全风化千枚岩围岩双连拱隧道变形控制技术

针对在全风化千枚岩条件下,双向六车道双连拱隧道的修建过程中发生大变形、支护结构开裂等现象,结合全风化千枚岩特性,进行大变形原因分析,提出隧道收敛及沉降的变形控制原则及具体措施。实施后,隧道大变形得到了根本性控制,降低了工程风险。

全风化千枚岩、红黏土及其改良土裂隙演化规律

为了充分利用全风化千枚岩与红黏土作为路基填料,设计了红黏土与全风化千枚岩干质量比分别为0∶5、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0,石灰掺量分别为0、3%、5%和8%的组合改良方案,开展了环刀试样干湿循环试验;为了定量描述裂隙的发育状况,开发了裂隙率计算软件,提出基于AutoCAD裂隙总长度计算方法。试验结果表明:裂隙发育规律有继承性、自愈合性,膨胀裂隙与干缩裂隙并存特性;石灰掺量为0时,高红黏土掺和比(80%、100%)下混合改良土裂隙率随着干湿循环次数的增长而增长,且干湿循环次数大于5时还有增长趋势;中低红黏土掺和比(掺和比不大于60%)时,第2次干湿循环后裂隙率达到最大,然后下降或趋于稳定;石灰改良剂对裂隙发展有很强的抑制作用,当石灰掺量为3%或5%,且红黏土掺和比为40%或60%时,可以完全抑制裂隙的发育,其他红黏土掺和比下相对于纯红黏土裂隙率也有大幅降低;考虑石灰掺量、红黏土掺和比对裂隙率降低幅度的贡献,认为石灰掺量为3%、红黏土掺和比为40%或60%是裂隙控制的优化方案,不仅合理、经济,而且裂隙率为0。

全风化千枚岩复合改良土路用性能

为了充分利用全风化千枚岩作为路基填料,设计了红黏土掺和比分别为0、20%、40%、60%和100%,水泥掺量分别为0、3%和5%的组合改良方案,开展了改良土的界限含水率、抗剪强度和无侧限抗压强度试验,分析了改良土的路用性能。试验结果表明:当水泥掺量分别为3%与5%时,复合改良土的液限均低于40%,符合路基设计中液限低于40%的控制要求;改良土的黏聚力随红黏土掺和比与水泥掺量的增大而增大,内摩擦角随红黏土掺和比的增长先增大后减小,随水泥掺量的增大而增大,但两指标在水泥掺量大于3%时增长幅度较小。改良土路基极限承载力计算结果表明:5%水泥改良全风化千枚岩路基极限承载力仅为725.3 kPa,红黏土掺和比为40%改良全风化千枚岩路基极限承载力达到2 198.3 kPa,分别是全风化千枚岩路基承载力的2.34和7.10倍,因此,红黏土改良效果优于水泥;经过比较可得红黏土掺和比为40%,水泥掺量为3%是合理掺和方案,在28 d养护后,路基极限承载力计算值为4 247.7 kPa,液限为32.7%。微观机理分析结果表明:红黏土颗粒小于全风化千枚岩颗粒,当红黏土掺和比大于40%时可以包围千枚岩颗粒的点-点接触,增加了接触点数与接触面积,从而大大提高了改良土路基的极限承载力。无侧限抗压强度试验结果表明:优化方案改良土7 d无侧限抗压强度为487.25 kPa,满足铁路路基设计要求。

千枚岩全风化土的持水特性研究

以桂林龙胜地区千枚岩全风化土为研究对象,使用压力板仪和饱和盐溶液法两种方法测试广吸力范围内的土水特征曲线,研究了干密度和干湿循环作用对土体持水性的影响规律。试验结果表明:干密度增大,土水特征曲线差异性主要表现在过渡区曲线上移,土体的进气值与残余含水率增加。随干湿循环次数的增加,进气值与残余含水率先降低,在3次循环之后达到稳定状态。压汞试验揭示随干湿循环的进行,曲线向大孔隙方向移动,在3次循环后曲线变化较小,解释了千枚岩全风化土持水性先降低3次后稳定的状态。利用毛细管模型,根据孔隙分布曲线计算了不同干湿循环下试样的土水特征曲线,土样的实测值与预测值较为接近。

千枚岩全风化土的抗拉特性研究

以千枚岩全风化土为研究对象,采用轴平移法、饱和盐溶液蒸气平衡法测试广吸力范围内不同干密度压实样的土水特征曲线,利用自行研制的单轴拉伸仪测试广饱和度范围内不同干密度压实样的抗拉强度,并结合压汞试验分析抗拉强度变化趋势。试验结果表明:抗拉强度随含水率增加出现两个峰值,认为分别为“液桥”数量增多、胶结力较强与毛细压力增大贡献的结果,这与压汞试验压实样具有“双峰”结构相对应。通过对土样的土水特征曲线的分析,表明干密度较大的压实样饱和含水率较低,进气值较大,抗拉强度越高。表明干密度和含水量对抗拉强度具有不同的影响。验证了已有吸应力概念的抗拉强度模型能够较为合理的预测不同干密度下广饱和度范围千枚岩全风化土的抗拉强度。