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近年来,我国公路、铁路发展异常迅速,道路网规模不断扩大,运量持续增加,我国公路、铁路建设已经进入了一个新阶段。路基填料长期暴露在自然环境中,每年至少受一次冻融循环作用的影响,路基在冻结和融化的作用下,很容易出现路基强度弱化、翻浆冒泥等很多病害现象,严重影响行车安全。在季节性冻土地区高速公路的大量兴建,对路基的整体稳定性、路面的平顺性、路基填料的抗冻性的要求都大幅度提高。由于沿线的地质条件变化多样,部分填料不能直接使用,全部使用优质填料的可能性较小,因此,就近取土并对力学性质不良的土进行改良同时又满足抗冻融性能良好就成了问题的关键。在总结国内外季冻区石灰改良粘性土研究现状的基础上,通过试验研究冻融循环作用下石灰改良粘性土的变形特性、强度特性和微观特性。研究结果将为季冻区石灰改良粘性土在石灰掺量的选择上提供参考,为路基土力学指标和抗冻融性能指标的确定提供依据。主要内容包括:1、石灰改良粘性土的常规物性指标试验及CBR试验本文选取工程上不能直接使用的Ip>20的粘性土种作为改良对象,选取石灰作为改良剂,选择5种石灰掺量0%、2%、4%、6%、8%。首先对5种石灰改良粘性土的物性指标进行确定,包括颗粒分析、含水率、界限含水率、最佳含水率及最大干密度。通过对最佳含水率状态下的试样,在经历0次、6次完整冻融循环过程后,分别进行CBR试验,得到5种不同石灰改良粘性土在冻融前后的CBR值。结果表明:在冻融前后,石灰掺量6%石灰改良粘性土CBR值与改良前相比提高幅度最大。石灰掺量6%石灰改良粘性土在经历6次冻融循时损失的最小,石灰掺量6%的石灰改良粘性土在冻融前土颗粒之间的连接紧密,在冻融后土体颗粒间之间的破坏最小。因此对于Ip>20的粘性土最佳石灰掺量可采用6%作为参考值。2、石灰改良粘性土冻融循环后静三轴压缩试验研究配制石灰掺量为0%、2%、4%、6%、8%的石灰改良粘土在最佳含水率、最佳含水率±5%的静三轴试件,冻融循环试验的周期次数选取0、1、2、3、4、6、8、10次,将达到冻融周期的试样进行静三轴试验。结果表明:在石灰掺量小于6%的条件下,石灰改良粘性土的粘聚力随石灰掺量的增加而增加,石灰掺量大于6%石灰改良粘性土的粘聚力随石灰掺量的增加而减小。石灰掺量6%的石灰改良粘性土每次经历冻融循环作用后与未冻融状态下的粘聚力相比损失百分比波动最小。石灰掺量2%的石灰改良粘性土每次经历冻融循环作用后与为冻融状态下的粘聚力相比损失百分比波动最大。当石灰改良粘性土的含水率越大时,粘聚力、内摩擦角和抗剪强度越小;在相同围压和相同冻融循环次数的条件下,抗剪强度随石灰掺量的增加而增加,其中石灰掺量为6%时的抗剪强度最大。3、石灰改良粘性土冻融循环前后静、动弹性模量研究对所有试件的三轴压缩试验数据进行处理,在偏应力-应变的曲线上选择直线段,通过直线拟合,直线斜率即为弹性模量。含水率为Wopt时,冻融循环次数一定,静弹性模量随石灰掺量增加,呈先增大后降低的趋势。其中石灰掺量为6%时静弹性模量最大。石灰掺量6%时冻融循环次数对静弹性模量的影响最小;在含水率为Wopt+5%时,冻融循环次数一定,静弹性模量随石灰掺量增加,呈先增大后降低的趋势。其中石灰掺量为4%时静弹性模量最大。对石灰掺量0%、6%石灰改良粘性土的动强度特性进行试验研究。结果表明:含水率为Wopt时,石灰掺量6%的动弹性模量下降幅度小于石灰掺量0%的石灰改良粘性土。冻融循环后颗粒之间骨架被破坏,石灰改良粘性土的动弹性模量随循环加载次数的增加呈波浪式下降的规律。经历4次冻融循环作用后,石灰掺量6%的石灰改良粘性土的动弹性模量几乎不变。4、石灰改良粘性土冻融循环后微观结构分析采用静三轴试验的同批次试件,经过0、1、4、8次冻融循环,采用电子显微镜提取不同冻融循环次数后的微观结构图像,利用Image-Pro Plus(IPP)软件对微观图片进行处理,对微观形态参数进行计量,结果表明:石灰掺量0%、2%、4%、6%石灰改良粘性土在经历冻融循环后,石灰改良粘性土团聚性增强。石灰掺量8%石灰改良粘性土在经历冻融循环后,团聚性大致呈减弱趋势。随冻融循环次数的增加,石灰掺量0%、2%的土样平均粒径基本增大、平均孔径基本降低。石灰掺量4%、6%、8%石灰改良粘性土的平均粒径基本降低、平均孔径基本增大。在冻融循环的作用下,石灰改良粘性土的粒径大小分布不均匀性较大,丰度相差较小。冻融循环次数一定,随石灰掺量的增加,表面起伏分维基本呈降低趋势。5、石灰改良粘性土冻融循环前后宏观力学与微观结构分析通过灰色关联法分析宏观力学特性与微观结构之间的关系,结果表明:当含水率小于等于最佳含水率时,掺入石灰主要改善了粘聚力,从而改善了改良土的抗剪强度。当控制含水率较大时,石灰掺量对改良粘性土的粘聚力和内摩擦角均有一定影响。石灰掺量对石灰改良粘性土的弹性模量影响随含水率的增大而增大。在最佳含水率状态下,石灰掺量6%时冻融循环次数对静弹性模量的影响最小。通过灰色关联法分析得到,石灰改良粘性土的粘聚力与粒径分维的关联度最大。粘聚力与粒径分维呈正相关。掺入石灰主要是通过改变微小颗粒含量来改变粘聚力,粘聚力越小,微颗粒含量越小。粘聚力与微颗粒含量呈正相关;石灰改良粘性土的内摩擦角与平均粒径关联度最大,石灰改良粘性土的内摩擦角与平均粒径呈负相关。