复杂环境中炭质泥岩-土分层填筑路堤强度劣化机制及稳定性控制

Using carbonaceous mudstone to fill embankment, we should avoid it crumbling in water which may cause engineering disasters. In order to prevent carbonaceous mudstone in big range subsequently disintegrating and strength degradation, clay layer is often used to isolated from the water in design， But at present, the research of the moisture separated effect of clay layer and interlayer carbonaceous mudstone degradation mechanism is lacking, which causes embankment instability phenomenon to frequently occur in complex environment. The project you aiming at this issue in the following job：embankment model test was first designed according to the filling road embankment controlling index to analyze the long-term water content characteristics of carbonaceous mudstone -soil layered embankment in complex environment and the response on extreme rain in this project; Secondly, using nondestructive testing technology to study carbonaceous mudstone trailing crumbling mechanism and carbonaceous mudstone strength degradation characteristics caused by the trailing crumbling in complex environment. At the same time, through the analysis of the stress-strain feature, put forward the carbonaceous mudstone strength calculation method and established constitutive model of the trailing crumbling strength degradation, and on this basis time factor was introduced, combining with experiment and theoretical analysis results the carbonaceous mudstone -soil layered embankment stability time-varying calculation theory was established; Finally, through the research of layered embankment stability effect factors, put forward the stability controlling standards.The project research result has the guiding significance for the design of highway in carbonaceous mudstone area.

将炭质泥岩用于路堤填筑，须避免其遇水崩解造成工程病害，设计中常采用粘土层隔绝水分的影响，以防止大范围炭质泥岩后续崩解及强度劣化。目前对粘土层的隔水效果和层间炭质泥岩劣化机制尚缺乏研究，导致复杂环境中路堤失稳的现象时有发生。本项目拟针对该问题开展以下工作：首先按照路堤填筑控制指标设计路堤模型试验来对炭质泥岩-土分层路堤在复杂环境中的长期含水特征及对极端雨水的响应进行分析；其次，利用无损检测技术研究复杂环境中炭质泥岩后续崩解机理及由后续崩解引起的炭质泥岩强度劣化特征。同时，通过对应力-应变特征的分析，提出炭质泥岩强度计算方法及建立后续崩解强度劣化本构模型，并在此基础上引入时间因素，结合试验与理论分析成果建立炭质泥岩-土分层路堤稳定性时变计算理论；最后，通过对分层路堤稳定性影响因素的研究，提出其稳定性控制标准。本项目研究成果对炭质泥岩地区公路设计具有指导意义。

炭质泥岩广泛分布于我国西南地区，由于其具有湿化变形大、遇水易崩解、软化等诸多不良特性，在以往公路建设中常作为不良填料废弃，但该地区适宜填料极为匮乏，为了解决这一问题，工程建设者们提出了炭质泥岩-土分层交错填筑的路堤填筑方法，该方法有效地解决了炭质泥岩地区优质路堤填料不足的问题。本项目从炭质泥岩基本物理力学性质出发，结合室内试验、理论分析和数值模拟等手段，分别从以下几个方面对复杂环境中炭质泥岩-土分层填筑路堤强度劣化机制及稳定性控制进行研究。.（1）通过开展炭质泥岩基本物理性质、粒度分析、承载比、室内回弹模量、室内击实、室内直接剪切等一系列试验，对炭质泥岩的路用性能及抗剪强度参数进行了研究。.（2）通过开展炭质泥岩浸水软化三轴试验，探讨了浸水条件下炭质泥岩的应力应变曲线特征，建立了以饱水时间为自变量，以粘聚力、内摩察角为因变量的炭质泥岩抗剪强度参数劣化方程。.（3）通过开展炭质泥岩三轴CT同步扫描试验，研究了三轴加载条件下炭质泥岩的应力应变曲线、CT数、CT数方差、CT图像的变化特征，建立了以应变值为自变量，以损伤值为因变量的炭质泥岩损伤演化方程。.（4）通过开展降雨入渗过程中炭质泥岩-土分层路堤含水特征室内模型试验，探讨了不同压实度的炭质泥岩-土分层路堤在降雨入渗过程中的水分迁移特性。.（5）通过开展复杂环境（降雨入渗、地下水位升降、坡前水位升降）下炭质泥岩-土分层路堤室内模型试验，研究了复杂环境下炭质泥岩-土分层路堤渗流及变形特征。.（6）提出了一种降雨条件下的边坡稳定性分析方法和一种水位升降条件下的边坡稳定性及失稳因素敏感性评价方法，并分别利用上述两种方法对降雨条件下和水位升降条件下算例边坡的渗流特性、稳定性及失稳因素的敏感性程度进行了分析。.本项目的研究成果可以为复杂环境下炭质泥岩-土分层路堤的设计、施工及路堤长期稳定性的控制提供参考，研究成果具有重要的学术价值和工程实用前景。