文档介绍：第十章碎、砾石路面
§10-1 碎、砾石路面的力学特性
一、碎、砾石路面的强度构成
碎、砾石路面通常是指水结碎石路面、泥结碎石路面以及密级配的碎(砾)石路面等数种,这类路面通常只能适应中低等交通量的公路。
碎、砾石路面结构强度形成的特点是:矿料颗粒之间的联结强度,一般都要比矿料颗粒本身的强度小得多;在外力作用下,材料首先将在颗粒之间产生滑动和位移,使其失去承载能力而遭致破坏。因此,对于这种松散材料组成的路面结构强度,其中矿料颗粒本身强度固然重要,但是起决定作用的则是颗粒之间的联结强度。凡在强度特性上具有上述特点的材料,均属于松散介质的范畴。对于松散介质范畴的材料,其抗剪强度可用库仑公式表示。因此,由材料的粘结力和内摩阻角所表征的内摩擦力所决定的颗粒之间的联结强度,即构成了路面材料的结构强度。下面就各类碎砾石材料的抗剪特性和影响因素分述如下:
(一)纯碎石材料
纯碎石材料是按嵌挤原则产生强度,它的抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角。由下列三项因素构成:
(1)粒料表面的相互滑动摩擦;
(2)因剪切时体积膨胀而需克服的阻力;
(3)因粒料重新排列而受到的阻力。
单一粒料在另一有粗糙面但表面平整的粒料上滑动,其摩阻角大多在30°以下;许多粒料相互紧密接触,沿某一剪切面相互变位时,因体积膨胀和粒料重新排列而多消耗的功,可使摩阻角增至40~50°。
纯碎石粒料摩阻角的大小主要取决于石料的强度、形状、尺寸、均匀性、表面粗糙度以及施工时的压实程度。当石料强度高、形状接近正立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实度高,则内摩阻力就大。
(二)土-碎(砾)石混合料
这类材料含土少时,也是按嵌挤原则形成强度;当含土量较多时,则按密实原则形成强度。土-碎(砾)石混合料的强度和稳定性取决于内摩阻力和粘结力的大小。为得到最大强度和稳定性而设计的颗粒材料,应具有高内摩阻力来抵抗荷载作用下的变形。内摩阻力和由此而产生的抗剪力在很大程度上取决于密实度、颗粒形状和颗粒大小的分配。在这些因素中,以集料大小的分配,特别是粗细成分比例为最重要。图10—1表示土-碎(砾)石混合料的三种物理状态。
a ) b) c)
图10—1土-碎(砾)石混合料三种物理状态
第一种(图10—1a),不含或含很少细料()的混合料,它的强度和稳定性依靠颗粒之间摩阻力获得。这类的混合料其密实度较低,但透水性好,不易冰冻。由于这种材料没有粘结性,施工时压实困难。
第二种(图10—1b),含有足够的细料来填充颗粒间的空隙的混合料,它仍然能够从颗粒接触而获得强度,其抗剪强度、密实度有所提高,透水性低,施工时较第一种情况易压实。
第三种(图10—1c) ,含有大量细料而没有粗颗粒与粗颗粒的接触,集料仅仅是“浮”在细料之中。这类混合料施工时易压实,但其密实度较低,易冰冻,难于透水,强度和稳定性受含水量影响很大。
图10—2表示不同细料含量时土-砾石混合料的密实度和CBR的试验结果,图中CBR值为试件浸湿后的测定结果。由图可知,随压实功能增加,密实度和CBR值均增加,而且都存在一个相应的最佳细料含量。最大密实度时的最佳细料含量为8~10%,而最大CBR值时的最佳细料含量为6~8%;前者的细料含量的状况可代表图10—1b状态,而最大值左右两侧的曲线部分则代表图10—1a)和c) 两种状态。
图10—3示用土-碎石混合料的试验结果。由图可见,细料成分对碎石集料CBR的影响一般比对砾石的影响小。对于同一粒径分配,由有棱角颗粒组成混合料的CBR值通常也比圆滑颗粒混合料的CBR值稍大一些。
图10—4是几种粒状材料用AASHO标准压实法成型后测得的CBR值和干密度的试验结果。密实度和CBR值都是随集料尺寸增大而增大,但最佳细料含量则降低。此外,细料含量小于最大密实度时的含量,其CBR值最大,因而其强度和稳定性也最大。
细料(<)含量(%)
图10—2土-砾石混合料密实度和CBR随细料含量而变化
细料(<)含量(%)
图10—3土-碎石混合料密实度和CBR随细料含量的变化
细料(<)含量(%)
图10—4混合料密实度和CBR随细料和最大粒径的变化
(按AASHO标准密实度为100%的试验)
细料(<)含量(%)
图10—5塑性指数对砾石()三轴强度的影响
由上述分析可知,只有在已知粒径分配的情况下,密实度才可以作为衡量强度和稳定性的依据。细料含量偏多的混合料强度和稳定性大大低于细料含量偏低的原因,是由于如图(10—1c)的情况,强度和稳定性受结合