風(fēng)積沙干壓實(shí)路基回彈模量與含水量、壓實(shí)度關(guān)系的研究

風(fēng)積沙干壓實(shí)路基回彈模量與壓實(shí)度、含水量的關(guān)系研究賈聿卿李志農(nóng)陳杰（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)烏魯木齊830000；新疆交通廳烏魯木齊830000；新疆交通科學(xué)研究院烏魯木齊830000）摘要：風(fēng)積沙作為沙漠環(huán)境下的路基填料有其特殊性。在一般路基土回彈模量與壓實(shí)度、含水量的研究中表明，回彈模量與二者有密切的關(guān)系，與含水量尤為相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值達(dá)到0.8以上。但是在風(fēng)積沙回彈模量與壓實(shí)度、含水量試驗(yàn)中，筆者發(fā)現(xiàn)回彈模量與含水量的相關(guān)系數(shù)很低，相關(guān)顯著性也很低，對(duì)這一特殊現(xiàn)象，展開(kāi)分析，研究在干壓實(shí)施工下風(fēng)積沙路基壓實(shí)度、含水量對(duì)回彈模量的影響。關(guān)鍵字：風(fēng)積沙、回彈模量、壓實(shí)度、含水量、相關(guān)度StudyonRelationBetweenModulusofResilienceofAaeolianSandDryPressingRoadbedandPuddlability&MoistureContentJiaYuqingLiZhinongChenJie(XinjiangAgriculturalUniversityUrumqi830000CommunicationsDepartmentofXinjiangUygurAutonomousRegionUrumqi830000XinjiangCommunicationsResearchInstituteUrumqi830000)Abstract:Asroadbedfiller,aeoliansandhasitsparticularityindesertenvironment.Itisindicatedinthegeneralreseachoftherelationbetweenmodulusofresilienceofroadbedsoilandpuddlability&moisturecontentthatthemodulusofresiliencehasacloserelationwiththetwo,particularlythemoisturecontent,eventheabsolutevalueofrelatedcoefficientreachesmorethan0.8%.However,inthetestofmodulusofresilienceofaeoliansandandpuddlability&moisturecontent,theauthordiscoveredthattherelatedcoefficientbetweenmodulusofresilienceandmoisturecontentisquitelow,alsothesignificanceofcorrelationcoefficient.Forthisspecialperformance,analysiswaslaunchedtostudyhowthepuddlability&moisturecontentofaeoliansandroadbedinfluenceonmodulusofresilienceunderdrypressing.Keywords:AeolianSand,Modulusofesilience,puddlability,moisturecontent,relevancy0引言風(fēng)積沙作為一種路基填料形式已經(jīng)被認(rèn)可，它主要用于沙漠及沙漠周邊地區(qū)公路路基墊層的修筑，對(duì)于沙漠區(qū)修筑的公路而言，采用風(fēng)積沙作為路基填料符合就地取材，由弊變利，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等要求。風(fēng)積沙路基的回彈模量是風(fēng)積沙最為重要的路用性能參數(shù)之一，是路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中表征材料強(qiáng)度特性的指標(biāo)，影響風(fēng)積沙路基回彈模量的因素很多，如不同沙漠中風(fēng)積沙的物質(zhì)特征、密度、含水量、試驗(yàn)時(shí)承載板直徑等。本文主要對(duì)影響一般路基回彈模量較大的含水量和壓實(shí)度這兩個(gè)因素的進(jìn)行研究，判斷在風(fēng)積沙這種特殊路基填料中，含水量、壓實(shí)度對(duì)風(fēng)積沙路基回彈模量是否有顯著的影響。由于風(fēng)積沙級(jí)配差，用常規(guī)方法不易壓實(shí)，但當(dāng)風(fēng)積沙在干燥狀態(tài)和接近飽和狀態(tài)下易達(dá)到最大密實(shí)度，這對(duì)于在沙漠腹地干旱缺水的環(huán)境中施工非常重要，因此，國(guó)內(nèi)的風(fēng)積沙路基施工均采用干壓實(shí)施工。本文即研究在干壓實(shí)狀態(tài)下，回彈模量與含水量、壓實(shí)度的關(guān)系。1風(fēng)積沙特性1.1物理特性我國(guó)沙漠地區(qū)的風(fēng)積沙為粒徑0.25～0.1mm的細(xì)沙組成，平均占66.78%，最高含量可達(dá)99.36%；粒徑0.5～0.25mm的中沙和粒徑0.1～0.05mm的極細(xì)沙粒平均分別占16.27%和12.69%；粒徑<0.05mm的粉粘粒和粒徑在1.0～0.5mm的粗沙含量都較少。風(fēng)積沙的主要礦物成分是石英和長(zhǎng)石，可占90%左右，余者為其他類(lèi)型的輕礦物及重礦物，如玉髓、石膏、白云母、方解石、白云石，其中也包括粘土礦物等。1.2化學(xué)特性風(fēng)積沙的化學(xué)成分主要取決于風(fēng)積沙的礦物成分，由SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等組成。已有的研究成果表明，與原生沙相比，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹揚(yáng)后，風(fēng)積沙因粒度成分與礦物成分的變化所導(dǎo)致的化學(xué)成分變化，主要表現(xiàn)為失去Al2O3、CaO、CO2等，而SiO2和Fe2O3的含量相應(yīng)地有所增加。1.3水理特性風(fēng)積沙是由單個(gè)散狀的沙粒組成的集合體，具有最為典型的散粒狀結(jié)構(gòu)；由于分選及磨圓度都較好，沙體的孔隙度相對(duì)較大，一般多在35%以上，孔隙的連通性好，并且在各個(gè)方面均表現(xiàn)出各向同性的性質(zhì)。正因?yàn)槿绱?，風(fēng)積沙的透水性要比同類(lèi)的其他砂（如最大粒徑或平均粒徑相同的其他砂）要好些，滲透系數(shù)更大些。當(dāng)遇到毛細(xì)作用時(shí)，風(fēng)積沙的毛細(xì)水上升高度隨密實(shí)度的增大而增大，但增量并不大。毛細(xì)水上升高度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，初期上升較快，中后期上升較慢。1.4壓實(shí)特性對(duì)路基或路面材料壓實(shí)時(shí)，產(chǎn)生的物理現(xiàn)象主要有：使大小土塊重新排列和互相靠近，縮短顆粒間空隙；促使單個(gè)土顆粒重新排列，調(diào)整位置，向利于密實(shí)的方向移動(dòng)，相互嵌擠；使土塊內(nèi)部的土顆粒重新排列和互相靠近；使小顆粒進(jìn)入大顆粒的孔隙中。受含水量的影響，風(fēng)積沙干密度有兩個(gè)峰值：在沙樣處于無(wú)水或含水量較低狀態(tài)時(shí)，風(fēng)積沙干密度最大；當(dāng)風(fēng)積沙含水量達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)第二個(gè)風(fēng)積沙干密度高峰值，但其干密度普遍略小于無(wú)水或低水狀態(tài)時(shí)的干密度。2回彈模量與壓實(shí)度、含水量關(guān)系分析2.1對(duì)所用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的說(shuō)明（1）在我國(guó)，風(fēng)積沙面積的60%分布在新疆，其余在疆外。新疆的沙漠分布在極干旱區(qū)、各因素間關(guān)系回彈模量含水量壓實(shí)度回彈模量.000.025.856含水量.025.000-.310壓實(shí)度.856-.310.0002.4對(duì)所得的關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行分析，提出問(wèn)題2.4.1關(guān)聯(lián)矩陣分析（1）通過(guò)相關(guān)性分析可見(jiàn)，含水量與回彈模量屬于負(fù)相關(guān)，回彈模量隨含水量增大而呈現(xiàn)減小趨勢(shì)；壓實(shí)度與回彈模量屬于正相關(guān)，回彈模量隨壓實(shí)度增大而呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。這一點(diǎn)與一般路基用土（如黏土、粉土等）三者間關(guān)系的一般規(guī)律一致。（2）通過(guò)相關(guān)性分析可見(jiàn)，含水量與回彈模量相關(guān)性不大，如果把相關(guān)性分成四個(gè)等級(jí)：0<≤0.3為弱相關(guān)；0.3<≤0.5為低度相關(guān)；0.5<≤0.8為顯著相關(guān)；0.8<≤1為高度相關(guān)。——相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值那么，含水量與回彈模量的相關(guān)性基本屬于低度相關(guān)，而壓實(shí)度與回彈模量的關(guān)系較為緊密，在顯著相關(guān)，有時(shí)可以達(dá)到高度相關(guān)。2.4.2找出特殊性，提出問(wèn)題分析可知，在關(guān)聯(lián)矩陣中，回彈模量與壓實(shí)度的相關(guān)度很高，符合路基土回彈模量與壓實(shí)度關(guān)系的普遍規(guī)律。但是，回彈模量與含水量的相關(guān)度低，違背了回彈模量與含水量高度相關(guān)這一規(guī)律。為什么在風(fēng)積沙路基中會(huì)出現(xiàn)這種情況，是風(fēng)積沙本身的性質(zhì)決定？還是誤差過(guò)大？又或外界干擾等原因？需進(jìn)一步進(jìn)行分析。另外，在這種風(fēng)積沙與壓實(shí)度高度相關(guān)的情況下，是否可以擬合出一條代表風(fēng)積沙路基回彈模量與壓實(shí)度關(guān)系的方程？也需做進(jìn)一步的探討。3對(duì)提出的問(wèn)題做進(jìn)一步分析3.1選用數(shù)學(xué)方法為了更加精確的了解單個(gè)因素對(duì)回彈模量的影響，在這個(gè)過(guò)程中，需要單獨(dú)對(duì)回彈模量與含水量、回彈模量與壓實(shí)度的關(guān)系進(jìn)行分析，那么，就必須剔除別的因素的影響。因此選用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的偏相關(guān)分析，偏相關(guān)分析可對(duì)兩相關(guān)變量之外的某一或某些影響相關(guān)的其他變量進(jìn)行控制，計(jì)算控制其他變量影響后的相關(guān)系數(shù)（如在計(jì)算含水量與回彈模量關(guān)系時(shí)，控制壓實(shí)度對(duì)回彈模量的影響）。由于偏相關(guān)性過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算繁瑣，為方便起見(jiàn)，本文用spss軟件進(jìn)行偏相關(guān)分析。3.2控制壓實(shí)度影響后，含水量與回彈模量的相關(guān)性分析1路段2路段3路段4路段5路段6路段7路段8路段9路段10路段相關(guān)系數(shù)-0.186-0.7070.692-0.4420.034-0.256-0.525-0.354-0.260.592P0.3520.0020.1950.0870.890.5790.2270.4360.5730.161其中p——相關(guān)性檢驗(yàn)值，P>0.05稱(chēng)“不顯著”；P≤0.05稱(chēng)“顯著”，P≤0.01稱(chēng)“非常顯著”由圖表可看出，只有路段2相關(guān)性為顯著，其余都為不顯著，由此得出結(jié)論，當(dāng)控制壓實(shí)度的影響后，風(fēng)積沙干壓實(shí)路基含水量與回彈模量的相關(guān)性非常不顯著。其原因主要以下幾方面：（1）風(fēng)積沙路基在工程上采用干壓實(shí)施工，因而含水量不大，在低含水量情況，水對(duì)回彈模量的影響有限；（2）風(fēng)積沙具有顆粒細(xì)、松散度高、比表面積大、級(jí)配差、粉粘粒含量少、粘聚力小、表面活性低等特點(diǎn)，因此保水性差，水穩(wěn)性好；（3）風(fēng)積沙的分選性最好，磨圓度最高，易于密實(shí)，但密實(shí)狀態(tài)的孔隙率仍很高，為典型的顆粒狀散粒結(jié)構(gòu)。典型的風(fēng)積沙中粉粘粒尤其是粘粒的含量少，顆粒集中，主要為憎水的砂粒，與水的作用微弱，較大的孔隙度及較大且又連通的孔隙使其滲透性強(qiáng)，又利于在擊實(shí)過(guò)程中排水而不造成較大的孔隙水壓力，故含水量對(duì)其壓實(shí)的影響低，又因?yàn)閴簩?shí)度與回彈模量的關(guān)聯(lián)大，而壓實(shí)度與回彈模量的關(guān)系在以往研究和本文中都得到驗(yàn)證，因此，含水量與回彈模量的關(guān)系不大；（4）由于氣候等外界條件的原因，風(fēng)積沙路基一般處于干燥狀態(tài)，沙基強(qiáng)度變化不大，水對(duì)回彈模量影響確實(shí)有限。3.3在控制含水量的影響后，壓實(shí)度和回彈模量的相關(guān)性分析1路段2路段3路段4路段5路段6路段7路段8路段9路段10路段相關(guān)系數(shù)0.4570.7090.9390.8980.5190.3350.768-0.251-0.2450.909P0.170.0010.0180.0000.0230.4620.0440.5880.6000.005其中p——相關(guān)性檢驗(yàn)值，P>0.05稱(chēng)“不顯著”；P≤0.05稱(chēng)“顯著”，P≤0.01稱(chēng)“非常顯著路段1、6、8、9沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，只有60%的數(shù)據(jù)符合方程擬合的要求，在這種情況下，要找出回彈模量、壓實(shí)度兩者間的規(guī)律，其準(zhǔn)確度不高，所得結(jié)果被用于實(shí)踐的可行性不高。做回歸方程擬合的意義不大。原因有如下幾方面：（1）在檢測(cè)過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生人為的或儀器的相對(duì)誤差。比如，與密度測(cè)定試驗(yàn)、承載板測(cè)定試驗(yàn)的誤差等有關(guān)；（2）因?yàn)橥饨缭颍瑱z測(cè)數(shù)據(jù)可能有一定偏差，如天氣原因、不利季節(jié)影響等。另外，由于每個(gè)沙漠的風(fēng)積沙形成原因不同，因而顆粒組成不同、化學(xué)成分不同，甚至一個(gè)沙漠不同區(qū)域的風(fēng)積沙的顆粒組成都不同。其粉粘粒含量、礦質(zhì)組成不一樣所導(dǎo)致的結(jié)果是用于工程上各樣本量間的個(gè)體差異。因此，在擬合方程的時(shí)候，因沙而異，要找到一條合適的代表所有風(fēng)積沙的回歸方程，比較困難。其方程不能代表所有沙漠。4結(jié)論通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出風(fēng)積沙路基的含水量對(duì)回彈模量的影響不大，但壓實(shí)度對(duì)回彈模量的影響很大，但目前很難找到一個(gè)適用于國(guó)內(nèi)所有風(fēng)積沙地區(qū)壓實(shí)度與回彈模量間具體的關(guān)系式。除去誤差等原因，造成這一結(jié)果的主要原因與風(fēng)積沙本身的工程特性、物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。參考文獻(xiàn)：[1]李志農(nóng)等.沙漠地區(qū)公路建設(shè)成套技術(shù).2006.1.[2]金昌寧，李志農(nóng)等.沙漠地區(qū)風(fēng)積沙路用性能研究報(bào)告.2004.12.[3]吳德華等,陜西關(guān)中地區(qū)土基回彈模量研究.公路交通科技,第22卷第2期,2005年2月,pp:29~30.[4]賀國(guó)佑等