公路路基泥质软岩填料的力学特性研究
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ADHESION 粘 学术论文 接 Academic papers
材料科技与应用
收稿日期：2020-09-02 作者简介：李宏俊（1980-）男，汉族，河南信阳人，硕士，讲师，研究方向：地质灾害评价与预测。 基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目资助（2020J0968）
公路路基泥质软岩填料的力学特性研究
R 平方 (COD) 调整后 R 平方
y=Incert + B1*x^1+B2*x^2
B 不加权 3.08762E-5 3.08762E-5 -3.08762E-5 4.52284E-5 0.99689
0.99378
6 7 8 9 10 11 12 13 14 含水率 ω（%）
（b）P5=70%
干密度 ρd(g/cm-3)
1 材料与方法
试验用泥质软岩为某公路施工现场取得的路基填 料（松散碎石土及松软粘性土及强风化岩层组成），主 要矿物组成为（质量分数，%）：60.73SiO2、20.12Al2O3、 7.10Fe2O3、5.38CaO、1.98K2O、2.33MgO、0.54TiO2、 0.12Na2O，余量为其它。
采用TDJ-III型多功能电动击实仪对泥质软岩进行 击实试验，共设计了 3 组试件，分别为P5（粒径大于或 等于 5mm的含量）为 50%、70%和 90%，分别测试不同 试件的干密度-含水率曲线[8] ；根据JTG-D30-2015《公 路路基设计规范》对承载力的要求，设计了承载比为 93%、94%和 96%的 3 组试件进行承载比试验（试件持 续浸泡 96h后开始贯入）[9]，设备为MTS-810 型液压伺 服万能拉伸试验机，泥岩承载力基本容许值为400kPa ； 采用如图 1 所示的直剪仪装置进行泥质软岩填料试件 的剪切强度测试，根据JTG/D30-2015《公路路基设计 规范》设计压实度分别为 93%、94%和 96%的平行试件， 以 0.5mm/min的加载速率进行剪切试验，并记录剪切过 程中的剪应力等，并由此计算得到剪切强度[10] ；采用 1000kN的微机控制式固结仪对泥质软岩填料进行压缩 固结试验，加载载荷从 0 至 800MPa，加载过程中记录泥 质软岩填料试件的压力和压缩变形量等数据。
上反力板 千斤顶 传压版
水平位移 传感器
传感器支架
下反力板
垂直压力传感器
上部固定 剪切盒
中部可拖动剪切盒
剪切盒 固定装置
水平拉力 传感器
剪切盒 拖动装置 下部固定剪切盒
剪切盒 固定装置
固定梁 拖动轴
固定梁
图1 直剪仪装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of direct shear apparatus
Study on Mechanical Characteristics of Soft Rock Filling in Highway Subgrade
Li Hongjun, Pan Shaohong, Yang Jianqiao
(Yunnan Land and Resources Vocational College, Kunming 652501, China)
R 平方 (COD) 调整后 R 平方
y=Incert + B1*x^1+B2*x^2
B 不加权 3.08762E-5 3.08762E-5 -3.08762E-5 1.57316E-1 0.99453
0.98905
6
8
10
（a）P5=50%
12
14
含水率 ω（%）
方程
绘图 权重 载具 B1 B2 残差平方和
2.20 2.18 2.16 2.14 2.12 2.10 2.08 2.06 2.04 2.02 2.00
4
方程 绘图 权重 载具 B1
B2 残差平方和 R 平方 (COD) 调整后 R 平方
y=Incert + B1*x^1+B2*x^2 B
不加权 3.08762E-5
3.08762E-5 -3.08762E-5
李宏俊，潘少红，杨建桥
（云南国土资源职业学院，昆明 652501）
摘 要 ：结合公路路基对泥质软岩填料的实际应用需求，考察了泥质软岩填料的击实、承载比、直剪和固
化性能。结果表明，当P5分别为50%、70%和90%时，泥质软岩填料的最佳含水率分别为9.86%、9.20%和 8.74%，对应的最大干密度分别为1.984g/cm3、2.144g/cm3和2.177g/cm3，击实后P5为50%、70%和90%的试
2.05
2.00
干密度 ρd(g/cm-3)
1.95
1.90
干密度 ρd(g/cm-3)
1.85 1.80 1.75 1.70
2.20 2.18 2.16 2.14 2.12 2.10 2.08 2.06 2.04 2.02 2.00 1.98 1.96 1.94 1.92 1.90
方程
绘图 权重 载具 B1 B2 残差平方和
2 试验结果与分析
2.1 击实试验 图 2 为泥质软岩填料的干密度与含水率的关系曲
线。可见，在 3 种不同的P5 条件下，泥质软岩填料的干 密度都会随着含水率增加而先升高后降低，在中间某 一含水率时取得干密度最大值。通过优化分析可知，当
P5 分别为 50%、70%和 90%时，泥质软岩填料的最佳含 水率分别为 9.86%、9.20%和 8.74%，对应的最大干密度 分别为 1.984g/cm3、2.144g/cm3 和 2.177g/cm3。
1.10151E-4 0.98196 0.96392
6
8
10
（c）P5=90%
12
14
含水率 ω（%）
图2 泥质软岩填料的干密度与含水率的关系曲线
Fig.2 Relation curve of dry density and water content of argilla-
ceous soft rock filler
Abstract ：The coMPaction, load bearing ratio, direct shear and curing properties of the argillite soft rock fillers were investigated according to the practical application requirements of the highway subgrade for argillaceous soft rock filler. The results show that when P5 is 50%, 70% and 90%, the optimal moisture content of the argillaceous soft rock filler is 9.86%, 9.20% and 8.74%, and the corresponding maximum dry density is 1.984g/cm3, 2.144g/cm3 and 2.177g/cm3, respectively. After coMPaction, the non-uniformity coefficient of the specimens with P5 being 50%, 70% and 90% increases to 26.26, 22.11 and 21.32, and the grading is significantly improved. The average load bearing ratios of the specimens with the coMPaction density of 93%, 94% and 96% were 12.1%, 18.2% and 25.3%, respectively. Under the same vertical pressure, the shear strength of argillaceous soft rock packing specimens with higher coMPacted density will be greater. When the axial stress was 200kPa, 400kPa and 800kPa respectively, the wet deformation rates of muddy soft rock packing specimens after immersion were 1.96%, 2.67% and 3.00% respectively. The wet deformation rate of muddy soft rock packing specimen increases with the increase of axial pressure, but the wet deformation rate of the argillaceous soft rock filler specimen after immersion in water is not high overall when the coMPaction density is 93%. Key words ：highway roadbed; argillaceous soft rock filler; bearing ratio; direct shear; solidification
加的趋势，在相同颗粒粒径下，击实后小于某粒径的质
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材料科技与应用
量百分数高于击实后的试件。对分分析可知，不同P5 条 件下，击实前后小于某粒径的质量百分数随着颗粒粒 径的变化趋势基本相同。
（a）P5=50%
（b）P5=70%
2.2 承载比 对压实度分别为 93%、94%和 96%的试件进行平均
膨胀量测试，结果表明，压实度分别为 93%、94%和 96% 的试件的平均膨胀量分别为 1.40%、1.14%和 0.85%，即 泥质软岩填料的浸水膨胀量会随着压实度增加而逐渐 减小，究其原因，这主要是因为压实度的增加会使得试 件的干密度增大、孔隙比减小所致[11]。
图 3 为泥质软岩填料击实前后的级配曲线。当P5 为 50%时，击实前后小于某粒径的质量百分数都呈现
逐渐增加的趋势，但是在相同颗粒粒径下，击实后小
于某粒径的质量百分数要高于击实后的试件 ；当P5 为 70%时，击实前后小于某粒径的质量百分数也呈现逐
渐增加的趋势，在相同颗粒粒径下，击实后小于某粒径
的质量百分数同样高于击实后的试件 ；增加P5 为 90% 时，击实前后小于某粒径的质量百分数也呈现逐渐增
形率分别为1.96%、2.67%和3.00% ；浸水后泥质软岩填料试件的湿化变形率会随着轴向压力增加而增
大，但是压实度为93%时浸水后泥质软岩填料试件的湿化变形率整体不高。
关键词 ：公路路基 ；泥质软岩填料 ；承载比 ；直剪 ；固化
中图分类号：U416.1
文献标识码：A
文章编号：1001-5922(202有广泛分布，在 公路建设极大推广的应用背景下，如何将泥质软岩作
为填料使用来解决目前填料匮乏的现状[1]，不仅可以降 低公路路基建设成本，还可以减少对耕地等资源的占
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ADHESION 学术论文 粘 接 材料科技与应用 Academic papers
用，是非常值得研究的课题[2-3]。虽然将泥质软岩应用 在公路路基中具有较好的社会效益、经济效益和环境 效益，但是实际应用过程中由于泥质软岩的强度较低 以及风化程度较高等缺陷，容易在完工后造成路基沉 降以及开裂等现象[4-7]，因此，需要对泥质软岩的力学特 性进行研究，包括击实特性、剪切强度和压缩固结特性 等，结果将有助于泥质软岩在公路路基工程中的广泛 应用，并具有重要的现实意义。
件的不均匀系数分别增加至26.26、22.11和21.32，级配明显改善 ；压实度分别为93%、94%和96%的试件
的承载比平均值分别为12.1%、18.2%和25.3% ；在相同的垂直压力下，压实度更大的泥质软岩填料试件
的剪切强度会更大。当轴向应力分别为200kPa、400kPa和800kPa时，浸水后泥质软岩填料试件的湿化变
材料科技与应用
收稿日期：2020-09-02 作者简介：李宏俊（1980-）男，汉族，河南信阳人，硕士，讲师，研究方向：地质灾害评价与预测。 基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目资助（2020J0968）
公路路基泥质软岩填料的力学特性研究
R 平方 (COD) 调整后 R 平方
y=Incert + B1*x^1+B2*x^2
B 不加权 3.08762E-5 3.08762E-5 -3.08762E-5 4.52284E-5 0.99689
0.99378
6 7 8 9 10 11 12 13 14 含水率 ω（%）
（b）P5=70%
干密度 ρd(g/cm-3)
1 材料与方法
试验用泥质软岩为某公路施工现场取得的路基填 料（松散碎石土及松软粘性土及强风化岩层组成），主 要矿物组成为（质量分数，%）：60.73SiO2、20.12Al2O3、 7.10Fe2O3、5.38CaO、1.98K2O、2.33MgO、0.54TiO2、 0.12Na2O，余量为其它。
采用TDJ-III型多功能电动击实仪对泥质软岩进行 击实试验，共设计了 3 组试件，分别为P5（粒径大于或 等于 5mm的含量）为 50%、70%和 90%，分别测试不同 试件的干密度-含水率曲线[8] ；根据JTG-D30-2015《公 路路基设计规范》对承载力的要求，设计了承载比为 93%、94%和 96%的 3 组试件进行承载比试验（试件持 续浸泡 96h后开始贯入）[9]，设备为MTS-810 型液压伺 服万能拉伸试验机，泥岩承载力基本容许值为400kPa ； 采用如图 1 所示的直剪仪装置进行泥质软岩填料试件 的剪切强度测试，根据JTG/D30-2015《公路路基设计 规范》设计压实度分别为 93%、94%和 96%的平行试件， 以 0.5mm/min的加载速率进行剪切试验，并记录剪切过 程中的剪应力等，并由此计算得到剪切强度[10] ；采用 1000kN的微机控制式固结仪对泥质软岩填料进行压缩 固结试验，加载载荷从 0 至 800MPa，加载过程中记录泥 质软岩填料试件的压力和压缩变形量等数据。
上反力板 千斤顶 传压版
水平位移 传感器
传感器支架
下反力板
垂直压力传感器
上部固定 剪切盒
中部可拖动剪切盒
剪切盒 固定装置
水平拉力 传感器
剪切盒 拖动装置 下部固定剪切盒
剪切盒 固定装置
固定梁 拖动轴
固定梁
图1 直剪仪装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of direct shear apparatus
Study on Mechanical Characteristics of Soft Rock Filling in Highway Subgrade
Li Hongjun, Pan Shaohong, Yang Jianqiao
(Yunnan Land and Resources Vocational College, Kunming 652501, China)
R 平方 (COD) 调整后 R 平方
y=Incert + B1*x^1+B2*x^2
B 不加权 3.08762E-5 3.08762E-5 -3.08762E-5 1.57316E-1 0.99453
0.98905
6
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（a）P5=50%
12
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含水率 ω（%）
方程
绘图 权重 载具 B1 B2 残差平方和
2.20 2.18 2.16 2.14 2.12 2.10 2.08 2.06 2.04 2.02 2.00
4
方程 绘图 权重 载具 B1
B2 残差平方和 R 平方 (COD) 调整后 R 平方
y=Incert + B1*x^1+B2*x^2 B
不加权 3.08762E-5
3.08762E-5 -3.08762E-5
李宏俊，潘少红，杨建桥
（云南国土资源职业学院，昆明 652501）
摘 要 ：结合公路路基对泥质软岩填料的实际应用需求，考察了泥质软岩填料的击实、承载比、直剪和固
化性能。结果表明，当P5分别为50%、70%和90%时，泥质软岩填料的最佳含水率分别为9.86%、9.20%和 8.74%，对应的最大干密度分别为1.984g/cm3、2.144g/cm3和2.177g/cm3，击实后P5为50%、70%和90%的试
2.05
2.00
干密度 ρd(g/cm-3)
1.95
1.90
干密度 ρd(g/cm-3)
1.85 1.80 1.75 1.70
2.20 2.18 2.16 2.14 2.12 2.10 2.08 2.06 2.04 2.02 2.00 1.98 1.96 1.94 1.92 1.90
方程
绘图 权重 载具 B1 B2 残差平方和
2 试验结果与分析
2.1 击实试验 图 2 为泥质软岩填料的干密度与含水率的关系曲
线。可见，在 3 种不同的P5 条件下，泥质软岩填料的干 密度都会随着含水率增加而先升高后降低，在中间某 一含水率时取得干密度最大值。通过优化分析可知，当
P5 分别为 50%、70%和 90%时，泥质软岩填料的最佳含 水率分别为 9.86%、9.20%和 8.74%，对应的最大干密度 分别为 1.984g/cm3、2.144g/cm3 和 2.177g/cm3。
1.10151E-4 0.98196 0.96392
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（c）P5=90%
12
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含水率 ω（%）
图2 泥质软岩填料的干密度与含水率的关系曲线
Fig.2 Relation curve of dry density and water content of argilla-
ceous soft rock filler
Abstract ：The coMPaction, load bearing ratio, direct shear and curing properties of the argillite soft rock fillers were investigated according to the practical application requirements of the highway subgrade for argillaceous soft rock filler. The results show that when P5 is 50%, 70% and 90%, the optimal moisture content of the argillaceous soft rock filler is 9.86%, 9.20% and 8.74%, and the corresponding maximum dry density is 1.984g/cm3, 2.144g/cm3 and 2.177g/cm3, respectively. After coMPaction, the non-uniformity coefficient of the specimens with P5 being 50%, 70% and 90% increases to 26.26, 22.11 and 21.32, and the grading is significantly improved. The average load bearing ratios of the specimens with the coMPaction density of 93%, 94% and 96% were 12.1%, 18.2% and 25.3%, respectively. Under the same vertical pressure, the shear strength of argillaceous soft rock packing specimens with higher coMPacted density will be greater. When the axial stress was 200kPa, 400kPa and 800kPa respectively, the wet deformation rates of muddy soft rock packing specimens after immersion were 1.96%, 2.67% and 3.00% respectively. The wet deformation rate of muddy soft rock packing specimen increases with the increase of axial pressure, but the wet deformation rate of the argillaceous soft rock filler specimen after immersion in water is not high overall when the coMPaction density is 93%. Key words ：highway roadbed; argillaceous soft rock filler; bearing ratio; direct shear; solidification
加的趋势，在相同颗粒粒径下，击实后小于某粒径的质
059
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材料科技与应用
量百分数高于击实后的试件。对分分析可知，不同P5 条 件下，击实前后小于某粒径的质量百分数随着颗粒粒 径的变化趋势基本相同。
（a）P5=50%
（b）P5=70%
2.2 承载比 对压实度分别为 93%、94%和 96%的试件进行平均
膨胀量测试，结果表明，压实度分别为 93%、94%和 96% 的试件的平均膨胀量分别为 1.40%、1.14%和 0.85%，即 泥质软岩填料的浸水膨胀量会随着压实度增加而逐渐 减小，究其原因，这主要是因为压实度的增加会使得试 件的干密度增大、孔隙比减小所致[11]。
图 3 为泥质软岩填料击实前后的级配曲线。当P5 为 50%时，击实前后小于某粒径的质量百分数都呈现
逐渐增加的趋势，但是在相同颗粒粒径下，击实后小
于某粒径的质量百分数要高于击实后的试件 ；当P5 为 70%时，击实前后小于某粒径的质量百分数也呈现逐
渐增加的趋势，在相同颗粒粒径下，击实后小于某粒径
的质量百分数同样高于击实后的试件 ；增加P5 为 90% 时，击实前后小于某粒径的质量百分数也呈现逐渐增
形率分别为1.96%、2.67%和3.00% ；浸水后泥质软岩填料试件的湿化变形率会随着轴向压力增加而增
大，但是压实度为93%时浸水后泥质软岩填料试件的湿化变形率整体不高。
关键词 ：公路路基 ；泥质软岩填料 ；承载比 ；直剪 ；固化
中图分类号：U416.1
文献标识码：A
文章编号：1001-5922(202有广泛分布，在 公路建设极大推广的应用背景下，如何将泥质软岩作
为填料使用来解决目前填料匮乏的现状[1]，不仅可以降 低公路路基建设成本，还可以减少对耕地等资源的占
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用，是非常值得研究的课题[2-3]。虽然将泥质软岩应用 在公路路基中具有较好的社会效益、经济效益和环境 效益，但是实际应用过程中由于泥质软岩的强度较低 以及风化程度较高等缺陷，容易在完工后造成路基沉 降以及开裂等现象[4-7]，因此，需要对泥质软岩的力学特 性进行研究，包括击实特性、剪切强度和压缩固结特性 等，结果将有助于泥质软岩在公路路基工程中的广泛 应用，并具有重要的现实意义。
件的不均匀系数分别增加至26.26、22.11和21.32，级配明显改善 ；压实度分别为93%、94%和96%的试件
的承载比平均值分别为12.1%、18.2%和25.3% ；在相同的垂直压力下，压实度更大的泥质软岩填料试件
的剪切强度会更大。当轴向应力分别为200kPa、400kPa和800kPa时，浸水后泥质软岩填料试件的湿化变