风积沙工程实践研究：试验方案与方法

1）试验方案

（1）有关材料试验。

①沙及砂砾石主要物理、力学指标测试。

②HDPE条带拉伸试验。

③HDPE条带焊缝强度试验。

④HDPE条带蠕变试验。

（2）实验室路面结构模型试验。

①砂砾、沙基（模拟沙基）抗压回弹模量试验。

②不同格室深度的土工格室沙抗压回弹模量测试。土工格室分10cm、15cm、20cm三种深度。

③不同格室大小的土工格室沙抗压回弹模量测试。土工格室边长分别为20cm、25cm、30cm。

④土工格室沙结构层中，格室壁应力、应变测试。试验包括不同荷载等级、不同荷位、不同持荷时间条件下不同测点处土中压力和格室壁中的应变测量。

2）实验室路面结构模型设计

为了较好地模拟沙漠公路路面结构的实际情况，模型尺寸按足尺模型试验设计。模型布置如图7-1所示，其平面尺寸为3.5m×5.0m，竖向最大深度为0.8m+H，其中模拟沙基深0.8m，其上结构层视试验不同，总厚H有变化。模型路面结构按图7-2设计，测试砂砾、沙基抗压回弹模量时采用结构Ⅰ，其他试验采用结构Ⅱ。

图7-1　试槽模型布置图

图7-2　试槽模型路面结构图

模型所用土工格室全部为工程实用产品。模型所用沙和砂砾级配见表7-1、表7-2。砂砾最佳含水量为2.5%，最大干密度为21.98kN／m3。为接近沙漠公路实际条件，模型用沙经过晾晒，含水量为0.37%，击实干密度为17.63kN／m3。

模型施工中，沙基和土工格室沙采用干压实，压实机具为蛙式打夯机、CA25振动压路机和小型手扶振动压路机（净重0.5t）。

表7-1　模型试验用沙颗粒组成

表7-2　模型试验用砂砾级配

3）试验技术和测试方法

研究需进行多种试验，一方面是相关材料的性能测试，包括一些物理指标和力学指标；另一方面是模型路面结构层宏观抗压回弹模量测试，以及应力、应变测试和蠕变观测。但由于土工格室加固沙是一种全新的土工材料，测试方法和技术尚无标准的规定，因此许多试验只能参照有关文献进行。(www.xing528.com)

（1）相关材料试验的测试技术和方法。

①沙及砂砾石级配试验按《公路工程集料试验规程》（JTJ058—1994）、《公路土工试验规程》进行。

②HDPE条带拉伸试验参照《土工合成材料测试规程》（SL／T235—1999）进行。试件形状如图7-3所示。试验在万能试验机上进行，夹具用螺柱固定，再用挂钩挂于试验机上。荷载大小由试验机底盘读取，其精度为2kg／格。试件变形分两阶段测量，应变较小时由电阻应变计和静态应变仪测量，当达到较大变形时，用游标卡尺测量计量段长度。

图7-3　HDPE条带拉伸试验试件示意图

③HDPE条带焊缝强度试验与条带拉伸试验相近，夹具和试验相同，试件为长300mm、宽100mm的长方形，焊缝处在试件中间，如图7-4所示。该试验所测为焊缝剥离强度，试件宽度与《土工固格网性能测试》（北京燕山石化公司树脂应用研究所）中所要求的相同，但拉伸方式不同。该试验采用单面拉伸，以模拟格室受荷载作用后，焊缝一边受力大而另一边受力很小的情形。由于试件初始状态的弯曲程度不一，变形无法准确测定，故只测量焊缝的剥离强度。

图7-4　HDPE条带焊缝试件示意图

图7-5　HDPE条带蠕变试验试件示意图

④HDPE条带蠕变试验。为使蠕变过程荷载恒定，以竖直悬挂的方式用砝码加载。试件固定仍采用螺栓紧固的夹具，应变测量由电阻应变计和7V08超级数据采集仪完成，试件为长200mm、宽30mm的长条形，如图7-5所示。由于电阻应变片量程有限，同时也为了避免试件“颈缩”现象的影响，试验应力有所控制，试件未进入“第三蠕变阶段”（或称“加速蠕变阶段”）。

（2）土工格室沙回弹模量测试方法。

由于土工格室沙的特殊结构，小型试件试验和整层测定都是无法实施的。试验采用了分层测定法，通过对路面结构模型的测试分析，得到土工格室沙结构层的宏观抗压回弹模量。

在模型试验中，每测定层布置五个测点，全部进行承载板试验，承载板直径为30cm。竖向位移的测量用百分表和杠杆式弯沉仪（3.6m）进行。当直接在土工格室沙表面安置弯沉仪时，测点处需垫一小木片，以免弯沉仪测头陷入。

（3）土工格室沙结构层应力、应变测试方法。

该试验测度土工格室沙在荷载作用下，填料中的压力和格室中产生的应力。模型路面结构如图7-6所示，测点平面布置如图7-7所示，每一测点电阻应变片两片，土压力盒两个，一个测正压力，一个测侧压力。试验采用三个不同加载点位（图7-7中标有“○”者，其编号为1＃在中央，2＃在右下，3＃在左下）。

图7-6　应力应变试验路面结构

试验装置如图7-8所示。加载方式按承载板试验荷载等级分级加载，但无卸载过程。加载及荷载控制由反力架、千斤顶、拉压传感器和静态应变仪（YJB-IA型）实现，应变和压力测量由应变片、压力盒、7901接线箱和7V08超级数据采集仪实现，竖向位移用弯沉仪和百分表测量。

（4）模型蠕变观测方法。

图7-7　应力应变试验测点平面布置图

图7-8　应力应变试验装置示意图

模型蠕变试验的路面结构、加载点位、测点布置及试验装置与前述应力应变试验不同。荷载等级参照承载板试验取用，加载方式为加载到设定荷载后，持荷至结构层表面竖向位移基本稳定，卸载，观测到结构层回弹基本停止。同时测量一定时刻的竖向位移和应力应变值。