèi)擊實試驗按重型z3擊實試驗標準技術(shù)參數(shù)進行。

8、進一步地：所述s2中，粗顆粒的粒徑不小于2.5mm。

9、進一步地：所述s3中，點荷載試驗的粗顆粒巖塊尺寸、形狀應(yīng)滿足：

10、(1)粗顆粒巖塊尺寸以加載點間距d量化，加載點間距d為點荷載試驗加載初始時，點荷載儀加荷錐間的距離，加載點間距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)巖塊的風化程度分別取值：巖塊為強風化時，形狀系數(shù)β滿足0.4～1.0；巖塊為弱風化時，形狀系數(shù)β滿足0.5～1.0；巖塊為微風化時，形狀系數(shù)β滿足0.6～1.0。

12、進一步地：所述s3中，路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒巖塊的點荷載強度is＝p/(d·wf)，式中，p為點荷載試驗的破壞荷載，wf為巖塊破壞截面的寬度；

13、進一步地：所述s3中，路基軟質(zhì)巖填料中粗顆粒巖塊的單軸抗壓強度平均值式中，n為點荷載試驗的粗顆粒巖塊個數(shù)，n≥6；

14、進一步地：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。對比傳統(tǒng)的試驗方法僅反映粗顆粒巖塊強度單一因素的影響，本估算方法能綜合考慮軟質(zhì)巖填料中的粗顆粒巖塊強度、粗細顆粒占比、填料壓實密度等參數(shù)指標對壓碎值的影響。隨軟質(zhì)巖填料中的粗顆粒巖塊強度增加、細顆粒含量增大、填料壓實系數(shù)提高，軟質(zhì)巖填料的抗壓碎性能隨之增強，即壓碎值降低。經(jīng)過分析驗證，本發(fā)明方法合理可行。

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

18、(3)本發(fā)明方法操作簡便、物理意義明確，估算精度較高。