風(fēng)積沙干壓實路基回彈模量與含水量、壓實度關(guān)系的研究

風(fēng)積沙干壓實路基回彈模量與壓實度、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)的絕對值達到0.8以上。但是在風(fēng)積沙回彈模量與壓實度、含水量試驗中，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，對這一特殊現(xiàn)象，展開分析，研究在干壓實施工下風(fēng)積沙路基壓實度、含水量對回彈模量的影響。關(guān)鍵字：風(fēng)積沙、回彈模量、壓實度、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)濟實用等要求。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)計中表征材料強度特性的指標，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、試驗時承載板直徑等。本文主要對影響一般路基回彈模量較大的含水量和壓實度這兩個因素的進行研究，判斷在風(fēng)積沙這種特殊路基填料中，含水量、壓實度對風(fēng)積沙路基回彈模量是否有顯著的影響。由于風(fēng)積沙級配差，用常規(guī)方法不易壓實，但當風(fēng)積沙在干燥狀態(tài)和接近飽和狀態(tài)下易達到最大密實度，這對于在沙漠腹地干旱缺水的環(huán)境中施工非常重要，因此，國內(nèi)的風(fēng)積沙路基施工均采用干壓實施工。本文即研究在干壓實狀態(tài)下，回彈模量與含水量、壓實度的關(guān)系。1風(fēng)積沙特性1.1物理特性我國沙漠地區(qū)的風(fēng)積沙為粒徑0.25～0.1mm的細沙組成，平均占66.78%，最高含量可達99.36%；粒徑0.5～0.25mm的中沙和粒徑0.1～0.05mm的極細沙粒平均分別占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石，可占90%左右，余者為其他類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)過風(fēng)吹揚后，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，沙體的孔隙度相對較大，一般多在35%以上，孔隙的連通性好，并且在各個方面均表現(xiàn)出各向同性的性質(zhì)。正因為如此，風(fēng)積沙的透水性要比同類的其他砂（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。當遇到毛細作用時，風(fēng)積沙的毛細水上升高度隨密實度的增大而增大，但增量并不大。毛細水上升高度隨時間的增長而增大，初期上升較快，中后期上升較慢。1.4壓實特性對路基或路面材料壓實時，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；促使單個土顆粒重新排列，調(diào)整位置，向利于密實的方向移動，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)積沙干密度有兩個峰值：在沙樣處于無水或含水量較低狀態(tài)時，風(fēng)積沙干密度最大；當風(fēng)積沙含水量達飽和狀態(tài)時，出現(xiàn)第二個風(fēng)積沙干密度高峰值，但其干密度普遍略小于無水或低水狀態(tài)時的干密度。2回彈模量與壓實度、含水量關(guān)系分析2.1對所用試驗數(shù)據(jù)的說明（1）在我國，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度回彈模量.000.025.856含水量.025.000-.310壓實度.856-.310.0002.4對所得的關(guān)聯(lián)矩陣進行分析，提出問題2.4.1關(guān)聯(lián)矩陣分析（1）通過相關(guān)性分析可見，含水量與回彈模量屬于負相關(guān)，回彈模量隨含水量增大而呈現(xiàn)減小趨勢；壓實度與回彈模量屬于正相關(guān)，回彈模量隨壓實度增大而呈現(xiàn)增大趨勢。這一點與一般路基用土（如黏土、粉土等）三者間關(guān)系的一般規(guī)律一致。（2）通過相關(guān)性分析可見，含水量與回彈模量相關(guān)性不大，如果把相關(guān)性分成四個等級：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)?！嚓P(guān)系數(shù)的絕對值那么，含水量與回彈模量的相關(guān)性基本屬于低度相關(guān)，而壓實度與回彈模量的關(guān)系較為緊密，在顯著相關(guān)，有時可以達到高度相關(guān)。2.4.2找出特殊性，提出問題分析可知，在關(guān)聯(lián)矩陣中，回彈模量與壓實度的相關(guān)度很高，符合路基土回彈模量與壓實度關(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？還是誤差過大？又或外界干擾等原因？需進一步進行分析。另外，在這種風(fēng)積沙與壓實度高度相關(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度關(guān)系的方程？也需做進一步的探討。3對提出的問題做進一步分析3.1選用數(shù)學(xué)方法為了更加精確的了解單個因素對回彈模量的影響，在這個過程中，需要單獨對回彈模量與含水量、回彈模量與壓實度的關(guān)系進行分析，那么，就必須剔除別的因素的影響。因此選用數(shù)理統(tǒng)計方法中的偏相關(guān)分析，偏相關(guān)分析可對兩相關(guān)變量之外的某一或某些影響相關(guān)的其他變量進行控制，計算控制其他變量影響后的相關(guān)系數(shù)（如在計算含水量與回彈模量關(guān)系時，控制壓實度對回彈模量的影響）。由于偏相關(guān)性過程復(fù)雜，計算繁瑣，為方便起見，本文用spss軟件進行偏相關(guān)分析。3.2控制壓實度影響后，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)性檢驗值，P>0.05稱“不顯著”；P≤0.05稱“顯著”，P≤0.01稱“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，當控制壓實度的影響后，風(fēng)積沙干壓實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施工，因而含水量不大，在低含水量情況，水對回彈模量的影響有限；（2）風(fēng)積沙具有顆粒細、松散度高、比表面積大、級配差、粉粘粒含量少、粘聚力小、表面活性低等特點，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，但密實狀態(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，又利于在擊實過程中排水而不造成較大的孔隙水壓力，故含水量對其壓實的影響低，又因為壓實度與回彈模量的關(guān)聯(lián)大，而壓實度與回彈模量的關(guān)系在以往研究和本文中都得到驗證，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)，沙基強度變化不大，水對回彈模量影響確實有限。3.3在控制含水量的影響后，壓實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)性檢驗值，P>0.05稱“不顯著”；P≤0.05稱“顯著”，P≤0.01稱“非常顯著路段1、6、8、9沒有通過顯著性檢驗，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、壓實度兩者間的規(guī)律，其準確度不高，所得結(jié)果被用于實踐的可行性不高。做回歸方程擬合的意義不大。原因有如下幾方面：（1）在檢測過程中可能會發(fā)生人為的或儀器的相對誤差。比如，與密度測定試驗、承載板測定試驗的誤差等有關(guān)；（2）因為外界原因，檢測數(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體差異。因此，在擬合方程的時候，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)論通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得出風(fēng)積沙路基的含水量對回彈模量的影響不大，但壓實度對回彈模量的影響很大，但目前很難找到一個適用于國內(nèi)所有風(fēng)積沙地區(qū)壓實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：[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]賀國佑等