提高贝宁(西非)南部地区粘土和路面的性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:szhzm4158
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为了保护和促进可持续发展,需要对土壤进行岩土工程研究。本项研究基于热带地区路面垫层的不稳定性开展的,采用了来自热带地区路面性能的相关数据。该研究的主要目标为:确定熟石灰与水泥之间的百分比,以此提高路面黏土砂土垫层的粘合力,以增加路面层之间的承载力。另外,基于岩土工程的测试结果来确定合适的路面施工技术具有很重要的意义,例如基于粘性土层结构构建路面结构模型。其次评估以再生沥青路面(RAP)材料为基层、不同路面结构层中应用双向土工格栅工艺的路面性能,最后为防止道路危险地带路基设施退化提出新技术。针对该项研究的结果提出如下建议,力求详细呈现研究的全过程。(1)第二章的主要内容是描述相关土壤的特征、评估相关方法、改良相关的技术。研究方法是采用法国标准进行的试验测试,例如粒度测试、Proctor测验和Atterberg界限含水量试验(物理测试);其次进行动力触探试验、直剪试验和固结试验,以上均为表征土壤的机械测试;最后进行Proctor测验,加州承载比试验,改良土壤的压缩和抗压强度。结果表明,土壤颗粒的大小或土壤团聚体,使得土壤不易变形。土壤的阻力随深度加深而增加,而土壤由于压缩指数低则具有适度的压缩性。同时,由于淤泥和较多有机土壤的可塑性,使得土壤在其他不同地带易发生变形。研究结果也进一步揭示了含粘质土的在热带地区的不稳定性和稳定的区域,并给出了确定不稳定和稳定区域的方程。即可得出,最佳性能的百分比石灰的比例在2%到3%之间变化,而最佳性能的百分比水泥的比例至少需要3%。CBR指数指出添加熟石灰和水泥的到底基层中使得土基层有了非常可观的改善。此外,熟石灰可有效降低含水量,而不会影响土壤样品的可塑性和液限。总而言之,为了增加土基层的稳定性(可持续性),石灰和水泥的结合使用在路基稳定中非常重要。即使石灰和水泥的结合在路基中紧密相关,但由于湿度的原因,这也不能保证某些地区(如:河流地区)的路基和路堤稳定性。因此,主要是找到其他可以确保路基和路堤稳定性的技术。(2)在第三章中,内容集中在路基和路堤稳定性上。基于试验测试,如地理,环境,社会和安全研究,已经研究了滑坡的原因。然后,基于Fellinus和Bishop方法,以及使用Plaxis软件的数值分析,评估了通过重新填土和排水后的稳定性能。为此,考虑了两种稳定系统。首先,稳定系统由斜坡上游的排水沟组成,在没有地震的情况下,安全系数从1.50到1.67不等。然后,在有地震的情况下,安全系数从1.33到1.52不等。其次,在路堤下游安装桩幕,其安全系数在没有地震的情况下,从1.34到1.54不等,在发生意外的情况下,从1.23到1.37不等。结果表明,滑坡可能是由于山谷中的含水突然退水造成的。因此,这是危险地区路基设施退化的原因。从河床底部清除沙子将是一个加重因素。此外,通过重新定向(使用红土砂)和排水的边坡稳定技术可以通过提高安全系数来确保意外区域土的稳定性。总之,与其他方法相比,Bishop的方法最容易实现的:通过翻修和排水的边坡稳定技术可以永久解决河流附近地区的滑坡问题。该技术主要适用于有时疏松或敏感性的土壤。(3)第4章侧重于对路面的结构性能和加固技术的研究。采用Plaxis和ALIZE-LCPC软件分析的的数值方法,评估改良后红土砾石路面基层的路面性能。然后,基于TRL Road Note 31和Win Julea相结合的方法,借助建筑与公共工程试验研究中心和研究方法(CEBTP法),对结构路面进行评估。此外,路面设计分析要遵循三个备选方案:第一种是未加筋的情况,以此作为对照组。第二种是采用双向土工格栅工艺加固基层,以延长路面使用寿命。第三种是采用双向土工格栅加固情况下减少基层厚度,进而保证其使用寿命。结果表明,按照3.5%的水泥用量处理是T4交通路面基层的最佳用量。使用Plaxis软件对路面结构进行建模分析,可确定基层处的垂直位移,观察破坏机制以及路面结构的有效应力的方向。使用了CEBTP方法中的结构模型路面比结合TRL Road Note 31方法和Win Julea方法的结构模型路面效率略高。那么根据技术和经济性能,所设计的两种方案是互补的。通过土工格栅加固作用,基层厚度可减少0.1m,允许累计的交通量可增加约10%。作为最终结论而言,参数研究对土木工程师来说意义重大,因为它可以评估参数对建模结果可靠性的影响。它可用于获得变异系数和定义建模结果的置信区间。此外,由TRL Road Note 31方法和Win Julea方法组合的结构路面模型更经济适用,虽然红土砾石的成本比碎石低,但红土砾石在路基层中使用并不满足所需的性能,然而这种材料却很适用于水泥改良。(4)最后,在第五章中,根据选择的路面结构模型,重点研究了双向土工格栅在不同路面结构层的加筋效果。基于贝克曼梁试验和Vizir法等实验试验对变形进行了评估。基于Abaqus软件在静载荷下进行有限元法(FEM)计算机分析,建造了柔性路面(有土工格栅和没有土工格栅)并承受了13T荷载应用,以此作为试验研究的一部分。这样做是为了评估垂直应力和纵向应变。结果表明,土工格栅所铺设的具有中等塑性的再生沥青路面(RAP)材料对结点的嵌入没有任何阻力。同时,确保了土工格栅的稳定性。因此,土工格栅的结点在载荷应力的作用下不再对结构路面产生反应。此外,由于基层水泥稳定的影响,放置在基层和底层界面的双轴土工格栅结,在反复施加荷载或影响交通的情况下,不能正常嵌入该层的弯曲运动中。基层在其弯曲运动期间受到下部基层的影响。此外,在技术上,没有在基层设置双轴土工格栅的路面(来自CEBTP方法)的性能要优于以下情况:首先,在基层和底层的界面上铺设双轴土工格栅的路面结构类型;其次,同样的路面结构,在基层铺设双轴土工格栅。因为,这些在碎石基层设置双轴土工格栅和在界面碎石基底层设置土工格栅的路面,其平均挠度大约是没有双向土工格栅的路面平均挠度的两倍。综上所述,在底层用土工格栅铺设的路面是最好的。
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