路基填料试验数据的相关性浅析

收稿日期3作者简介张文(6),男,6年毕业于天津大学土木工程专
业,工程师。

文章编号:1672-7479(2010)05-0051-05
路基填料试验数据的相关性浅析
张
文
(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津
300251)
Ana l ysis on R elati vity a m ong Testi ng Da ta of F illi ng
M a ter ia ls for Subgrade
ZhangW en
摘
要
路基填料试验是铁路工程试验的重要组成部分,而填料试验各项目间应有一定的关联。

通过对近几年的填料试验数据筛选分析,对填料各项指标的相互影响加以阐述,以寻求其中的一些规律。

关键词
颗粒级配
液塑限
击实剪力无侧限抗压强度
中图分类号:U2131+
57文献标识码:B
铁路路基是铁路的重要结构之一,路基填料的优
劣直接影响到整个路基的填筑质量,所以路基填料试验一直是铁路工程试验的重要组成部分。

随着近几年铁路的高速发展,路基填料试验量也在成倍的增加,积累了上千组路基填料试验数据,对这些试验数据进行筛选分析正是一个积累经验,掌握规律的过程。

按铁路工程岩土分类标准!(TB100772001)和铁路工程地质勘查规范!(TB100122001)的规定,路基填料分A 、B 、C 、D 、E 等五类填料,其中D 类是强风化软块石和高液限土、E 类是有机土,都会给路基带来直接的危害,是不合格填料。

而A 、B 类填料是铁路路基的较好填料,一般客运专线都明确规定路堤填料为A 、B 类填料。

而A 、B 类填料本身的又有级配差别,不均匀系数C u
5和曲率系数C c =1~3作为判断级
配良好标准,级配良好的为A 类,级配不好为B 类。

所以,工程填料更是首选A 类土。

由此可见颗粒级配对工程填料的性质有很重要的影响。

而实际工程中,使用的工程填料大量是C 类土,C 类土包括砂类土和黏性土。

该类土的级配主要由砂粒、粉粒、黏粒组成,大于0075mm 的为砂粒、0075~0005mm 之间的为粉粒、小于5的为黏粒。

当>5的砂粒超过
总质量的50%时,填料定名为细砂或粉砂,当>0075的砂粒少于总质量的50%时,再根据土的液限W L 和塑性指数I P ,确定该土为高液限或低液限粉土、粉质黏土或黏土。

路基填料试验项目主要有:颗粒分析、液塑限、击实、夯后剪、无侧限强度试验。

以上这些试验项目之间应该存在一定的联系,下面分别给予阐述。

首先将历年所做过的填料试验结果汇总共计1308组数据,利用EXCEL 表#筛选、#统计功能,对这些数据给予筛选统计。

1液塑限
11黏粒含量对液限的影响
液限是细粒土分类和细粒土塑性状态分类的界限指标。

而黏粒含量(小于0075mm 颗粒)的多少直接影响土的液限。

去除膨胀性的影响,根据填料的黏粒含量情况,找出液限的分布情况,从图表分布中可以直观的看到,随着黏粒含量的增加,液限的范围值在逐渐升高。

大致区间为黏粒含量小于18%时,土的液限范围如图所示,集中在%~3%。

黏粒含量在%至3%时,土的液限范围如图所示,集中在%~%。

黏粒含量在3%至6%时,土的液限范围如图3
:2010-07-2:198200000m m 00711901802224000
图1黏粒小于18
黏粒与液限关系
图230>黏粒>18黏粒与液限关系
所示,集中在30%~50%。

图360>黏粒>30
黏粒与液限关系
图全部液限与塑限关系
12液限与塑限的关系
'填料试验中,液限与塑限是必不可少的两个指标,二者又应该有着密切关系,将所有液限与塑限值进行比较处理(如图4所示),可以看到有线性相关的趋势,但相关性不好,相关系数只有07295。

但是,对不同地区的填料的液塑限值进行比较,就可以看到有良好的关系(如图5所示)。

该组数据来
自京沪线。

图5不同地区液塑限关系
图6
数据来自太中银线。

图6不同地区液塑限关系
从图5样品序号为2-15的统计中可以看到有良好的线性关系,关系式为y =03473x +76527,相关
系数为09323。

从图6样品序号为181-192的统计中可以看到有良好的多项式关系,关系式为y =00063x 2
+00183x+10145,相关系数为09267。

所以,对于不同地区的土液塑限分别加以总结,应该可以找到该地区液塑限的相关性。

2
填料的击实试验
颗粒级配对击实曲线的形状有直接的影响,路基
填料击实曲线走向趋势一般均为抛物线形,但随着填料级配和黏粒含量的不同,抛物线线形会出现不同特征。

当填料为砂类土,即大于0075mm 的含量超过50%且小于0005mm 的黏粒含量小于5%时,填料对含水量变化不敏感,击实曲线宽而平缓。

当填料为黏性土时,即大于0075mm 的含量小于50%,且小于0005mm 的黏粒含量大于10%,随着黏粒增加,填料对含水量变化越来越敏感,击实曲线线形将随着黏粒含量增加而,越来越陡峭。

这里特别提出一种黏性土的级配和曲线形状,该种土大于5砂粒的含量小于%,而5~5之间的粉粒占5%以上,小于5的黏粒含量小于%。

虽然定名是黏性土,但由于黏粒含量
较少,颗粒集中在粉粒区间,其线形表现与砂类土相近
4007m m 10007000m m 8000m m 8
形状,但又有区别。

三种类型击实曲线如图7
所示。

图7不同类型土击实线形
3填料的剪力
31颗粒级配对剪力的影响
黏粒含量的大小对土的各项指标都有影响。

根据试验结果,黏粒含量高的土,无侧限抗压强度、黏聚力都较高,但对其内摩擦角影响较小。

首先,对砂类土进行了筛选。

大于0075mm 含量超过50%的砂类土。

该类土砂粒含量大,黏粒含量一般为05%~20%之间,其变化对填料剪力影响比较明显。

当砂类土小于0005mm 黏粒含量小于5%时,该类土的剪力范围如图8所示,集中在2~40kPa 之间。

当黏粒含量大于5%时,剪力范围如图9所示,达到10~80k Pa 之间,
剪力范围明显提高。

图8砂类土黏粒小于5%
黏粒与剪力关系
图9黏粒大于5%黏粒与剪力关系
其次,对黏性土进行筛选,对于用于填料的黏性土,级配比较复杂,砂粒含量从~%,粉粒含量从3%~%,黏粒含量从~6%。

但经过筛选还是
有一定的规律。

当黏性土小于0005mm 黏粒含量小于5%时,该类土的剪力范围如图10
所示。

图10粉黏土黏粒小于5%黏粒与剪力关系
剪力范围集中在5~20kPa 之间,比该种情况的砂类土范围低,原因是砂类土砂粒含量大与粉粒、黏粒相互填充,更能达到密实,会有更好的抗剪能力。

而黏
性土,当黏粒少时,颗粒集中在粉粒,级配单一,不易压实,抗剪能力较差。

当小于0005mm 黏粒含量大于5%时,剪力的范围也在逐步提高。

18%>黏粒>8%且砂粒<6%时,剪力范围为10~150kPa(如图11所示)。

图1118%>黏粒>8%砂粒<6%剪力范围
黏粒>18%且砂粒<6%时,剪力范围为20~200kPa(如图12所示)。

图12黏粒>18%砂粒<6%剪力范围
特别说明一类级配,也是前面击实提到的一类粉类土,黏粒<%且砂粒<6%,其剪力范围如图3所示。

该类土的特性为,颗粒集中在粉粒,表现出的特性
04009200101
图13黏粒<10%砂粒<6%剪力范围与砂类土十分相近,剪力范围为2~40kPa 之间。

32试件密度为最大干密度的90%和95%的抗剪强度之间的线性关系
一般路基填料夯后剪试验,都要求同一种土提供最大干密度的90%和95%两种情况的抗剪强度,所以对所有做过的两种密度试验数据进行统计分析(如图14所示)。

图14试件密度为90%~95%的剪力关系
从图14可以看到,两种密度的抗剪强度有良好的线性相关性,线性关系式为y =11917x +55991,相关系数为09351,而且基本不受级配及地区的影响。

4无侧限抗压强度
41颗粒级配对无侧限的影响
黏粒含量对无侧限的影响比对剪力的影响更为明显。

首先,还是对砂类土进行了筛选。

由于该类土砂粒含量大,黏粒含量的变化对其剪力影响比较明显。

当小于0005mm 黏粒含量小于5%时,其无侧限压力范围如图15所示。

当黏粒含量大于5%时,其无侧限压力范围如图16所示。

该类土的无侧限压力范围集中在10~80k Pa 之间。

无侧限压力范围达到~之间,压力范围提高非常显著。

其次,
对黏性土进行筛选图15砂类土黏粒小于5%
无侧限压力范围
图16砂类土黏粒大于5%无侧限压力范围
同样,当小于0005mm 黏粒含量小于5%时,其无侧限压力范围如图17
所示。

图17粉黏土黏粒小于5%无侧限压力范围
该类土的无侧限压力范围集中在10~70kPa 之间,
与砂类土基本相似。

图%>黏粒>%砂粒<6%无侧限范围
当小于0005mm 黏粒含量大于5%时,无侧限压
力的范围也在逐步提高。

18%>黏粒>8%且砂粒<6%时如图18所示。

无侧限压力范围为40~600kPa 。

黏粒>18%且砂粒<6%时如图19所示。

无侧限压力范围为100~600k Pa 。

100400kPa :
18188
图19黏粒>18%砂粒<6%无侧限压力范围
从以上数据可以看出,黏性土中随黏粒的增加,粉粒的减少,无侧限压力的底部在不断提高,但无侧限压力的最大值应在600kPa 左右。

42试件密度为最大干密度的90%和95%时的无侧限抗压强度之间的线性关系
如图20
所示。

图20试件密度为90%~95%的无侧限压力关系
线性关系式为y =13393+14618,相关系数为09337,线性关系良好,基本不受级配及地区的影响。

5结论
(1)颗粒级配是填料试验的基础指标,对其他几
项指标有明显的影响,其中黏粒含量的影响更为显著。

对液限的影响:黏粒含量小于18%时,土的液限范围是19%~30%。

黏粒含量在18%~30%时,土的液限范围为22%~40%。

黏粒含量在30%~60%时,土的液限范围为30%~50%。

对击实曲线的影响:击实线形将随着黏粒含量增加而越来越陡峭。

对剪力的影响:砂类土黏粒含量小于5%时,剪力范围集中在2~40kPa 之间。

砂类土黏粒含量大于5%时,剪力范围达到~之间。

黏性土黏粒含量小于5%时,剪力范围集中在5~之间。

黏性土黏粒含量18%>黏粒>8%且砂粒<6%时,剪力范围为10~150kPa 。

黏性土黏粒>18%且砂粒<6%时,剪力范围为20~200kPa 。

黏性土黏粒<10%且砂粒<6%时,剪力范围为2~40k Pa 与砂类土相似。

对无侧限强度的影响:
砂类土黏粒含量小于5%时无侧限压力范围集中在10~80kPa 之间。

砂类土黏粒含量大于5%时无侧限压力范围集中在100~400kPa 之间。

粉黏类土黏粒含量小于5%时无侧限压围集中在10~70kPa 之间,与砂类土基本相似。

18%>黏粒>8%且砂粒<6%时无侧限压力范围为40~600kPa 。

黏粒>18%且砂粒<6%时无侧限压力范围为100~600kPa 。

粉黏类土无侧限压力的最大值应在600k Pa 左右。

(2)对于不同地区的填料液塑限分别加以总结,应该可以找到该地区填料的液塑限的相关性。

黄土地区填料关系式为y =00063x 2
+00183x
+10145,相关系数为09267。

(3)对于最大干密度的90%和95%的试件,夯后剪的剪力、无侧限试验的强度都有良好的线性相关性。

夯后剪的剪力90%与95%试件关系为y =11917x +55991。

无侧限试验的90%与95%试件关系y =13393+146183。

参
考文献
[1]TB101022004铁路工程土工试验规程[S][2]TB100772001铁路工程岩土分类标准[S][3]TB10012
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[]范孟华应用最小二乘法和x 图表法处理土工试验数据[]路基工程,6(6)6661080kPa 20kPa 8.E cel J .200:-7。