路基填料選擇的理論研究

摘 要：高速鐵路以及高等級公路的路基沉降要求嚴(yán)格，能否合理控制其沉降量是道路施工技術(shù)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為了能更好地控制路基的沉降量，采用分形理論對路基填料的加入量進(jìn)行研究。通過建立和推導(dǎo)得到了填料加入量公式，通過與實(shí)際工程的對比驗(yàn)證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：分形 路基 沉降量 填料

中圖分類號：U416文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0125-01

分形幾何學(xué)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代末80年代初，是一種研究非規(guī)則幾何形狀圖形的科學(xué)。在自然界中存在大量的非規(guī)則幾何形狀的事物，在古老的幾何維數(shù)中進(jìn)行研究很難對其進(jìn)行正確分析，分形是對一種具有自相似性的事物進(jìn)行研究，這個事物在不斷放大的過程中具有相同的構(gòu)造，事物可以被分成若干份，每一份都可以都是整體事物的一個縮小尺寸的復(fù)制品。我們研究的路基也具有這種特征，巖土材料是具有三相或四相（非飽和）的事物，其在不斷放大過程中其內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造具有相似性，所以可以采用分形幾何的方法對其進(jìn)行研究。

本文的研究思路是在分布分維數(shù)的基礎(chǔ)上對路基進(jìn)行分維，不同土體其分維數(shù)是不同的，也就是說不同的分維數(shù)對應(yīng)著不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造的土體，通過在原路基中加入不同的填料組配成新路基，對新路基采用同樣的方法進(jìn)行分析，可以得到新路基的分布分維數(shù)，建立起分布分維數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，這樣就可以通過分形幾何的方法研究路基的結(jié)構(gòu)尺寸，也就可以研究路基的沉降量。

1 路基土體的分維研究

路基作為分形研究的對象其分維的研究分維平面的分維研究和空間的分維研究。平面的分維研究一般采用具有染色的凝膠材料在土體中滲透，凝固后采用土壤切片技術(shù)，在高倍顯微鏡下成像，之后再對圖片進(jìn)行處理，這樣就可以對土顆粒或者孔隙率進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到相應(yīng)的分布分維數(shù)?？臻g的分維研究一般采用壓汞的技術(shù)進(jìn)行研究，即對一定土體在有一定壓力的金屬汞的作用下，使得金屬汞占據(jù)全部的土體孔隙，在計算土體的分布分維數(shù)。

本文采用平面的分維研究，并針對土體的孔隙率進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)土體的取樣情況如表1所示。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)研究可以知道，不同的填料加入量，會得到不同的土體分維數(shù)，即在加入量不同的時候得到的路基填料是不一樣的，而這種不一樣會通過路基填料的分維數(shù)體現(xiàn)出來。更具路基填料的篩分析實(shí)驗(yàn)，我們可以得到不同粒徑的分計篩余，并能計算出相應(yīng)的累積篩余和通過率，當(dāng)我們加入不用粒徑的填料時，其篩分析實(shí)驗(yàn)的級配曲線將發(fā)生變化，而級配曲線對于沉降有至關(guān)重要的影響，當(dāng)加入的填料材料是單粒徑的，則這個尺寸的填料將填充大于該粒徑的原路基的孔隙中，當(dāng)這種填料把大于其粒徑的孔隙全部填充，則對于這種路基填料來講就達(dá)到了最好的效果，當(dāng)然我們還可以選擇不同的粒徑填料來填充其他粒徑的孔隙，這樣引導(dǎo)我們可以采用集中填料進(jìn)行組配。一般高速鐵路路基要求研究，大部分都采用了A、B料來改良原路基土，而加入A、B料的量則可以根據(jù)上述方法進(jìn)行確定。

通過該公式可以計算得到對于單粒徑填料的摻入量，對于某實(shí)際工程進(jìn)行了該公式的驗(yàn)證，效果是理想的。

當(dāng)然我們也可以按照此種方法對加入多種粒徑填料的參加量進(jìn)行分析研究，也能得到相應(yīng)的計算公式，現(xiàn)有篇幅，這里不再研究。

3 結(jié)語

通過的路基及其填料分布分維數(shù)的研究，通過實(shí)驗(yàn)得到了不同土體的分布分維數(shù)，計算得到了單粒徑填料的摻入量，并給出了多粒徑填料摻入量的研究方法，通過與實(shí)際工程的對比驗(yàn)證了該理論的正確性。

由于分維的研究要采用相應(yīng)的精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所以該方法還存在缺點(diǎn)，今后要在獲得分布分維數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法上下功夫，想辦法使得分維數(shù)的獲得更加簡單。

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