一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法与流程

本发明涉及岩土工程
技术领域：
，特别涉及一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法。技术背景膨胀土在干燥失水条件下会产生收缩下沉变形，极易影响高速无砟铁路或磁悬浮路堑基床结构的正常使用功能。目前，膨胀土的收缩量多采用《膨胀土地区建筑技术规范》(gb50112—2013)确定，即收缩量按以下公式确定：式中，ss为地基土的收缩变形量，单位mm；为计算收缩变形量的经验系数；λsi为基础底面下第i层土的收缩系数；δwi为地基收缩过程中，第i层土可能发生的含水量变化平均值；hi为第i层土的计算厚度；n为基础底面至计算深度内所划分的土层数。上述计算公式是以收缩系数及含水量变化为基础确定膨胀土收缩量，对于膨胀土路堑，其存在的技术不足是未能考虑膨胀土路堑开挖卸荷、土层基质吸力变化及路堑置换荷载的影响。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法，以科学合理地确定膨胀土路堑基床底部大气干燥期的收缩量，能够适应实际工程需要。本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：本发明一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法，包括以下步骤：(1)通过现场调查或资料查询，确定膨胀土路堑基床顶面以下收缩大气影响深度l0，单位m；通过以下公式确定膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度h0：式中，h0为膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度，单位m；l0为膨胀土路堑基床顶面以下收缩大气影响深度，单位m；ha为基床表层厚度，单位m；hd为基床底层厚度，单位m；(2)通过采集膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度范围内的膨胀土d土样，并在室内开展收缩试验、基质吸力试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的收缩指数cmi；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kpa；确定第i层土的卸荷回弹指数csi；确定路堑开挖产生的有效应力变化δσ-，单位kpa；确定干燥前第i层土的基质吸力ψ0i，单位kpa；确定干燥后第i层土的基质吸力ψi，单位kpa；(3)通过以下公式确定膨胀土路堑基床底部收缩量ss：式中，ss为膨胀土路堑基床底部收缩量，单位mm；n为膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度范围内划分的土层数；δssi为第i层土的收缩量，单位mm；cmi为第i层土的收缩指数；δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；e0i为原位应力状态下第i层土的初始孔隙比；csi为第i层土的卸荷回弹指数；δσ-为路堑开挖产生的有效应力变化，单位kpa；σy0i为第i层土的有效自重应力，单位kpa；δσyi为路堑置换荷载作用下第i层土产生的有效应力变化，单位kpa；ψ0i为干燥前第i层土的基质吸力，单位kpa；ψi为干燥后第i层土的基质吸力，单位kpa。本发明的有益效果是，在考虑膨胀土路堑开挖卸荷、土层基质吸力变化及路堑置换荷载影响的基础上，结合地基不同土层的失水区别及收缩差异性特征，建立了一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法，弥补了现行《膨胀土地区建筑技术规范》(gb50112—2013)存在的技术不足，测算方法便捷，流程清晰，能够满足实际工程需要。附图说明图1是膨胀土路堑基床横断面示意图。图中示出构件和对应的标记：基床表层1，基床底层2，膨胀土d，基床表层厚度ha，基床底层厚度hd，路堑基床顶面以下收缩大气影响深度l0。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。本发明的一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法，包括以下步骤：(1)通过现场调查或资料查询，确定膨胀土路堑基床顶面以下收缩大气影响深度l0，单位m；通过以下公式确定膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度h0：式中，h0为膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度，单位m；l0为膨胀土路堑基床顶面以下收缩大气影响深度，单位m；ha为基床表层厚度，单位m；hd为基床底层厚度，单位m；(2)通过采集膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度范围内的膨胀土土样，并在室内开展收缩试验、基质吸力试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的收缩指数cmi；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kpa；确定第i层土的卸荷回弹指数csi；确定路堑开挖产生的有效应力变化δσ-，单位kpa；确定干燥前第i层土的基质吸力ψ0i，单位kpa；确定干燥后第i层土的基质吸力ψi，单位kpa；(3)通过以下公式确定膨胀土路堑基床底部收缩量ss：式中，ss为膨胀土路堑基床底部收缩量，单位mm；n为膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度范围内划分的土层数；δssi为第i层土的收缩量，单位mm；cmi为第i层土的收缩指数；δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；e0i为原位应力状态下第i层土的初始孔隙比；csi为第i层土的卸荷回弹指数；δσ-为路堑开挖产生的有效应力变化，单位kpa；σy0i为第i层土的有效自重应力，单位kpa；δσyi为路堑置换荷载作用下第i层土产生的有效应力变化，单位kpa；ψ0i为干燥前第i层土的基质吸力，单位kpa；ψi为干燥后第i层土的基质吸力，单位kpa。所述步骤(2)中，第i层土的收缩指数cmi与基质吸力变化相关，按以下公式确定：式中ej为在第j级基质吸力下土体产生的孔隙比；ψj为第j级基质吸力；ej+1为第j+1级基质吸力下土体产生的孔隙比；ψj+1为第j+1级基质吸力。所述步骤(2)～(3)中，第i层土位于膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度范围内。所述步骤(2)中，第i层土的有效自重应力σy0i可按分层总和法确定。所述步骤(3)中，膨胀土路堑基床底部的收缩量为路堑开挖卸荷且置换荷载重新加载变形稳定后外界大气干燥引起的基床底部膨胀土的收缩变形量。所述步骤(3)中，路堑置换荷载作用下第i层土产生的有效应力变化可采用boussinesq理论计算。所述步骤(3)中，路堑开挖产生的有效应力变化δσ-为地表开挖至基床底部产生的有效应力变化。实施例：参照图1，某一高速铁路于膨胀土区域修建路堑基床，路堑挖深7.9m(路基中心处地表至基床底面的深度)，边坡比为1:1.75，基床顶面宽度为13.4m，基床表层1厚度0.4m，基床底层2厚度1.0m。该路堑基床底部膨胀土d在大气干燥过程中会发生收缩变形。下面采用本发明方法确定膨胀土路堑基床底部在大气干燥过程中发生的收缩量(位置为路基中心)，具体步骤如下：(1)通过现场调查或资料查询，确定膨胀土路堑基床顶面以下收缩大气影响深度l0为3.0m；通过以下公式确定膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度h0：因l0＝3.0m＞ha+hd＝1.4m，故h0＝l0-ha-hd＝3.0-0.4-1.0＝1.6(m)。据此，可确定膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度h0为1.6m。(2)通过采集膨胀土路堑基床底部收缩变形计算厚度范围内的膨胀土d土样，并在室内开展收缩试验、基质吸力试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的收缩指数cmi；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kpa；确定第i层土的卸荷回弹指数csi；确定路堑开挖产生的有效应力变化δσ-，单位kpa；确定干燥前第i层土的基质吸力ψ0i，单位kpa；确定干燥后第i层土的基质吸力ψi，单位kpa；cmi、e0i、σy0i、csi、δσ-、ψ0i和ψi的确定结果见表1。(3)通过以下公式确定膨胀土d路堑基床底部的收缩量ss：膨胀土路堑基床底部第i层土的收缩量δssi的详细计算过程见表1。那么，膨胀土路堑基床底部的收缩量ss：因此，可得大气干燥期膨胀土路堑基床底部的收缩量为9.5mm。表1第i层土收缩量的计算过程iδziσy0iδσyie0icmicsiδσ-ψ0iψiδssi1200156.439.20.6100.0220.013154.4431.495.01.32200160.439.20.6100.0220.013154.4430.188.51.33200164.339.10.6100.0220.013154.4427.578.51.24200168.339.00.6100.0220.013154.4424.367.51.25200172.338.90.6100.0220.013154.4421.357.51.26200176.238.70.6100.0220.013154.4417.947.01.17200180.238.50.6100.0220.013154.4413.735.01.18200184.138.20.6100.0220.013154.4410.025.01.1本发明在考虑膨胀土路堑开挖卸荷、土层基质吸力变化及路堑置换荷载影响的基础上，结合地基不同土层的失水区别及收缩差异性特征，建立了一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法，弥补了现行《膨胀土地区建筑技术规范》(gb50112—2013)存在的技术不足，测算方法便捷，流程清晰，能够满足实际工程需要，具有广阔的推广应用前景。以上所述只是采用图解说明本发明一种膨胀土路堑基床底部收缩量的测算方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。当前第1页12