２０１４年１月 铁道工程学报 Ｊａｎ ２０１３ 第１期（总１８４） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ ＮＯ．１（Ｓｅｒ．１８４） 文章编号：１００６—２１０６（２０１４）０１—００４２—０７ 花岗岩全风化层及其改良土的试验研究 冉隆飞 刘 十 ２ （１．中铁十二局集团海南振海工程有限公司， 海ｌ：ｒ ５７０２０６；２．中铁二院工程集团有限 责任公司，成都６１００３１） 摘要：研究目的：高速客运专线对路基变形要求非常严格。虽然针对全风化花岗岩及其改良土的公路路用性 能目前研究较多，但能否用于高速铁路基床底层或路基本体填料的研究国内外尚不多见。基于此，本文通过 大量的土工试验和理论分析，研究了花岗岩全风化层及其改良土的强度机理、压缩特性、水稳定性以及干湿循 环强度衰减特性等。 研究结论：通过对花岗岩全风化层及其改良土的试验研究，得出：（１）对于水泥改良土，其塑性指数随水 泥剂量增加而降低；（２）随水泥量的掺加，最优含水量变化不大，花岗岩全风化层化学改良土的力学指标均有 所增大；（３）经过改良之后的花岗岩全风化层能用于高速铁路基床底层或路基本体填料，这为高速客运专线 花岗岩全风化层路基填料的选择和应用提供了理论依据，具有重要的理论价值和工程实用意义。 关键词：高速铁路；花岗岩风化层；改良；干湿循环；强度衰减 中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标识码：Ａ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｒａｎｉｔｉｃ Ｒｅｇｏｌｉｔｈ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｓｏｉｌ ＲＡＮ Ｌｏｎｇ—ｆｅｉ ．ＬＩＵ Ｙａｎｇ （１．Ｈａｉｎａｎ Ｚｈｅｎｈａｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １２ｔｈ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ，Ｈａｉｋｏｕ，Ｈａｉｎａｎ ５７０２０６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｒｙｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｌｉｎｅｓ ｈａｖｅ ｓｔｒｉｃｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｒｏａｄｂｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｆｕｌｌｙ ｗｅａｔｈｅｒｅｄ ｇｒａｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｉｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｒａｒｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｗｅａｔｈｅｒｅｄ ｇｒａｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｉｌ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｎｉｔｉｃ ｒｅｇｏｌｉｔｈ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｉｌ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｎｉｔｉｃ ｒｅｇｏｌｉｔｈ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｉｌ，ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｉｎｄｅｘ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ；ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｌｉｔｔｌｅ ｃｈａｎｇｅ，ｈｏｗｅｖｅｒ， ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｎｉｔｉｃ ｒｅｇｏｌｉｔｈ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｗｅａｔｈｅｒｅｄ ｇｒａｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｉｌ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ；ｇｒａｎｉｔｉｃ ｒｅｇｏｌｉｔｈ；ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｉｌ；ｄｒｙ—ｗｅｔ ｃｙｃｌｉｎｇ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ １ 引言 穿过３０ ｋｍ连续里程的花岗岩残积土地带，广东省境 内穿过约７０ ｋｍ花岗岩全风化层…。虽然目前国内对 新建武广客运专线全长１ ０６９ ｋｍ，在湖南省境内 全风化花岗岩及其改良土的公路路用性能进行了很多 收稿日期：２０１３—１０—２６ 作者简介：冉隆飞，１９７２年出生，男，工程师；刘洋，１９６９年出生，男，教授级高级工程师。 本文由中国铁道学会工程分会线路专业委员会推荐 第１期 冉隆飞刘洋：花岗岩全风化层及其改良土的试验研究 ４３ 研究 ，但能否用于高速铁路基床底层或路基本体 填料，到目前为止，还没有研究先例＿５ｊ。众所周知，客 运专线无砟轨道铁路对线下工程变形标准严格， 岗岩全风化，绝大部分棕红色，少量灰白色，呈砂土状， 厚＞３０ ＩＴＩ，上部标贯击数为８～１９击；第三个取样地点 位于武广线清远段，里程ＤＫ ２０９７＋５６０一十６９０处，该 处为路堤，最大填高６．９ ＩＴＩ，地基为花岗岩全风化层， 要求路基工后沉降不得大于１５ ｍｍ，任意路段２０ ｍ长 度范围内的不均匀沉降不得大于２０ ｍｍ ６—１０１。由于 花岗岩全风化层的物理力学特性、工程特性差异性非 常大，受地质环境、土层、温度、含水量等因素的影响而 变化，不同地质环境下、不同地点、不同土层的花岗岩 呈黄色，厚５～１０ ＩＹＩ；第四个取样地点位于武广线清远 段试验段，里程ＤＫ ２１０２＋２４０～ＤＫ ２１０２＋３０３．９８６ 处，花岗岩全风化层多呈黄色，少量呈红色，其原生矿 物均已风化为次生的黏土和铁铅氧化物等，呈团粒状、 扰动后原结构破坏，呈松散的砂砾夹土状，似土非土、 似砂非砂，可用一般工具挖掘，颗粒的工程性质差，呈 面灰状，其中全风化层厚５～１０ ｍ；第五个取样地点位 于武广线清远段，里程ＤＫ ２１１６＋２００～＋４３０处，该段 全风化层应区别对待。因此，需要重点对花岗岩全风 化层的液塑性、矿物成分含量、压实特性、水稳定性、膨 胀性以及干湿循环强度衰减特性进行研究，以验证其 用于高速铁路无砟轨道基床底层和路基本体填筑的可 行性。 以武广客运专线作为工程依托，对花岗岩全风化 层及其改良土的强度机理、压缩特性、水稳定性以及干 本工点前后均为花岗岩路堑，交通较为方便。其中 ＤＫ ２１１６＋２００～＋２２０及＋４２０一＋４３０段为路堑，花 岗岩全风化层，含Ｆｅ¨，显红色，厚１５～２０ ｉｎ。ＤＫ ２１１６＋２２０～＋４２０段为路堤，花岗岩全风化层，含 Ｆｅ“，显红色，厚１６～３０ ｍ。 湿循环强度衰减特性等进行了试验研究，为高速客运 专线花岗岩全风化层路基填料的选择和应用提供了参 考依据，具有重要的理论价值和工程实用意义。 对于上述五个取样地点所在路段而言，多次筛分 试验结果表明，只有少数试样２ ｍｍ筛的通过率在 ５０％以下，通过率集中在７０％～８０％。而０．０７５ ｍｍ ２取样地点及级配曲线 为全面了解武广客运专线沿线花岗岩全风化层的 工程性质，取样地点共有五个，分别位于不同的地区。 筛的通过率主要集中在３０％～４０％，通过率大于５０％ 的样本占总样本的４５．３％，通过率小于５０％的样本只 第一个取样地点位于武广客运专线长沙段，里程ＤＫ １５０３＋２８３处。花岗岩全风化，灰白色，呈砂土状。厚＞ 占总样本数的５４．７％。由此可见，五个取样工点所在 路段的花岗岩全风化层的土样以粉砂为主，粒径 ＞ １０ ＩＴｌｍ的成分比较少见，如表１所示。按颗粒成分分 析，这些风化层应定名为粉砂或更粗的砂。 ２０ ｍ，上部标贯击数为１０击；第二个取样地点位于武 广客运专线衡阳段，里程ＤＫ １６８２＋７５９处。中细粒花 表１场地土颗粒级配统计表（％） 中砾 土层名称及代号 统计项目 统计个数 ２０～细砾 ５～２ 粗砂 ２～１ １～０．５ ０中细砂 ０．５～ ．粉粒～黏粒 ＜０．０７５ １０ １０～５ ０．２５～ ０．０７５ ２５ １２０ １２０ １２０ １２０ １２０ １２０ １２０ １２０ 花岗岩全风化层 最大值 最小值 平均值 ７．８ ２．０ ３．８ １２．２ ２．０ ５．６ １８．５ ３．５ ２０．４ ８．０ ５．５ ６．１ １４．１ ８．０ １０．３ １４．０ ５．２ ８．２ ｌ０．１ ３．８ ７．３ ５２．０ ２５．７ ３８．４ 对于花岗岩全风化层改良土的颗粒粒径变化而 言，不同地点同类土样的含砂量和含泥量有很大区别， 这些因素都会对土样改良的性质产生较大的影响。为 了研究花岗岩全风化层改良前后颗粒粒径变化，特意 ２００４）进行。花岗岩全风化层改良前后筛分试验结果 如图１、图２所示。 由图１、图２可见，不同掺量下的生石灰、水泥改 良土颗粒分析曲线左移，颗粒粗化效果明显。表明粉 黏土掺加生石灰改良后其原有颗粒组成发生变化，产 生粗化现象，级配变好，易于压实。 选择了两个工点的花岗岩全风化层弃渣进行了研究， 其一，ＤＫ ２０９７＋５６０工点的黄色花岗岩全风化层弃 渣；其二，ＤＫ ２１１６＋２００工点的红色花岗岩全风化层 弃渣。生石灰和水泥改良土的颗粒粒径变化的筛分试 验是将拌和的生石灰或水泥改良土，存放７ ｄ、２８ ｄ 后，烘干并重新筛分后进行的。改良土的颗粒分析试 验严格按《铁路工程土工试验规程》（ＴＢ １０１０２— ３花岗岩全风化层改良土试验研究 ３．１液塑性指标 素土或改良土的液塑限试验严格按《铁路工程土 工试验规程》（ＴＢ １０１０２－－２００４）进行，粒径＜０．５ ｆｉｌｍ。 、籁 陋．壅 嚣 巢球 铁道工、瓢 ．程旦 ＿学＋ｇ 报 球 ÷ 、籁 Ｓ 球 ÷ ２０１４年１月 ０．２５ ０．０５４ ０．０ｌ０ ０．００２ （ａ）ＤＫ ２１１６＋２００工点 ｌ０Ｏ ９Ｏ ８０ ７０ ６０ ５０ ４０ ＼。 、 蜂 醛剥避 ３Ｏ ２０ 如 加 如 加 １０ ０ １０ ５ ２ １ ０．５ ０．０７５ ０．０２５ ０．００５ ｒ／ｍｍ ０＿２５ ０．０５４ ０．Ｏ１Ｏ ０．００２ （ｂ）ＤＫ ２０９７＋５６０工点 图１素土与生石灰改良土的颗粒分析曲线 ５ １ ０＿２５ ０．０５４ ０．０１Ｏ ０．００２ （ａ）ＤＫ ２１１６＋２００工点 ５ １ ０．２５ ０．０５４ ０．０１０ ０．００２ （ｂ）ＤＫ２０９７＋５６０工点 图２素土与水泥改良土的颗粒分析曲线 生石灰和水泥改良土的液塑限试验是将拌和的生石灰 或水泥改良土，用标准方法击实，然后将试件存放７ ｄ、 ２８ ｄ后，烘干并重新粉碎后进行的。花岗岩全风化层 改良前后液塑性指标的变化如图３、图４所示。 ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １Ｏ 掺入料剂量／％ （ａ）生石灰 ０ ∞ ∞ 如 加 ０ ＾ ： 蠖 靼 醛 ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ 掺人料剂量／％ （ｂ）水泥 图３ ＤＫ ２０９７＋５６０工点的黄色花岗岩全风化层 改良土液塑限指标随水泥掺量的变化 由图中可以看出： （１）对于水泥改良土，水泥加入土样中后能大大降 低土的塑性，塑性指数的降低主要是由于塑限的增加； （２）生石灰改良土具有较好的水稳性，生石灰主 要起稳定作用，使水的塑性指数、膨胀性、含水量降低， 随着生石灰剂量的增加，生石灰改良土的强度和稳定 性提高。但当剂量超过一定的范围，过多的石灰在空 ．、二 瞪 剥 ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ 掺人料剂量／％ （ａ）生石灰 ｍ 第１期 冉隆飞刘洋：花岗岩全风化层及其改良土的试验研究 ４５ 、。 、 醛剽攥 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 ｍ ０ 土的龄期越长，其塑性指数越小。 ３．２压实特性 ３．２．１掺生石灰改良 掺生石灰改良土按《铁路工程土工试验规程｝Ｚ１、 ｚ３方法压实试件，击实试验结果如表２、表３所示。 生石灰改良土的击实试验表明： （１）对应于每一种土样均有一个最大干密度Ｐ Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １Ｏ 和一个最优含水量Ｗ。 ；对应于某种压实度则有两个 掺入料剂量 含水量，一个为最小临界含水量，一个为最大临界含水 （ｂ）水泥 量，这两个含水量所包括的范围就是该压实度条件下 图４ ＤＫ ２１１６＋２００工点的红色花岗岩全风化层 适宜压实的含水量范围。 改良土液塑限指标随水泥掺量的变化 （２）用ｚｌ击实法比ｚ３击实法所得到的最大干密 度小，最优含水量也略少，这说明单位击实功越大，所 隙中以自由灰的形式存在将导致石灰土不再增强。因 得到的最大干密度越大。 此，现场施工需根据土质的变化经过配合比试验后决 （３）掺生石灰后击实曲线变平缓，驼峰变宽，这使 定掺生石灰剂量； 得在施工中对含水量的控制范围变宽，施工质量更易 （３）改良土塑性指数的降低既随生石灰或水泥剂 把握。随着生石灰的掺入，最佳含水量增加，这对原本 量增加而增加，也随时间而变化。生石灰或水泥改良 含水量较高的素土无疑是有效的。 表２ Ｚ１、Ｚ３击实方法下生石灰改良土的击实结果（工点：ＤＫ ２０９７＋５６０） ４％生石灰 ６％生石灰 ８％生石灰 １０％生石灰 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 Ｗ。。ｌ／％ ＰＯｍ．ｘ／（ｇ／ｃｍ ） Ｗｏｐｔ／％ Ｐｄｍａｘ／（ｇ／ｃｍ ） Ｗ ０ｎｌ／％ Ｐｄｍａｘ／（ｇ／ｃｍ ） Ｗ。。ｔ／％ Ｐｄｍａｘ／（ ｅｍ ） Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ ＺＩ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ ｌ２．７ １３．２ １．７９１ １．８０６ ｌ３．０ １３．７ １．７８０ １．７９３ １３．２ １４．０ １．７７０ １．７８４ １３．Ｏ １４．５ １．７６０ １．７７６ 表３ ｚ１、ｚ３击实方法下生石灰改良土的击实结果（工点：ＤＫ ２１１６＋２００） ４％生石灰 ６％生石灰 ８％生石灰 １０％生石灰 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 。ｎｌ／％ Ｐｄｍａｘ／（ｇ／ｃｍ ） ｏｐｔ／％ Ｐ，ｌｍａｘ／（ｇ／ｃｍ ） Ｗ ０ｎｌ／％ Ｐａｍａｘ／（ｇ／ｃｍ ） ００ｌ／％ Ｐｄｍａｘ／（ｇ／ｃｍ ） Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ Ｚ１ Ｚ３ １２．５ １３．０ １．８３０ １．８６２ １２．８ １３．２ １．８２０ １．８４９ １３．２ １３．４ １．８１Ｏ １．８３６ １３．４ １３．５ １．８００ １．８２４ ３．２．２掺水泥改良 在施工中对含水量的控制范围变宽，施工质量更易把 掺水泥改良土按《铁路工程土工试验规程》ｚ３方 握。 法压实试件，击实试验结果如表４所示。水泥改良土 （２）水泥改良土的最大干密度ＰＯｍａｘ随掺人料剂量 的击实试验表明： 的增加有所减少，最优含水量＇ｔＯ 随掺入料含量的变 （１）掺水泥后击实曲线变平缓，驼峰变宽，这使得 化不大，其变动呈摆动状态，没有一定规律。 表４ Ｚ３击实方法下水泥改良土的的击实结果 ４％水泥 ６％水泥 ８％水泥 参数地点 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 最优含水量 最大干密度 ｎｎｌ／％ Ｐ，ｔｍ．ｘ／（ ｃｍ ） Ｗ。。ｔ／％ ｐｄｍ日 ／（ｇ／ｅｒａ ） Ｗｏｐｔ／％ Ｐｄｍａｘ／（ ｅｍ ） ＤＫ ２０９７＋５６０ １３．４ １．８４２ １４．０ １．８３７ １４．４ １．８３３ ＤＫ ２１１６＋２００ １２．５ １．８６１ １２．８ １．８５５ １２．６ １．８４０ ４重塑土抗剪强度 ： 本项目花岗岩全风化层原状土及花岗岩全风化层ＤＫ ２０９７＋５６０工点和ＤＫ ２１ １６＋２００工点。试样使用 铁道工程学报 ２０１４年１月 ｚ３击实方法制作，试样直径为３９．１ ｍｍ，高度为 ８０ ｍｍ。静三轴压缩试验共进行了四组，试样的含水 量均为土的最佳含水量。一组是ＤＫ ２０９７＋５６０工点 的黄色土样，设计压实度为９２％；另三组是ＤＫ ２１１６＋ ２００工点的红色土样，其设计压实度为９３％、９５％、 ９８％。花岗岩全风化层重塑土的静三轴压缩试验应 力一应变关系如图５所示，其破坏应力（ 一 ，），与 围压 的关系如图６所示，它的表达式可用幂函数来 表征，即： （ １一 ３）ｆ＝ｃ・（ ３） （１） 式中ｃ、Ｂ——拟合参数，与试验条件有关。 轴向应变８．，％ （ａ）ＤＫ ２０９７—１组 ６００ ５００ ４００ ｂ ３００ ２００ １００ ０ Ｏ ２ ４ ６ ８ １Ｏ ｌ２ １４ 轴向应变￡。／％ （ｂ）ＤＫ ２１１６—１组 Ｏ ２ ４ ６ ８ １０ ｌ２ １４ 轴向应变８．，％ （ｃ）Ｋ ２１１６—２组 由花岗岩全风化层重塑土的静三轴试验数据可 知，不同地域的花岗岩全风化层，因其风化层的风化程 度、风化层的颗粒成分以及矿物成分的差异，造成重塑 轴向应变￡，／％ （ｄ）ＤＫ ２１１６—３组 图５花岗岩全风化层重塑土静三轴压缩试验 应力一应变关系 Ｂｄ ｂ． Ｄ） 督 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ ：含∞ ∞ ∞ 如 ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ０Ｏ１２０１４０１６０１８Ｏ ２ｏ０ 围压 ３／ｋＰａ 图６花岗岩全风化层重塑土破坏应力（ 一 ） 与围压 的关系 土的力学指标有差异。花岗岩全风化层由砾石、砂粒、 粉粒和黏粒组成，不同地域、不同岩体、同一岩体的不 同相带的花岗岩，其风化层的颗粒组成均不相同。风 化层中砾石和砂粒成分占比例较大的，一般 值较 大、ｃ值较小，这样的风化层在没有水的影响下，其强 度较大，而在水的影响下，风化层强度衰减程度大，边 坡冲蚀和崩坍破坏容易发生。风化层中成分以黏粒和 粉粒成分为主，具有较大的Ｃ值而 值较小，这样的风 化层天然强度相对较低，但是在水的作用下土体强度 衰减慢，边坡在水的作用下一般不会产生冲蚀破坏，而 作为路基基床时容易产生翻浆冒泥等病害。更多的风 化层是以砂粒和粉粒成分为主，其Ｃ、 值介于上述两 种风化层之间，天然强度也比较大，水对其强度有一定 影响，边坡在无有效防护时容易产生小规模的冲蚀，作 为路基基床时一般无病害发生。 ５干湿循环强度衰减特性 为了研究花岗岩全风化层改良土的水稳定性，项 目组特意选择了现场填筑试验地点（ＤＫ ２１０２＋２４０工 点）的花岗岩全风化层弃渣进行了研究。试验结果表 第１期 冉隆飞刘洋：花岗岩全风化层及其改良土的试验研究 ４７ 明，花岗岩全风化层改良土经过干湿循环３次后，试样 质量趋于稳定，且水泥掺量越大，试件的水稳定性越 好，干湿循环的质量损失越少。５次干湿循环后，掺 ４％、６％、８％水泥的试样的质量损失范围分别约为 ７～９ ｇ，４－６ ｇ，１～２ ｇ，占总质量的４．５％，２．８％，０．９％。 在干状态时，试样质量的变化表现为在自然状态 下，环境（如温度等）的改变对其产生的影响。温度高 时，空气中的水气对流循环运动快，试样中水分蒸发损 失快，干状态下称重的质量小，蒸发损失的水分主要为 土体中孔隙水和部分结合形态稍差的结合水。干湿循 环１次、３次和５次饱和试件的饱和含水率在１８％～ ２２％的范围之间。其中，在２８ ｄ准养护后，掺４％水泥 改良土试样的饱和含水率大于掺６％、８％的。其原因 是花岗岩全风化层掺入水泥后发生水化反应使试件的 凝固程度有所区别，当泡水时，凝固程度低的饱和含水 率就高，饱和试样的无侧限抗压强度降低。 由上可知，室内自然环境条件下的干湿循环对其 强度衰减作用有限，这说明此类花岗岩全风化层水泥 改良土稳定性好，路用性能好。 ６ 结论 以武广客运专线作为工程依托，对花岗岩全风化 层及其改良土的强度机理、压缩特性、水稳定性以及干 湿循环强度衰减特性等进行了试验研究，得出以下主 要结论： （１）对于水泥改良土，水泥加入土样中后能大大 降低土的塑性，塑性指数的降低主要是塑限的增加；生 石灰改良土具有较好的水稳性，使水的塑性指数、膨胀 性、含水量降低；改良土的塑性指数的降低既随生石灰 或水泥剂量增加而增加，也随时间而变化。 （２）掺生石灰或水泥后击实曲线变平缓，驼峰变 宽，这使得在施工中对含水量的控制范围变宽，施工质 量更易把握。随着生石灰的掺入，最优含水量增加。 而随着水泥的掺入，最优含水量变化不大，基本在素土 的最优含水量附近波动。 （３）在相同条件下，花岗岩全风化层化学改良土 的粘聚力Ｃ和内摩擦角 均比未改良土的ｃ和 值要 大，所掺加水泥剂量增大，剪切试验所测得的内摩擦角 和粘聚力Ｃ相应增大。在同样条件下，水泥改良土 的ｃ和 值均比石灰改良土的大。其重要的因素之 一，就是水泥为速凝材料，７ ｄ后的强度达到总强度的 ６０％～７０％，使得改良土的内摩擦角 和粘聚力Ｃ增 长较快；而生石灰为缓凝材料，７ ｄ后的强度增长缓 慢，总强度一般需５—１Ｏ年才能达到稳定值，这样石灰 改良土的内摩擦角 和粘聚力Ｃ增长较慢。 （４）花岗岩全风化层水泥改良土经过干湿循环３ 次后，试样质量趋于稳定，且水泥掺量越大，试件的水 稳定性越好，干湿循环的质量损失越少。 参考文献： ［１］周援衡，王永和，卿启湘，等．全风化花岗岩改良土路基 的长期稳定性试验研究［Ｊ］．岩土力学，２０１１（增刊１）： ５９６—６０２． Ｚｈｏｕ Ｙｕａｎｈｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇｈｅ，Ｑｉｎｇ Ｑｉｉｆａｎｇ，ｅｔｃ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｇｒａｎｉｔｉｃ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｏｉｌ Ｓｕｂｇｒａｄｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ— ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ［Ｊ］．Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１１ （Ｓ１）：５９６—６０２． ［２］ 李志勇，曹新文，谢强．全风化花岗岩的路用动态特性研 究［Ｊ］．岩土力学，２００６（１２）：２２６９—２２７２． Ｌｉ Ｚｈｉｙｏｎｇ，Ｃａｏ Ｘｉｎｗｅｎ，Ｘｉｅ Ｑｉａｎｇ．Ｔｅｓｔ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｇｒａｎｉｔｉｃ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｏｉｌ ｆｏｒ ＨｉｇｌＩ—ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｂｇｒａｄｅ［Ｊ］．Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００６（１２）：２２６９－２２７２． ［３］ 何群．全风化花岗岩高速铁路路基的动力特性及稳定性 研究［Ｄ］．长沙：中南大学，２００７． Ｈｅ Ｑｕｎ．Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｄｙｎａｎ￣ｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｏｒ Ｆｕｌｌｙ Ｅｆｌｆｏｒｅｓｃｅｄ Ｇｒａｎｉｔｅ Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ Ｆｉｌｌｉｎｇ ｉｎ ＩＩｉｇｌｌ—ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ［Ｄ］．Ｃｈａｎｇｓｈａ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７． ［４］ 杨广庆，管振祥．高速铁路路基改良填料的试验研究 ［Ｊ］．岩土工程学报，２００１（６）：６８２—６８５． Ｙａｎｇ Ｇｕａｎｇｑｉｎｇ， Ｇｕａｎ Ｚｈｅｎｘｉａｎｇ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ＯＩ１ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｓｏｉｌ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｂｇｒａｄｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１（６）：６８２—６８５． ［５］周援衡，王永和，卿启湘，等．全风化花岗岩改良土高速 铁路路基填料的适宜性试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学 报，２０１１（３）：６２５—６３４． Ｚｈｏｕ Ｙｕａｎｈｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇｈｅ，Ｑｉｎｇ Ｑｉｘｉａｎｇ，ｅｔｃ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｎｅｓｓ ｏｆ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｇｒａｎｉｔｉｃ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｏｉｌ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｂｇｒａｄｅ｛Ｊ １．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１（３）：６２５—６３４． ［６］铁建设函［２００５］７５４号，客运专线无砟轨道铁路设计指 南［ｓ］． Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｌｅ￣ｅｒ［２００５］Ｎｏ．７５４，Ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ Ｔｒａｃｋ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｕｉｄｅ［Ｓ］． ［７］ 魏永幸，薛新华．客运专线无砟轨道铁路复合地基沉降 预测研究［Ｊ］．铁道工程学报，２０１２（１０）：２８—３０． Ｗｅｉ Ｙｏｎｇｘｉｎｇ，Ｘｕｅ Ｘｉｎｈｕａ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１２（１０）：２８—３０． ４８ 铁道工程学报 ２０１４年１月 ［８］薛新华，魏永幸．铁路复合地基沉降计算研究［Ｊ］．铁道 工程学报，２０１１（１０）：４２—４５． Ｘｕｅ Ｘｉｎｈｕａ，Ｗｅｉ Ｙｏｎｇｘｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＣＦＧ Ｐｉｌｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ 、）ｌｒｉｔｌＩ ＡＮＦＩＳ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１０（Ｓ）：４２—４７． Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１１（１０）：４２一 ４５． ［１０］魏永幸，薛新华．桩网结构路基沉降计算方法探讨［Ｊ］． 铁道工程学报，２０１０（１０）：３６—４０． Ｗｅｉ Ｙｏｎｇｘｉｎｇ．Ｘｕｅ Ｘｉｎｈｕａ．Ｄｉｓｃｃｕｓｉｏｎ ｏｎ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ［９］ 薛新华，魏永幸．基于ＡＮＦＩＳ的ＣＦＧ桩复合地基承载力 预测研究［Ｊ］．铁道工程学报，２ＯＬＯ（５）：４２—４７． Ｘｕｅ Ｘｉｎｈｕａ，Ｗｅｉ Ｙｏｎｇｘｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ，，，’Ｉ’，，ｌ＇ｌ＇，，＇，＇’，＇ｌ＇ｌｌ，ｌｌ’＇＇＇ ，，，），ｌｌ＇ｌ＇》》，ｌ’，ｌｌｌ＇ｌ＇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｌｅ—ｎｅｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｕｂｇｒａｅｄ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｄｅｔｙ，２０１０ （１０）：３６—４０． ，，＇ｌｌｌ，，’＇＇ｌ，ｌｌ，，，＇ ＇， ＇ｌ＇，，’－，，ｌｌｌ，ｌ＇’＇， （上接第１４页 Ｆｒｏｍ Ｐ．１４） 个层次。北京市应当根据城市不同的发展区域，确定 网络。 轨道交通体系各层次的服务范围及区域，配置相应的 轨道交通类型。 （２）完善轨道交通系统体系可降低城市发展成 本。随着城市开发范围的不断拓展，轨道交通设施以 其环保、节能、快速便捷、安全性高等特点，成为城市发 展基础设施建设的必要选择。从国外发展经验看，除 了进一步发展城市轨道交通外，还需加快市郊通勤铁 路的规划建设。随着北京铁路枢纽衔接主要干线的客 参考文献： ［１］ 铁道第三勘察设计院集团有限公司．北京现有铁路网资 源利用开行市郊铁路及部门协调机制研究［Ｒ］．天津：铁 道第三勘察设计院集团有限公司，２０１２． Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｕｂｕｒｂａｎ Ｒａｉｌｗａｙ ａｎｄ 货分线以及枢纽功能的调整，枢纽内存在有能力富余 的铁路线路。枢纽内部分环线与１０条对外放射的铁 路干线构成的网路，经过合理改造后成为城市轨道交 Ｓｅｃｔｏｒａｌ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ［Ｒ］．Ｔｉａｎｊｉｎ：Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，２０１２． ［２］ 铁道部工程设计鉴定中心．全国铁路主要枢纽规划图集 通体系的一部分，承担城市轨道交通功能，以较少的投 资为城市建设发展提供较大能力的交通运输设施。 （３）发展市郊铁路的模式。从国外大城市经验来 看，市郊轨道交通系统的发展一般有三种模式。一是 ［ｚ］．北京：铁道部工程设计鉴定中心，２０１２． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｎ ａｎｄ Ａｐｐｒａｇｉｓａｌ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ．Ｔｈｅ Ｐｌｎｎａｉｎｇ Ａｔｌａｓ ｏｆ Ｍａｉｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｆ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒａｉｌｗａｙ［Ｚ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｒａｉｓａｌ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｍｉｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｒａｉｌｎｗａｙ，２０１２． 城市轨道交通延伸，主要适合一些近郊区域的线路。 延伸线路的建设与城市地铁、轻轨的敷设方式不同，多 采用地面、高架线敷设；二是利用既有的干线铁路，通 ［３］ 北京市发展改革委．北京市城市轨道交通近期建设规划 调整（２００７—２０１６年）［Ｒ］．北京：北京市发展改革委， ２０１２． 过适当改造、增加站点密度、提高车站客运设施、增设 卡通”公共交通票务系统等方式，使其具备开行市 “一Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｆｏｒｍ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ． 郊列车的功能，是发展市郊运输系统的主要模式；三是 新建市郊铁路，由于利用既有铁路开行市郊的线路走 廊已不能满足都市圈发展的客运交通需求，需要根据 城市建设规划需要新建市郊铁路。 Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ Ｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｅａｒ Ｆｕｔｕｒｅ（２００７—２０１６）［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｆｏｒｍ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ，２０１２． ［４］ ＧＢ ５００９１－－２００６，铁路车站及枢纽设计规范［ｓ］． ＧＢ ５００９１－－２００６，Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ 从降低造价和客流需求角度出发，北京市发展市 郊铁路，近期可以考虑利用既有铁路枢纽资源，充分发 掘既有线路的运能，但技术改造时要注意车辆及系统 制式兼容问题，为后续新建市郊铁路线路、完善轨道交 通网络创造条件。随着首都经济圈的发展和客流的增 ａｎｄ Ｔｅｒｍｉｎａｌ［Ｓ］． ［５］ＧＢ ５００９０－－２００６，铁路线路设计规范［ｓ］． ＧＢ ５００９０－－２００６，Ｃｏｄｅ ｏｒｆ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｌｉｎｅ［Ｓ］． ［６］ＧＢ ５０１５７－－２００３，地铁设计规范［ｓ］． ＧＢ ５０１５７－－２００３，Ｃｏｄｅ ｏｒ ｆＤｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｅｔｒｏ［Ｓ］． 加，可以新建部分线路形成覆范围更广的市郊铁路
