1.引言
膨脹土是自然地質(zhì)形成過程中產(chǎn)生的一種多裂隙性并具有顯著脹縮性的地質(zhì)體，是一種非理想的路堤填筑材料。出于經(jīng)濟性和環(huán)境保護等各方面因素的考慮，有時不得不采用膨脹土作為路堤填料。
膨脹土做路基填料必須采取有效地物理處治措施，“保濕防滲”，確保路堤穩(wěn)定，避免較大的變形破壞，并具有較好的承載能力。在眾多物理處治技術中，非膨脹性粘土包邊法處治膨脹土路堤是一種有效且經(jīng)濟的處置方法，而路基回彈模量是反映路基承載能力的主要力學參數(shù),它的確定直接影響到路面的設計厚度,所以,對非膨脹性粘土包邊法路基回彈模量的研究具有十分重要的意義。
2.非膨脹性粘土包邊法路基回彈模量計算與分析
2.1基本假設
路堤為彈性半空間體；橫向和縱向均為無限長，計算時截取有限長度，深度方向和橫向均截取10m；邊界條件假定底端及兩側(cè)為固支。
2.2計算荷載
計算時模擬現(xiàn)場回彈模量測試。現(xiàn)場采用直徑為30cm的剛性承載板進行測試。試驗時采用逐級加載法，每級增加0.04MPa，待卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級荷載。回彈變形超過1mm時，則停止加載。用剛性承載板測定土基回彈模量，壓板下土基頂面的撓度為等值沿承載板半徑方向不變。但板底接觸壓力沿半徑方向變化，呈鞍形分布。其撓度
l值與接觸壓力p( r)分別按式(1)或式（2）計算。
測得剛性承載板的撓度之后，可按公式（1）反算路基回彈模量值E，公式(1)與（2）中：
l—承載板撓度，m；p (r)—接觸壓力，MPa；r—計算點離承載板中心的距離，m；p—單位壓力，MPa；a—承載板直徑，m。
計算參數(shù)如表1所示：
表1計算參數(shù)取值
|
層次 |
層高 |
泊松比 |
回彈模量（MPa） |
|
上覆粘土層 |
0.5，1.0，1.5，2，2.5 |
0.35 |
30，40，50，60，70 |
|
膨脹土層 |
－ |
0.35 |
10，15 |
3.計算模型的驗證
假設路堤為勻質(zhì)粘土路堤，對不同回彈模量的路堤均加載如式（2）所示，單位壓力均取0.1 MPa。，并按式（1）進行計算，得到計算回彈模量與理論回彈模量的對比如表2所示。
表2 不同撓度下理論回彈模量與模型計算回彈模量對比表
|
撓度(mm) |
0.827 |
0.689 |
0.517 |
0.414 |
0.345 |
0.295 |
|
理論回彈模量(Mpa) |
25.0 |
30.0 |
40.0 |
50.0 |
60.0 |
70.0 |
|
計算回彈模量(Mpa) |
23.1 |
27.7 |
37.0 |
46.3 |
55.4 |
64.6 |
4.計算結(jié)果與分析
對計算路堤模型均加載如式（2）所示，單位壓力均取0.1 MPa。按表1所列參數(shù)進行Ansys計算分析，得到路堤頂端豎向變形，按式（1）進行計算，分別得到在膨脹土層回彈模量分別為10MPa和15MPa的條件下，上覆層厚度從0.5m至2.5m，上覆層模量與路堤綜合模量的關系。當膨脹土層回彈模量為10MPa時，若上覆層厚度為1.5m，上覆層模量為40MPa，路堤綜合模量可達20MPa以上；若上覆層厚度為2.0m，模量為50MPa，路堤綜合模量可達25MPa以上。當膨脹土層回彈模量為15MPa時，若上覆層厚度為1.5-2.0m，上覆層模量為40MPa，路堤綜合模量可達25MPa以上。膨脹土層模量越高，上覆層模量與厚度越大，路堤綜合模量越高。若保持膨脹土層模量與上覆層厚度不變，隨上覆層模量的增大，路堤綜合模量呈線性增長；即使膨脹土層模量較低，若其上覆層模量與厚度滿足要求，路堤綜合回彈模量能達到規(guī)范要求。
5.結(jié)論
本文通過介紹膨脹土粘土包邊法路堤的典型設計，并對路堤膨脹土層模量為10MPa和15MPa時，不同的上覆層厚度與回彈模量下，路堤綜合模量進行了數(shù)值計算，主要結(jié)論如下：
-
膨脹土層模量越高，上覆層模量與厚度越大，路堤綜合模量越高。
-
若保持膨脹土層模量不變，隨著上覆層厚度與回彈模量的增大，路堤綜合模量呈線性增長，為施工設計確定覆層回彈模量與厚度提供了依據(jù)。
參考文獻：
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廖世文.膨脹土與鐵道工程.北京：中國鐵道出版社，1984
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鄭健龍，楊和平.中國公路膨脹土工程問題、研究現(xiàn)狀及展望.第二屆全國膨脹土學術研討會論文集《膨脹土處治理論、技術與實踐》.北京：人民交通出版社，2004：3-23
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