快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型及构建方法与流程

本发明涉及道路工程，具体涉及一种快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型及构建方法，以及使用构建的模型对对应类型的土石料稳定类型进行预估的方法。

背景技术：

1、对于目前常用的半刚性基层路面结构，路基的稳定性能对道路结构的稳定性至关重要。与此同时，复杂多变的气候环境对路基具有潜在威胁。据气候数据显示，我国南方湘赣等地气候闷热，常年多雨，致使路基逐渐湿化，加之近年来交通量的快速增长，这些因素综合作用使得南方湿热地区路基易发生内部侵蚀现象，从而导致其颗粒迁移流失、内部结构破坏、稳定性能劣化，进而诱发路面发生开裂、不均匀沉降等病害。因此，开展路基内部侵蚀机制及稳定类型研究对工程灾害防治具有重大的指导意义。

2、粉土在我国南方湿热地区分布广泛，随着该地区交通基础设施建设的迅猛发展，在筑路材料贫乏地区采用粉土作为路基填料难以避免。然而，粉土水稳性较差、毛细作用较大等工程特性使得粉土路基在车辆荷载的反复作用下易出现不同程度的稳定性衰退，从而给公路使用寿命带来极大危害。国内外学者针对其处治方法多为添加外掺剂(如水泥、生石灰)，但该种改良方法类属于化学改良的范畴，其有效期较短，且对环境存在一定不利影响。同时，随着我国基础设施建设以及城镇化的大力推进，相应隧道施工产生的副产品-隧道洞渣数量正在急剧增长，难以处理的巨量洞渣已严重制约基建的可持续发展，其有效回收、处置、再利用的问题亟待解决。因此，本发明尝试应用洞渣对粉土进行物理掺入改良，并通过颗粒迁移流失结果来为洞渣-粉土这一制备的洞渣土石混合料在复杂气候-荷载综合作用下的稳定类型(即土石级配比稳定程度)分析提供有效参考。

3、通常而言，渗透(内部侵蚀)试验是一种普遍认可的测定颗粒迁移流失结果的方法。然而，考虑到渗透(内部侵蚀)试验的流程繁琐，耗时较长，并且需要专业的人员进行操作，有必要通过一个更便捷、快速的方法来获得洞渣-粉土这一制备的洞渣土石混合料在复杂环境-荷载耦合作用下的细颗粒迁移流失结果，并基于此判断洞渣土石混合料的稳定类型。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型及构建方法，具体包括以下步骤：

2、(1)选取待构建模型的土、石材料进行掺合，从而制备不同洞渣掺入率的土石混合料；

3、(2)对步骤(1)制备的不同洞渣掺入率的土石混合料进行击实试验，确定其对应的最大干密度和最佳含水率；在此基础上，制备不同洞渣掺入率的土石混合料试样，并进行干湿循环处理；其中试样的含水率为最佳含水率；

4、(3)对经过干湿循环处理的洞渣土石混合料试样进行渗透试验，并分析不同洞渣掺入率、干湿循环次数、加载应力、加载频率、相对水头差条件下的细颗粒流失率，所述细颗粒流失率为细颗粒流失质量与细颗粒总质量的比值；

5、(4)在步骤(3)的渗透试验结果基础上，分析建立一种综合考虑物理状态影响、加载状态影响及环境状态影响的细颗粒流失率预估模型，模型如下所示：

6、p＝g(rhs.ndw.σs.f.△h)

7、式中，g(rhs)为洞渣掺入率的影响函数；g(ndw)为干湿循环次数的影响函数；g(σs)为加载应力的影响函数；g(f)为加载频率的影响函数；g(δh)为相对水头差的影响函数。

8、在上述方案的基础上，不同洞渣掺入率分别为35％、45％、55％、65％。

9、在上述方案的基础上，步骤(2)中的干湿循环处理方法如下：将试件放置密封箱中进行增湿处理，直至试样吸水饱和，饱和完成后在25℃的温度下进行风干处理，直至试件质量降低至增湿前的初始质量。

10、在上述方案的基础上，干湿循环次数采用向后差值递增的方法选取为0、1、3、6、10。

11、在上述方案的基础上，步骤(2)和(3)中的击实试验、渗透试验均基于规范jtg3430—2020“公路土工试验规程”进行。

12、使用上述方法可以构建快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型。

13、在上述方案的基础上，如果步骤(1)中选取的土、石材料分别为低液限粉土和主要成分为花岗岩、片麻岩的洞渣，其中土料的其粒径范围小于1.18mm，其中砂粒占47.3％，粉粒占46.0％，黏粒占6.7％，比重为2.69，液限为23.0％，塑限为15.4％，塑性指数为7.6，分类定名为低液限粉土。所用石料为洞渣，主要成分为花岗岩、片麻岩，使用时，对其进行破碎、冲洗及筛分等步骤处理，选取2.36-4.75mm级配范围内的处理后洞渣同低液限粉土进行掺合，从而制备不同洞渣掺入率的土石混合料；使用这类土石材料，利用上述的方法可以构建一种快速确定适用于此类土石材料的土石混合料稳定性类型的模型，模型公式如下：

14、

15、式中，p为细颗粒流失率；rhs为洞渣掺入率；ndw为干湿循环次数；e为数学常数，2.718；σs为加载应力，σ1为1kpa应力；f为加载频率，f1为1hz频率；δh为相对水头差，a1、a2、b1、b2、b3、c1、c2、d1、d2、i1、i2、i3为模型参数。

16、本发明还提供一种快速确定制备洞渣土石混合料稳定性类型的方法，使用上述的模型；判断时，当细颗粒流失率在0-3％时，代表洞渣土石混合料为稳定类型；当细颗粒流失率在3-20％时，代表洞渣土石混合料为过渡类型；当细颗粒流失率大于20％时，代表洞渣土石混合料为不稳定类型。

17、本发明的有益效果是：

18、1.本发明综合考虑了物理状态(洞渣掺入率)、加载状态(加载应力、加载频率)及环境状态(干湿循环次数、相对水头差)对洞渣-粉土这一制备土石混合料稳定类型的影响，建立了适合这一制备洞渣土石混合料的细颗粒流失率模型；同时，该模型物理意义明确、结构简单，大大减少了试验耗时，降低了试验难度，为多种级配组合的制备洞渣土石混合料和缺少试验条件的现场单位提供了明显工程便利，具有较高的市场推广价值。

19、2.本发明理论基础明确，便于指导洞渣-粉土这一制备的土石混合料在道路结构中的设计和施工，为道路资源再生化的实际应用提供参考，且有利于现场施工技术人员理解和应用，具有广阔的应用价值。

技术特征：

1.快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法，其特征在于，不同洞渣掺入率分别为35％、45％、55％、65％。

3.根据权利要求1所述的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法，其特征在于，步骤(2)中的干湿循环处理方法如下：将试件放置密封箱中进行增湿处理，直至试样吸水饱和，饱和完成后在25℃的温度下进行风干处理，直至试件质量降低至增湿前的初始质量。

4.根据权利要求2所述的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法，其特征在于，干湿循环次数采用向后差值递增的方法选取为0、1、3、6、10。

5.根据权利要求1所述的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中的击实试验、渗透试验均基于规范jtg 3430—2020“公路土工试验规程”进行。

6.根据权利要求1-5任一项所述的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法，其特征在于，步骤(1)中选取的土、石材料分别为低液限粉土和主要成分为花岗岩、片麻岩的洞渣。

7.权利要求1-5任一项所述方法构建的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型。

8.权利要求6所述方法构建的快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型，其特征在于，模型公式如下：

9.一种快速确定制备洞渣土石混合料稳定性类型的方法，其特征在于，使用权利要求7或8所述的模型；判断时，当细颗粒流失率在0-3％时，代表洞渣土石混合料为稳定类型；当细颗粒流失率在3-20％时，代表洞渣土石混合料为过渡类型；当细颗粒流失率大于20％时，代表洞渣土石混合料为不稳定类型。

技术总结
本发明涉及一种快速确定洞渣土石混合料稳定性类型的模型的构建方法及该方法构建的模型。本发明综合考虑了物理状态(洞渣掺入率)、加载状态(加载应力、加载频率)及环境状态(干湿循环次数、相对水头差)对制备洞渣土石混合料稳定类型的影响，建立了制备洞渣土石混合料的细颗粒流失率模型；同时，该模型物理意义明确、结构简单，大大减少了试验耗时，降低了试验难度，为多种级配组合的制备洞渣土石混合料和缺少试验条件的现场单位提供了明显工程便利，具有较高的市场推广价值。

技术研发人员：张凯,邓俊双,徐双全,金焱,邓心蕊,王观阳,邓翔浩,郑臣彬
受保护的技术使用者：江西省交通工程集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15