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武广高铁强-弱风化泥质板岩
发布时间:2011-04-18        浏览次数:130        返回列表
1强-弱风化泥质板岩的基本性质
1.1矿物成分
DK1408路堑工点开挖后取3个强-弱风化泥质板岩样品做矿物物相鉴定与定量剖析得到主要矿物质量分数。
可以看出:泥质板岩主要矿物成分以及含量不均匀性较大,但是,总体上矿物成分以白云母和石英为主,并含有绿泥石、高岭土和蒙脱石等黏土矿物,其中蒙脱石只在强样品中少量发现。
1.2软岩的单轴抗压特性泥质板岩作为一种软岩,首先要测定其单轴抗压强度,作为岩石的定级。按照《铁路工程岩石试验规程》(TB1011598),用岩石切割机将弱风化板岩制成边长为5cm的立方体,在压力机上测定软岩的单轴抗压强度,并观察岩样的破坏形式。
可知:通过单轴抗压试验,泥质板岩无论处于哪种状态,单轴抗压强度的范围都很广,变异系数较大。这是因为软岩已经风化,产生交错的节理,表现出较强的各向异性。泥质板岩的饱和单轴抗压强度为8.7MPa,属于中等软化岩;软化系数为0.34,水稳定性不好,软化效应较强烈。
软岩用作路基填料,必然受到干湿循环的影响,在这种影响下,为了验证强度是否会急剧下降,为此,试验中还对立方体岩块进行泡水1d,然后烘干至恒重的干湿循环,循环5次,再在压力机上测定其强度,结果如图1所示。
可以看出:短期的干湿循环对泥质板岩的强度影响并不大;经过5次循环,泥质板岩的强度只是略有下降。但因室内试验条件有限,软岩作为高速铁路路基的填料,在大自然各种不利因素的影响下,是否具有长期稳定性,还需现场验证。
1.3软岩的耐崩解性为了测定软岩在水中崩解的速率,并借以鉴别岩石胶结程度和膨胀性能强弱,从而定性判断软岩水稳定性。按照规范,取泥质板岩岩样6块(每块以粒径20~60mm为宜),敲去尖锐棱角,刷净表面,在105#恒温烘干,烘干至恒量后放入盛有清水的铝盒内,浸水24h.这样循环共进行5次,并仔细观察,记录其崩解情况。其耐崩解性试验结果.可见:弱风化泥质板岩岩块经过室内极端环境条件下的干湿循环试验,其总分解率小于10%,耐崩解性指数小于10%,所以,泥质板岩的岩块具有一定的崩解能力。同时,对泥质板岩进行膨胀性试验,其膨胀率小于10%,只具有轻微的膨胀性,不属于膨胀岩。
2强-弱风化泥质板岩破碎料的室内试验依据国外和武广客运专线武汉试验段的经验,高速铁路填料*大颗粒粒径不宜大于60mm.泥质板岩开采后,细颗粒很少,主要是直径为300mm的岩石,不能直接填筑,必须破碎。破碎有2种方法:一种是碾压破碎;另一种是先通过破碎机破碎,然后填筑。
2.1机械碾压破碎料的颗粒剖析在岳阳试验段,将*大粒径为30cm的软岩虚铺在路基上,用25t的压路机碾压10遍,然后用推土机将碾压完的软岩翻过来,再次用25t压路机继续碾压15遍。取样,对颗粒进行剖析,级配曲线如。
可以看出:弱风化泥质板岩经25t压路机碾压25遍后,其中直径大于60mm的岩块仍占17.1%,大于5mm的粗颗粒约占70%,细颗粒较少。不均匀系数Cu为125,曲率系数Cc为0.75,属于级配不良。
而后将虚铺厚度减为25mm,同样会出现以上情况。所以,采用直接碾压的方法不合适,也不经济。
2.2破碎机破碎料颗粒剖析软岩不宜直接填筑,经过预设院和施工单位协商,将软岩运往破碎厂破碎,*大粒径扼制在60mm以内。破碎后的颗粒级配。
与现场直接碾压的软岩相比,料场破碎的软岩填料的级配有所改善,直径大于60mm的颗粒仅占6.5%,但是直径小于0.075mm的细颗粒含量明显增加。
2.3破碎料的循环击实试验大量试验剖析结果表明:当细粒质量小于土总质量的5%时,在土粒中起不到填充作用;当细粒含量为5%~15%时,它填充颗粒间的部分空隙,使土的透水性、压实性有所改变;而当细粒含量超过15%时,大部分粗颗粒不再起骨架作用,土的性质变成由充填物细颗粒扼制,细颗粒容易引起基床病害和次固结沉降。
国外在高速铁路路基填筑中也充分认识到细颗粒含量的不利因素。采用中国标准的重型击实设备,通过换算,将Z3击实中的94击调整成25击,并将软岩填料过40mm筛。
可以看出:泥质板岩细颗粒含量随着击实次数的增加而增加;经过5次击实,细颗粒含量由4.9%增加到26.7%,增加近5倍。说明泥质板岩在外力作用下,非常容易破碎。即使在填筑过程中,不考虑这个破碎对施工质量的影响,但填筑后在反复动力作用下,这种破碎必产生较大的压密沉降,决不能忽视。同时,较多的细颗粒会对路基的长期稳定性造成极大的威胁。
3强-弱风化泥质板岩物理改良土室内试验研讨泥质板岩经过破碎机破碎,细颗粒含量较多,
而且骨架结构的受力性能较差。为此在试样中加入一定量的中粗砂(粒径<2mm),对软岩填料进行物理改良,主要目的是减少细颗粒在改良土中的含量。同时,掺加的中粗砂性质稳定,能改善软岩填料的受力性能和物理力学性质。
3.1掺合料中粗砂掺合料取附近河砂.掺合料颗粒粒径以0.2~5mm为主,含泥量小于1%.3.2物理改良土的室内改良试验由于受室内试验*大颗粒粒径的限制,击实试验也难以模拟到现场碾压的破碎情况,所以,直接取现场摊铺好的料,比较碾压前后级配与细颗粒含量的变化。
可以看出:加入中粗沙并碾压后的泥质板岩的粗颗粒减少,细颗粒明显增加,尤其是含量由小于7.5%增加至20.7%.所以,不管是直接填筑还是加入中粗沙改良,这种弱风化的泥质板岩的路用特性都不是很好。
4强-弱风化泥质板岩物理改良土现场填筑室内试验结果表明:弱风化的泥质板岩由于容易破碎不宜作为高速铁路的路基填料。但本次科研仍进行现场填筑,以便研讨其路用特性,为今后的进一步研讨提供经验。
4.1施工工艺流程强~弱风化泥质板岩物理改良土填筑施工工艺可以划分为准备阶段、施工阶段和检测验收阶段等3个阶段。相对A和B组,填料中硬质岩类填料填筑施工主要是增加了拌合的工艺,其他工艺流程与A和B组的填料施工相似,如图7所示。
泥质板岩强度低,施工工艺试验破碎工艺包含2种方法:
(1)摊铺破碎方法。首先将开挖后的大块泥质板岩按照直径30~50cm摊铺开来,对于直径大于50cm的大块岩石人工敲碎,然后,用26t振动压路机强振碾压4遍左右,用带有犁耙的推土机将其耙松然后推开摊铺城15~20cm一层用压路机碾压2~4遍;碾压完成后过60mm方筛。
(2)破碎机破碎。采用破碎机进行破碎,破碎后过60mm方筛。
拌合主要是采用集中拌合的方法。
4.2施工质量扼制举措强-弱风化泥质板岩物理改良土的施工质量扼制举措主要为以下几个方面:
(1)分层填筑压实,每层压实厚度小于35cm.
(2)拌合应该均匀,无明显的砂团、砂条,无粗集料集中现场。
(3)摊铺平整度达到客运专线路基施工指南的要求,横向形成4%的拱坡。
由于泥质板岩受雨水浸泡影响较大,避免下雨时施工,若在下一层受雨水浸泡后,应待其风干后补充压实才能进行填筑。
5试验段填筑施工的质量检测改良土实验段的质量检测主要包括压实效果的检测以及路基渗透性的检测。
5.1改良土的压实效果的检测指标物理改良土填筑质量的高低主要体现在压实效果上,而评价压实效果的指标主要有地基系数K30、压实系数Kh、空隙率na、变形模量E和动态变形模量Evd等。
5.2改良土的压实效果检测试验段只进行了两层的填筑,两层均掺入中粗砂20%,采用26t振动压路机碾压8遍,碾压的方式为:静压弱振强振弱振强振弱振弱振静压。碾压完成后对两层压实层进行检测,检测断面为DK1412+300,其中孔隙率na和Evd检测6各点,K30和Ev2检测4个点。
按照初步确定质量扼制标准,除了第1层1个点的K30和Evd检测异常,未能满足检测标准外,其他各点的检测指标均能够满足检测标准。
5.3下雨后路基松弛效应检测泥质板岩中云母含量高,破碎后颗粒变细,泡水后的松弛效应非常明显。第1层碾压完成放置13d后(其中有4d雨水)进行检测得到检测指标。可见:K30下降约32%,Evd下降约28%,Ev2下降36%.受雨水左右路基松弛效应很明显,K30和Kvd均不能满足检测质量标准。
下雨后或者经水浸泡后表层很快呈蓬松状态,经过2d晾晒后含水量仍然达到10%以上(填筑时含水量为7%~8%)。
5.4路基渗透性检测填筑完第2层后,测定各个深度的含水率。第1层因受雨水浸泡,其含水量已经达到了10.2%,饱和度达90%左右;第2层泡水前含水量为75%.为了研讨路基的不同深度路基含水量的变化,剖析路基的渗透性。对路基进行泡水试验,水深5cm,浸泡时间为3d.不同深度含水率变化如表7所示。
可以看出:泡水后第1层的含水量变化较小,这是因为第1层经过雨水的浸泡,已经接近饱和。而第2层含水量变化较大,呈现上下高,中间低的特点,说明泡水坑3d泡水后泡水已经影响到第2层的底部以下的范围。所以对弱风化泥质板岩采用加中沙的物理改良方法并不能起到根本的改良作用。
泡水3d后,在表层以下深度为15cm处测定距泡水坑边缘不同距离的含水量变化。
可以看出:泡水坑边缘受泡水的影响距离大于40cm.这说明路基的横向渗透性也很强。
6结论
(1)泥质板岩属于中等软化岩,具有一定的耐崩解性。
(2)弱风化泥质板岩强度低,在破碎、填筑过程中细颗粒含量剧增,不宜直接填筑。
(3)强-弱风化泥质板岩物理改良的效果良好。填筑时各项指标基本能满足规范要求。但是,下雨后,路基松弛效应明显,K30,Evd和Ev23项指标均下降约为30%,K30和Evd均不能满足检测质量标准。