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成绩《高速公路》课程报告专业方向：交建班级：土木08—5班学号：02080602姓名：王涛中国矿业大学力建学院2011年6月1平原地区高速公路路基填土材料及路基边坡稳定性分析中文摘要：高速公路在我国发挥着越来越重要的作用，全国各地都在大量的修建高速公路，修建出更高质量的公路，已成为我国公路建设的迫切任务。在这样的大背景下，本文浅谈下在平原地区条件下高速公路常用填土材料的工程性质和路基边坡的破坏类型、原因及稳定性分析。关键词：粉土粘土路基边坡破坏类型稳定性一，高速公路的路基填土材料—粉土和粘土1.1一般性质1.1.1粉土凡粒径大于0.075mm的颗粒含量小于或等于全重的50％，且塑性指数Ip小于或等于10的土，称为粉土。粉土属第四系全新统地层，冲洪积成因，在我国分布广泛，长江以北黄淮冲积平原分布较为普遍。粉土多成棕黄色，散粒结构，是一种具有特殊工程性质的土类。粉土一般呈稍密~中密状态，压缩性高，力学强度低。密实的粉土为良好地基；饱和稍密的粉土，地震时易产生液化，为不良地基。该类填料用于路堤下部时，要加强边坡防护力度。粉土的工程性质处于粘性土及沙土之间，粉土的工程特性如下：（1）粉土中80%以上的粒组是粉粒及粉砂粒，比表面积不大，毛细现象发达。在塑限实验搓条时，毛细压力使土粒聚合，呈现出假塑性，故塑限试验对这类土不适用；液限试验时，圆锥尖沉入土中在限定时间内不能稳定，故液限试验对这类土也不适用。在Ip=10附近曲线出现转折，Wp曲线向下凸，表现出假塑性。（2）土的力学指标如内摩擦角、内聚力、压缩系数、压缩模量、比贯入阻力等在与塑性指数的Ip曲线上，于Ip=10附近也出现明显转折。（3）从地震液化特征看，Ip10时，容易液化。（4）从工程实践中反映出，Ip10的土难以压实，也不宜用石灰改善，当2采用桩基时，不宜用压入法沉桩，且沉桩比较困难。（5）粉土的工程性质与中等塑性的粘性土比较，其渗透性和抗剪强度明显增大，压缩性则显著降低，标准贯入击数和静探比贯入阻力一般增高2倍以上。在粉土中钻探，取原状土样或打桩较困难，施工开挖时容易产生流砂涌土现象。其实，砂质粉土的一系列工程性质更接近粉砂。（6）沙质粉土的主要矿物成分是石英，其次为长石、云母及少量其他矿物，并含有极少量的粘土矿物。（7）砂质粉土由于其粘粒含量极少，故与水的结合能力小。其主要成分为粉粒，毛细作用显著，含水量不大时，由于毛细水的存在，使砂质粉土表现出一定的毛细粘聚力；在饱水时，毛细粘聚力消失，呈现很小或无粘聚力的散粒体，不具有塑性或微有塑性，故可称之为无粘聚性土。（8）砂质粉土的透水性良好。颗粒愈粗、愈均匀、愈浑圆时，透水性愈高。（9）一般砂质粉土在静荷载作用下，压缩性较小，其压密过程也较快。工程实践表明，沙土地基的变形在施工期间即可完成70%~80%，甚至可以认为已全部完成。颗粒愈粗，压缩性愈低，压密过程愈快。（10）砂质粉土的抗剪强度由内摩擦角来决定。由石英组成的粉土内摩擦角最大，云母组成的则最小。矿物成分对于较粗粒组的内摩擦角影响较显著，并随着粒度的变小而递减。砂质粉土的紧密程度增大时，内摩擦角也增加，这与在剪切带不仅发生颗粒间的位移，而且还由于颗粒间的咬合作用发生部分颗粒被破碎有关。在剪切过程中，土的体积会发生变化，一般松砂变密，密砂则变松。颗粒的形状及级配对其内摩擦角也有影响，一般浑圆的、均匀的，其内摩擦角较小。（11）除了疏松的粉土之外，一般均可作为各种房屋建筑物和构筑物的良好地基，这类土地基的承载力与土的紧密状态、基础大小、埋深和地下水位有关。但对于饱和的粉土地基，由于地下水的渗流，易于发生流沙现象。1.1.2粘土粘性土是指塑性指数Ip10的土，由于土中的颗粒组成以粉粒和粘粒为主，因此具有显著不同于无粘性土的特征。粘性土的特征为：（1）粘性和可塑性。粘粒与水相互作用产生粘结力，表现为土具有粘性和可塑性。粘性的大小取决于两个因素：一是土粒的矿物成分和土粒周围水的3成分及其所含离子的种类和特征；二是土颗粒的总比表面积的大小。比表面积定义为单位体积或质量的土中所有土颗粒表面积之和。显然，土的粒度组成中粘粒含量越多，粘性越大。（2）具有涨缩性。土的体积由于含水量变化而引起的变化的性质称为胀缩性。粘性土的胀缩性容易使地基产生不均匀变形，并使结构物产生附加应力，造成不利影响。（3）压缩性和抗剪强度与土的含水量有着密切的关系。（4）具有结构性。1.2渗透性质土空隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象，称为水的渗透。土的渗透性表现为土体被水透过的性能，是土体的基本力学性质之一。在道路工程中常需要了解土的渗透性。由于土的空隙细小，在大多数情况下水在空隙中的流速较小属于层流，因而土中水的渗流规律符合层流渗透定律，这个定律是法国学者达西根据砂土的实验结果而得到的，也称达西定律。它是指水在土中的渗透速度与水头梯度成正比，即kIv式中：v——渗透速度，m/s；I——水头梯度，即沿着水流方向单位长度上的水头差。影响粉土渗透性的主要因素是颗粒大小、级配、密度以及土中封闭气泡。土的颗粒愈小，土体空隙愈小，渗透性愈小。级配良好，细颗粒填充粗颗粒空隙，土体空隙减小，渗透性较小。密度的影响也是明显的，渗透性随相对密度的增加而减小。土中封闭气体对土体渗透性也有较大影响，封闭气泡不仅会减小土体断面上的过水通道面积，而且会堵塞某些通道，使土体渗透性减小。影响渗透性的因素要比粉土复杂。粘土中土颗粒尺寸小、成扁平状、比表面积大，颗粒表面处形成扩大的双电层，双电层内的水分子受到吸附作用，其性质与自由水不同。粘土的矿物成分和土的结构与组构都对土体渗透性有影响。粘土矿物成分影响粘土颗粒的大小，而且影响颗粒与周围液相的相互作用。这些都对渗透性产生影响。将相同含水量的粘土矿物作比较，渗透性的大小顺序为：蒙脱石伊利石高岭石。4粘土颗粒的形状是扁平的，有定向排列作用。在沉积过程中，是在竖向应力和水平应力不相等的条件下固结的，土体固有各向异性和应力各向异性造成了土体渗透性的各向异性。特别对层状粘土，由于水平粉细沙层的存在，使水平向渗透系数远远大于竖直向渗透系数。1.3结构特征和变形特征土的结构特征是指土的粒径组成、空间排列形式和土粒间的连结特点。天然土的结构在土的形成过程中和后来所经历的条件下形成，它不仅与土粒大小、形状、矿物成分等因素有关，而且还与周围介质有关。土的结构是其物理力学性质的主要决定因素之一，可据以预测在建筑物作用下土的变形，评价土作为建筑材料的质量。由粉粒组成的土在水中沉积时，基本上是以单个土粒下沉；当碰上已沉积的土粒时由于他们之间的相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下沉，常形成具有很大空隙的蜂窝状结构。粘土颗粒多成片状或针状，表面带负电荷，而在片地断口处有局部正电荷。粘粒在海水中沉积时，多半以面—边的方式接触凝聚成絮状粒团下沉并相继与已沉积的絮状粒团接触，形成类似蜂窝而空隙很大的絮状结构。粘粒在淡水中，将单独下沉，沉积物多半以面—面的方式接触，定向程度较高，形成所谓的片锥结构。1.4物质成分土粒的的矿物组成在很大程度上影响着土的性质。碎石、砾石是由岩石破碎而成的，其颗粒远较岩石中的原有矿物颗粒大，但一般仍保持母岩原有的多矿物结构。砂粒也是岩石物理风化的产物，但其颗粒大小与岩石中原生颗粒的矿物大小相差不多，故多成单矿物形态，常有石英、长石等主要造岩矿物所组成。粉粒的矿物成分较为复杂，其较粗的颗粒一般仍未原生矿物；但在较细的粉粒中，次生矿物常占多数。粘粒主要是由次生矿物即粘土矿物组成的。粘土矿物可分为高岭石、蒙脱石和伊利石三大组。一种土的固相部分可以含有各种各样的结晶质粘土矿物和非粘土矿物、非晶质粘土矿物、有机质以及沉淀析出的盐类。在实际工程中遇到的多数土的固相，绝大多数是由无机质结晶矿物组成，并且非粘土矿物的含量比粘土矿物多得多。5虽然粘土矿物含量少，但粘土矿物成分对土体性状的影响较大，远远超过其相对数量的影响。1.4.1非粘土矿物非粘土矿物通常是原生矿物，是岩石碎屑或形成岩石结构的矿物颗粒。砾石、砂和粉砂都是由原生矿物组成的。许多土源于火成岩矿物，其中最普遍的成分是长石、辉石、角闪石、石英和云母。然而在大多数土中，含量最丰富的是石英，也有少量长石、云母。其原因是：角闪石和辉石的晶体结构和成分在风化过程中很快被破坏，长石也在化学风化过程中减少了数量，而石英具有很高的稳定性。非粘土矿物的力学特性主要由矿物类型、颗粒粒径、形状、结构特性和大小分布范围来确定。非粘土矿物化学性质稳定或较稳定，具有强或较强的抗水性和抗风化能力，可以看作惰性较大的物质，他们间相互作用的本质属于物理作用。1.4.2粘土矿物粘土矿物属次生矿物，是原生矿物进一步经化学风化形成的。粘土矿物结构中有两个基本的单元。粘土矿物的种类很多，主要有高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石等下面对他们作简略介绍：蒙脱石组的粘土矿物的晶体易于劈开，因而颗粒细小，能吸附大量阳离子，具有很强的亲水性，遇水显著膨胀可塑性高，压缩性高，强度低，渗透性小，液限可达150%~700%，塑性指数可达100~650；高岭石组粘土矿物则相反，其颗粒较为粗大，甚至可以形成粉粒，水稳定性好，可塑性低，压缩性低，其表面虽能吸附阳离子和水分子形成水化膜，但其亲水性较弱；伊利石组的粘土矿物的特性介于上述两者之间。土中绿泥石总是以混合物的形式同其他粘土矿物混存在一起，其性质类似伊利石。1.4.3非晶质粘土矿物非晶质粘土矿物包括水铝英石、各种胶体氧化物和含水氧化物。水铝英石是非晶质的硅酸盐粘土矿物的通称。水铝英石没有固定的成分和确定的形状，它可以表现出各种各样的物理性质。凡含有水铝英石的粘土，都具有较高的灵敏性和活动性。最常见的是铝、铁和硅的氧化物和氢氧化物。这些氧化物以胶凝质或沉淀物的形式存在，或包裹着矿物颗粒，或把矿物颗粒胶结在一起。1.5粉土的成因及分布规律6粉土按形成的原因可以分为：风成粉土、水成粉土、残积粉土。1.5.1风成粉土由于风力的携带、沉积作用，形成含有较大空隙的土，习惯上成为黄土，由于残坡积作用和重力堆积作用，广泛分布于丘岗、坡麓、河流阶地上。具有大孔结构和湿陷性，其物理性质、工程性质与黄土相似，成为次生黄土。黄土、次生黄土中粉粒占大多数，砂粒和粘粒含量较少，多表现为粉土、粉质粘土、含砂粉质粘土。1.5.2水成粉土土粒在水力作用下，经搬运、沉积而形成的粉土。根据其搬运距离、沉积环境、沉积位置的不同，可以分为山区粉土和平原粉土。1.山区粉土在水力作用下，土粒搬运距离短，一般分布于丘岗、坡麓、冲洪积扇缘、阶地上。这类土一般含僵石结核和一定数量的粗立组，埋藏较浅，一般位于地下水位以上，属欠固结状态。工程性质与风成黄土相近。2.平原粉土在水力作用下，土体经长途携带、沉积的粉土，广泛分布于冲红积平原、河流三角洲、沿海平原，是工程建设经常遇到的土层。此类粉土经长途搬运磨圆，粒度成分单一，粉粒占绝对优势，大于0.075mm的粒组几乎没有，小于0.005mm的粒组较少，颗粒级配曲线较陡，Cu值很小。平原地区地下水位埋藏较浅，多为饱和粉土，具有以下性质：（1）极易震动液化失水。（2）土层压缩沉降量大，压缩固结稳定较快（3）现场标准贯入击数较低，地基承载力低，为平原地区不良地基。1.5.3残积粉土母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地形成的粉土，成为残积粉土。其中较细的碎屑已被风或雨水带走。残积粉土主要分布在岩石出露的地表及经受强烈风化作用的山区、丘陵地带与剥蚀平原。残积粉土裂隙多、无层次，平面分布和厚度不均匀。如以残积粉土作为建筑物地基，应当注意不均匀沉降和土坡稳7定性问题。二，路基边坡稳定性分析2.1路基破坏类型和影响因素路基裸露在大气中，经受着土体自重、行车荷载和各种自然因素的作用，路基的各个部分将发生变形。路基的变形可分为可恢复变形和不可恢复变形。路基的不可恢复变形将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变严重时造成土体位移，危及路基的整体性和稳定性，造成路基的各种破坏。深入调查公路沿线的自然条件，从地区和具体各个路段的实际情况去进行分析和研究，掌握