西南山区巨量弃渣高填方填筑体力学特性及沉降变形研究.pdfVIP

西华大学硕士学位论文

摘要

随着西南地区道路工程向山区迁移，解决隧道弃渣量巨大这一关键问题的首选方案

是利用工程弃渣填沟形成服务设施的场坪。然而，隧道弃渣的物理力学性质复杂多变，

高填方填筑体的自重和填料类型对沉降有较大影响。当前工程设计和施工参照普通填方

路段，高填方填筑体存在较大安全风险。因此，研究西南山区高填方填筑体土石混填料

的力学特性和土石混填高填方地基的沉降变形至关重要。

本文选取隧道弃渣高填方填筑体作为研究对象，采用大型三轴试验，研究了西南山

区土石混合填料基本力学性质，并通过理论计算与数值模拟，详细分析含石量与填方高

度对土石混合式高填方填筑体沉降特性的影响，最后提出相关的沉降控制措施。主要工

作和成果如下：

1

（）通过土石混合体的击实试验对其击实特性研究发现：土石混合体的含石量是

决定其击实效果好坏的关键要素，当土石混合体含石量为60%左右时其最大干密度达到

了峰值，达到最优状态。

2

（）通过开展土石混合体的大型三轴试验，分析土石混合体应力－应变曲线，发

现：同一含石量试样加载不同围压后，土石混合体强度随围压升高而逐渐升高，应力－

应变曲线表现为非线性。含石量20%、40%的土石混合体试样在不同围压下，随着轴向

应变的增加，偏应力呈现逐渐增大的趋势，但并未出现明显的峰值，表明其属于应变硬

化类型。含石量60%的土石混合体试样，偏应力随着轴向应变的增加先达到峰值，随后

略有降低，应力－应变曲线呈弱应变软化型特征；在高围压作用下，应力－应变曲线逐

渐向应变硬化型过渡且峰值强度持续升高。含石量80%的试样在不同围压下的偏应力均

随轴向应变的增大而逐渐增大，达到偏应力峰值之后逐渐趋向稳定值。

（3）通对土石混合体进行大型三轴试验，研究了土石混合体的强度特性，发现：

在高围压作用下，随着含石量的增加土石混合体的强度逐渐增加。但在低围压下，含石

量60%的土石混合体比含石量80%的土石混合体比强度大，且应力－应变曲线初始斜率

更大；对于黏聚力来说，随着粗料含量的增加，黏聚力呈先增大后减小的趋势，其中含

石量为20%时黏聚力最小，含石量为60%时黏聚力最大；对于内摩擦角来说，随着土石

混合体含石量的增加，内摩擦角也在逐渐增加。

（4）分析了高填方体沉降变形组成，并结合考虑施工顺序的改进分层总和法计算

了不同含石量的土石混合填料路堤沉降，结果表明：土石混合体含石量越大，其沉降量

就越小，含石量为80%时，高填方填筑体沉降量最小。

5PLAXIS

（）利用软件分析不同含石量、不同填方高度对高填方填筑体施工期及

工后沉降变形的影响，结果表明：对某一含石量高填方填筑体模型，其沉降变形随填方

I

西南山区巨量弃渣高填方填筑体力学特性及沉降变形分析研究

高度增加而增大。同一填方高度下，填筑体沉降变形随着土石混合体含石量增大而减小。

20%40%

并发现土石混合体含石量由提高至的过程中高填方地基沉降下降较为显著，而

60%80%

含石量由持续增加到后，地基沉降虽然有所下降，但下降幅度不大。高填方填

筑体的沉降往往不是瞬时沉降完全完成，而是在填方完成后较长时间里还持续发生。截

止到1460天第五层填筑区域内沉降增加缓慢，其余区域沉降基本趋于稳定。

（6）整理分析了高填方地基沉降变形的主要影响因素，提出控制高填方填筑体沉

降的措施：在设计阶段综合地质勘察、地基承载力、排水条件等因素对高填方填筑体进

行合理设计；在施工阶段需从填料的选择、场地选择、施工工艺等方面采取措施以控制

填筑体沉降；在施工完成后进行填方地基的工后沉降观测，通过现场沉降的观测、分析

和推算，以确定填方地基的工后沉降量。

关键词：西南山区；高填方填筑体；土石混合体；力学特性；沉降变形

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