榆林地区风积沙加固及路基水毁防护研究

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榆林地区地处毛乌素沙漠南缘,拥有丰富的风积沙资源,应用水泥稳定技术,在路床和路面结构层方面前期已有丰硕的成果。同时榆林沙漠地区的降雨量相对于其它沙漠地区较多,每年集中在7~9月,易对路基边坡、排水沟渠等造成严重的水毁,影响路基的稳定性和道路安全。本论文针对路基水毁,应用水泥稳定技术,对风积沙地区路基边坡、排水沟渠的加固展开研究。本文针对榆林地区风积沙的A、B、C三种类型,分别进行了密度测试、击实试验和直剪试验,确定风积沙的物理力学参数;用有限元计算软件,分析了风积沙边坡稳定性;对A、B、C三类风积沙,进行水泥稳定配合比设计,为水泥稳定风积沙挡土墙和水泥稳定风积沙边沟设计提供基础数据;自制了模拟冲刷试验装置,通过冲刷试验,分析不同因素影响下风积沙排水沟渠的冲刷情况,验证水泥稳定风积沙的水冲刷加固效果;以省道204横山段实体工程为依托,修筑了水泥风积沙挡土墙和水泥风积沙边沟,总结了施工技术要点,分析水泥风积沙代替传统材料的社会经济效益。研究发现:(1)A、B、C三类风积沙的干密度与含水率的关系为“双峰”曲线,含水率为0和最佳含水率时,干密度都达到最大值,且二者大致相等;(2)A、B、C三类风积沙的粘聚力c很小,几乎为零,内摩擦角φ集中在31°~34°之间;(3)推荐加固三类风积沙的水泥剂量为:A类为6~7%、B类为6~8%、C类为7~9%;(4)用有限元强度折减法分析天然状态下风积沙边坡的稳定性,发现降雨入渗会影响风积沙边坡的稳定性,当降雨强度大于风积沙渗透系数时,降雨强度越大,降雨历时越长,风积沙内部的水分越多,渗流力对边坡的影响越大,边坡产生的变形就越大,随着降雨进行,边坡的变形由坡顶逐渐向坡脚发展,边坡易发生失稳破坏,根据剪应力云图可以推断出边坡潜在滑移面;(5)风积沙排水沟渠冲刷试验结果表明,天然风积沙沟渠极易发生冲刷破坏,抗冲刷能力P为5%~40%,即水会冲刷掉大量的风积沙,影响路基的稳定性,与天然风积沙排水沟渠相比,水泥加固风积沙排水沟渠在受到冲刷时,它的抗冲刷能力明显提高,抗冲刷能力P为0.25~0.4%,即风积沙的冲刷量很小,排水沟渠不会发生破坏,水泥加固风积沙效果显著;(6)利用水泥稳定风积沙加固技术,设计水泥风积沙挡土墙和边沟,依托省道204横山段实体工程,修筑水泥风积沙挡土墙和边沟,水泥风积沙材料不仅能够满足技术要求,同时还降低了施工建设成本。
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