炭质页岩填料路用性能及路基填筑技术研究.pdf

摘要

在炭质页岩分布地区修筑高速公路时，为了解决路基填料匮乏的难题，本着就地利

用、生态保护的原则，常常利用沿线的炭质页岩材料用作路基填料。现场使用炭质页岩

填筑的公路路基经常会出现不均匀沉降、路面开裂等病害，严重影响了公路的运营和安

全。为了后续更好使用炭质页岩填料，本文以云南墨（江）临（沧）高速公路沿线炭质

页岩碎石土作为研究对象，开展了耐崩解试验、单轴抗压强度试验、击实试验、CBR试

验、回弹模量试验和三轴湿化变形试验等一系列室内试验，研究了炭质页岩的物理力学

特性、路用性能和湿化特性，并使用炭质页岩填料进行现场路基填筑试验，研究了炭质

页岩路基的现场填筑技术，具体工作如下：

（1）开展了电子扫描分析、X射线衍射分析和耐崩解试验，发现岩样中存在大量

的Fe元素和S元素，含有一定量的黄铁矿，还含有高岭石、蒙脱石等黏土矿物，这些

矿物的存在导致了炭质页岩在水中的稳定性差；耐崩解试验结果表明，炭质页岩在室内

干湿循环作用下极易发生崩解，在自然环境中也会逐渐从整块崩解呈碎石、石状土。

（2）开展了击实试验、CBR试验和回弹模量试验，发现含石率对炭质页岩的最大

干密度和最佳含水率的影响较大；CBR试验结果说明，在94%、94%和96%压实度下的

压实料都能够满足《公路路基设计规范》中对填料CBR值的要求。由回弹变形模量试

验的结果，证明炭质页岩路基的回弹模量也满足相关规范要求。

（3）开展了针对炭质页岩湿化变形的“单线法”试验和“双线法”试验，由“单线法”湿

化试验结果可知，湿化应力水平对试样湿化变形有很大的影响，在相同围压下，轴向湿

化变形随应力水平增加而增加，而围压对湿化变形影响较小；通过两种方法的对比，发

现“双线法”试验的湿化变形明显小于“单线法”试验的湿化变形，这是由于“双线法”试验

没有考虑浸水饱和时产生的变形，所以“单线法”试验结果更符合现实情况；根据“单线法”

试样的应力-应变曲线，分析拟合得到了炭质页岩轴向湿化变形与应力水平的经验公式。

（4）通过炭质页岩试样不同围压条件下的干态、湿态的三轴剪切试验和四种不同

湿化应力水平下湿化变形试验得到的应力-应变曲线，找出不同情况下的围压和峰值应

力，采用画摩尔应力圆的公切线求得6种状态的抗剪强度指标，结果发现炭质页岩干态

比湿态的抗剪强度指标大，说明浸水湿化会降低炭质页的抗剪强度，还发现在四种不同

I

湿化应力水平下进行湿化的试样最后的抗剪强度指标有所不同，四种试验中试样的内摩

擦角相近，但是粘聚力随着湿化应力水平的提高而减小。

（5）开展了针对炭质页岩的现场压实试验，通过对30cm、40cm和50cm三种松铺

厚度采用不同的碾压方式碾压，并对不同松铺厚度不同碾压方式的炭质页岩压实层进行

压实度检测和沉降差检测，试验结果表明：现场填筑路堤时，建议采用50cm的松铺厚

度，使用“一遍弱压+四遍弱振”的碾压方式，将沉降差法作为快速检测路基压实质量的

方法，当碾压沉降差小于1.9mm时，认为路基压实质量达到了要求。

关键词：路基工程；炭质页岩；湿化变形；单线法；双线法

II

Abstract

Whenconstructingexpresswaysinareaswherecarbonaceousshaleisdistributed,inorder

tosolvepuzzlesoflackofembankmentfillers,inlinewiththeprinciplesoflocalutilization

andecologicalprotection,carbonaceousshalematerialsalongtherouteareoftenusedas

embankmentfillers.Theroadsubgradefilledwithcarbonshaleonsiteoftensuffersfrom

unevensett