河套地区风积沙的静力特性及强度与变形规律

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摘要：本文根据具体实验方法介绍了河套地区风积沙的静力特性及强度与变形规律。从而研究风积沙的静力学特性。

关键词：风积沙的静力特性强度变形规律

Abstract: According to specific experimental methods, the static performance and the law of strength and deformation of aeolian sand in Hetao area are described, for the research of static performance of aeolian sand.

Key words: static characteristics of aeolian sand; strength; law of deformation

中图分类号： O346 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1概述

风积沙的静力压实特性和其本身的密度及含水量有关系，因此应从这两个方面对风积沙的力学性能进行研究。试验时根据风积沙的特点，在室内成型不同压实度的试件，将不同的压力作用在风积沙试件上，通过对不同密度、含水量条件下的CBR值、回弹模量值、压缩试验结果的研究，分析风积沙试样的“应力-应变”规律，总结出风积沙的强度-变形规律，分析其承载力的大小，从而研究风积沙的静力学特性。

2压缩试验

2.1试验方法

试验方法：试验选择内蒙古风积沙，取含水量为0、2%、6%、最佳含水量情况下进行试验，试样的成型密度为96%，采用快速压缩试验法：选择4个加载等级，每一小时读一次试件的变形量，将最后一级荷载作为终压荷载，24小时后读取数据，以得出试件的总的变形量。

2.2试验结果与分析

图3-8、3-9分别为风积沙的e-p曲线和压力-压缩模量图（即e-logp图）。通过风积沙压缩试验，主要得出如下结论：

风积沙的e-logp曲线基本为线性关系，这说明用压缩指数Cc等压缩性指标，进行风积沙的压缩沉降计算是可行的。

随着加载等级的加大，风积沙的压缩模量大体上成线性增长。

压缩模量是含水量和压实度（或干密度）的函数。随着压实度的增长或含水量的降低，压缩模量变大；随着压实度的减少或含水量的上升压缩模量变小。压缩系数与之则相反。

无论是干风积沙，还是含水量的风积沙，都有较高的压缩模量值，这说明风积沙路基经压实后，具有较好的稳定性和较高的强度。

风积沙的压缩系数不是常数，会随着加载压力的增大而减少，根据试验结果可知，风积沙应属于低压缩性材料。

风积沙在一定压力作用下完成压缩变形的时间很短，在半对数坐标中沉降量与时间呈现良好的线性关系。

含水量0 含水量2%

图3-8(a) e-p关系曲线（成型密度96%）

含水量6%含水量9.9%

图3-8(b) e-p关系曲线（成型密度96%）

含水量0含水量2%

图3-9（a） e-logp（成型密度96%）

含水量6% 含水量9.9%

图3-9（b） e-logp（成型密度96%）

3 CBR试验

3.1 试验方法

试验按含水量为0%、2%、6%和最佳含水量制备击实干密度试件，其中在每个含水量上进行几个不同干密度的CBR试验，以得出不同干密度下的CBR值。风积沙有别于一般的路基填筑材料，其内部的粘聚力很小，非常松散，按《公路土工试验规程》中规定的方法无法成型试件。

3.2 CBR试验结果与分析

根据上述的试验方法，选用具有代表性的风积沙基填料，进行CBR试验，试验结果如表3-8。

表3-8风积沙的CBR试验结果

图3-11（a）干沙(含水量为零)单位压力-贯入量的关系曲

击98次 击50次击30次

图3-11（b）湿沙(最佳含水量)单位压力-贯入量的关系曲线

由试验研究可知，当试件干密度相同时，含水量不同时，CBR值差异较大，风积沙干沙的CBR值普遍较小；湿沙的CBR值能达到26左右（按每层击实98次），即风积沙在压实到一定程度后，具有较强的抵抗变形和破坏的能力。

3.3抗变形能力分析

根据风积沙静力压实特性的CBR试验，对于风积沙不同干密度、不同含水量情况下进行试验，测定风积沙的压力-变形规律，如图3-12所示。

由图3-12可看出：风积沙的应力-变形基本呈线性关系。风积沙在天然干燥状态下，基本表现为弹性性质。当风积沙有一定含水量时，随着干密度增加，应力在初始的一定范围内表现出弹性性质，随着应力的增加，产生塑性变形，干密度值越大发生塑性变形时所承受的应力越大，因而说明风积沙的干密度值越大，抵抗变形的能力越强。

（a）含水量为0（b）含水量为2%

（c）含水量为6%（d）最佳含水量

图3-12风积沙压力-变形图

综合上分析得出以下结论：

（1）河套地区乌兰布和风积沙干沙的CBR值较小；湿沙的CBR值在10~26之间，说明湿沙在压实以后，具有较高的抵抗破坏的能力。

（2）干风积沙的应力-应变曲线基本呈线性关系，表现为弹性性质。

（3）当风积沙有一定含水量时，在一定范围的应力作用下，弹性性质，随含水量的增加，干密度的增大弹性性质表现越明显。

风积沙在含水量接近时，随干密度的增加，变形差异较小。

4小结

（1）在风积沙处于完全干燥状态时其基本表现为弹性体性质；有一定含水量，在一定的荷载范围内，风积沙表现为弹性性质，当荷载超过这一范围时，风积沙表现为有一定的塑性，压实度越大，其塑性出现的越迟，说明具有一定压实度的风积沙在一定的压力下表现出相当好的弹性性质，可以看作为弹性材料。

（2）风积沙干燥条件下的CBR值普遍很小，当有一定含水量时CBR在10~26之间，说明风积沙压实以后，具有一定的抵抗破坏的能力，建议压实后的风积沙CBR值可按不小于10（按每层击实98次）作为控制指标。

（3）通过对CBR试验结果分析，风积沙的CBR值随压实度的提高而增大。

（4）通过试样饱水浸泡后进行CBR试验可知：风积沙路基在饱水状态下的强度较低。由于风积沙的透水性良好，基本与砂砾料相当。

参考文献

[1] 交通部公路司．《公路工程质量通病防治指南》．北京：人民交通出版社，2002．

[2] 沙庆林等．《公路压实与压实标准》．北京：人民交通出版社，1998．

[3] 刘玉卓．《公路工程软基处理》．北京：人民交通出版社，1998．

[4] 王晓某等．《高等级公路软土地基路基设计与施工技术》．北京：人民交通出版社，2001．