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【摘要】依托内蒙古自治区省际大通道荣成—乌海线的修建，结合《鄂尔多斯地风积沙路基击实标准及检测方法研究》课题的开展，通过对鄂尔多斯风积沙的CBR值、回弹模量、压缩试验的数据分析，研究鄂爾多斯地区风积沙的静力学特性，即强度—变性特点，以确保风积沙路基具有更好的强度、稳定性。
【关键词】风积沙；实验；回弹模量；变形；强度
内蒙古地区沙漠分布范围较广，在沙漠地区修建公路，基本要使用风积沙作为路基填料。风积沙具有水稳定性好、沉降均匀、受不利气候和季节的影响较小、储量丰富和就地取材方便等优点。然而，在沙漠形成的过程中，由于风力的作用，会形成很多高高低低、大大小小的沙丘，有的沙丘高达十几米，因此，路基也将会出现许多高填方路段。为保证风积沙路基具有更好的强度和稳定性，必须研究风积沙作为路基材料的静力性质，以确保风积沙路基具有足够的承载能力。笔者有幸参与《鄂尔多斯地风积沙路基击实标准及检测方法研究》项目的研究工作，为此，本文根据风积沙无粘性的特点，通过对不同的密度、含水量条件下风积沙的CBR值、回弹模量、压缩实验的数据进行分析，研究风积沙的静力学特性，即强度—变性特点。
一、CBR试验研究
（1）试验方法。第一，基本实验步骤。一是按照拟定的含水量，利用振动台制备不同含水量、不同干密度的风积沙试件。二是将试件置于试验仪（手摇式三轴试验仪）上，调整贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置重量为2.5kg的荷载板。三是在贯入杆上施加一定的压力进行预压，然后将测力和测变形的百分表调整至零。四是按变形百分表度数等级，用规定的速度给贯入杆加压，记录每一等级时的百分表读数。第二，结果整理精度要求。如果根据三个平行实验结果计算出的承载比变异系数Cv大于12%，则去掉一个偏离大的值，取其余两个结果的平均值。如Cv小于12%，且三个平行实验结果计算出的干密度偏差小于0.03g/m3，则取三个结果的平均值，如三个平行实验结果计算出的干密度偏差超过0.03g/m3，则去掉一个偏离大的值，取其余两个结果的平均值。（2）CBR试验结果。根据上述的试验方法，选用内蒙古自治区鄂尔多斯地区具有代表性的风积沙试样，进行CBR试验，压头直径为50mm。在做CBR实验过程中，记录了鄂尔多斯风积沙单位压力—贯入应变的变化。（3）抗变形能力分析。根据试验结果分析，可知当试件干密度相同而含水量不同时，CBR值的差异较大，鄂尔多斯风积沙干沙的CBR值普遍较小，湿沙的CBR值在10～28之间，说明风积沙在压实以后，具有较高的抵抗破坏的能力。风积沙的应力-变形基本呈线性关系。风积沙在天然干燥状态下，基本表现为弹性性质。当风积沙有一定含水量时，随着干密度增加，应力在初始的一定范围内表现出弹性性质，随着应力的增加，产生塑性变形，干密度值越大发生塑性变形时所承受的应力越大，因而说明风积沙的干密度值越大，抵抗变形的能力越强。
二、回弹模量试验研究
（1）试验方法。第一，试件制备及试验步骤。一是由于风积沙粘聚力较小，含水量较低时试样成型较困难，鄂尔多斯风积沙选择含水量为0%、2%、6%和最佳含水量9.9%的试样进行试验，在每个所选含水量的试样成型三个不同干密度试件，每组成型3～4个试件，探讨含水量、干密度对回弹模量的影响。二是根据实验目的、工程要求选择重型Ⅱ-2法击实，按击实试验方法制备试件。按击实实验步骤制备不同含水量及不同干密度的试件组。三是将带试筒的试样放在杠杆式压力试验仪上进行试验。四是用预定的最大压力进行预压，含水量不同的试件施加不同的压力，预压1～2次，每次预压1min。五是将预定的最大单位压力分为4～6级，按确定的加载等级加载，每次加载到预定荷载后，稳定1min，立即读取两个测量变形表的读数值，卸载后稳定1min，再次读取两个测量变形表的读数值，每次卸载后百分表不再回零。两个百分表度数之差小于平均值的20%时，取平均值；如大于20%，应重新加载测量变形读数。如此逐级进行加载和卸载，直至最后一级压力。第二，数据整理的精度和允许误差。如果p-1曲线不通过原点，允许用初始值线段与纵座标轴的交点当作原点，修正各级荷载下的回弹变形和回弹模量。试验的精度与允许误差：回弹模量最少需进行三次平行的试验来确定，每次试验的结果与回弹模量均值之差不应超过5%。（2）试验结果。根据静压实特性中回弹模量试验的结果，对风积沙不同干密度、不同含水量情况下成型的试件，测定其回弹变形，确定其回弹模量值，总结在一定压力下的变形规律。（3）试验结果分析。第一，鄂尔多斯风积沙的单位压力—回弹变形关系曲线基本上呈直线关系，属于弹性体。第二，鄂尔多斯风积沙干沙的回弹模量E0较小，基本在19.09MPa～41.48MPa之间；湿沙的回弹模量E0值在27MPa～76.71MPa之间。当含水量固定时，回弹模量会随着干密度的提高而增大。第三，当压实度一定时，干沙的弹性模量比湿沙的弹性模量要小得多。第四，含水量较小时，风积沙的回弹模量达到较高的值。当含水量大于2%时，回弹模量值变化很小，出现不规则波动，在含水量在6%时达到较大的值。第五，干沙和不同含水量的湿沙变形量差异较小，变形趋势相同，应力与变形基本呈直线变化；随应力增加，不同含水量的风积沙的变形量差异较大，变化趋势相同，应力与变形呈线性关系。这就同样说明鄂尔多斯风积沙基本属于弹性体。
三、压缩试验研究
（1）试验原理。路基风积沙填料在外荷载的作用下，水和空气之间被挤出，风积沙颗粒之间互相挤紧，封闭气体体积减小，从而引起风积沙体的压缩变形。风积沙的压缩主要是孔隙体积的减小，所以其压缩变形可以参照一般土的做法，其压缩变形也以孔隙比的变化来表示。试验资料整理时，可根据试样压缩前后的体积变化求出压缩变形和孔隙的关系，绘制e-p曲线，也可整理成e-1gp曲线。（2）试验方法。采用快速固结试验法，选择5～6个加载等级每1h读一次试件的变形量，将最后一级荷载作为终压荷载，24h后读取数据，以得出试件总的变形量的修正系数K。（3）试验结果与分析。第一，随着加载等级的加大，风积沙的压缩模量大体上呈线性增长。第二，随着压实度的增长或含水量的降低，压缩模量变大；随着压实度的减少或含水量的上升压缩模量变小。压缩系数则相反。第三，无论是干沙还是湿沙，都有较高的压缩模量值，这说明风积沙路基经压实后，具有较好的稳定性和较高的强度。第四，风积沙的压缩系数a不是常数，会随着加载压力的增大而减少，可知鄂尔多斯风积沙属于低压缩性土。第五，风积沙在一定压力作用下完成压缩变形的时间很短，在半对数坐标中沉降量与时间呈现良好的线性关系。第六，应力在一定范围内与单位变形呈线性关系，当应力超过一定值时，应力—单位变形也可近似看成是线性关系，但随着应力增大，单位变形量增加很小。
四、结语
（1）鄂尔多斯风积沙处于干燥状态时其基本表现为弹性体性质；有一定含水量时，在一定的荷载范围内，风积沙表现为弹性性质；当荷载超过这一范围时，风积沙表现为塑性。风积沙的压实度越大，其塑性出现的越迟，说明具有一定压实度的风积沙在一定的压力下表现出相当好的弹性性质，可以看作为弹性材料。且在一定压力作用下完成压缩变形的时间很短。在半对数坐标中沉降量与时间呈现良好的线性关系。（2）对于风积沙路基来讲，由于风积沙的透水性较好，沙颗粒间空隙通道畅通，其中空气和水的排出所需时间很短，因而路基的压缩沉降变形很快完成，随时间的延长变形量变化不大，工后沉降随时间的变化主要是由路基土体骨架的蠕变引起的。因此，只要采用合理的施工工艺，用风积沙作为路基填料是能保证其强度和稳定性的。
参 考 文 献
[1]交通部．公路土工试验规程（JTJ051-93）[S]．北京：人民交通出版社，1993
【关键词】风积沙；实验；回弹模量；变形；强度
内蒙古地区沙漠分布范围较广，在沙漠地区修建公路，基本要使用风积沙作为路基填料。风积沙具有水稳定性好、沉降均匀、受不利气候和季节的影响较小、储量丰富和就地取材方便等优点。然而，在沙漠形成的过程中，由于风力的作用，会形成很多高高低低、大大小小的沙丘，有的沙丘高达十几米，因此，路基也将会出现许多高填方路段。为保证风积沙路基具有更好的强度和稳定性，必须研究风积沙作为路基材料的静力性质，以确保风积沙路基具有足够的承载能力。笔者有幸参与《鄂尔多斯地风积沙路基击实标准及检测方法研究》项目的研究工作，为此，本文根据风积沙无粘性的特点，通过对不同的密度、含水量条件下风积沙的CBR值、回弹模量、压缩实验的数据进行分析，研究风积沙的静力学特性，即强度—变性特点。
一、CBR试验研究
（1）试验方法。第一，基本实验步骤。一是按照拟定的含水量，利用振动台制备不同含水量、不同干密度的风积沙试件。二是将试件置于试验仪（手摇式三轴试验仪）上，调整贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置重量为2.5kg的荷载板。三是在贯入杆上施加一定的压力进行预压，然后将测力和测变形的百分表调整至零。四是按变形百分表度数等级，用规定的速度给贯入杆加压，记录每一等级时的百分表读数。第二，结果整理精度要求。如果根据三个平行实验结果计算出的承载比变异系数Cv大于12%，则去掉一个偏离大的值，取其余两个结果的平均值。如Cv小于12%，且三个平行实验结果计算出的干密度偏差小于0.03g/m3，则取三个结果的平均值，如三个平行实验结果计算出的干密度偏差超过0.03g/m3，则去掉一个偏离大的值，取其余两个结果的平均值。（2）CBR试验结果。根据上述的试验方法，选用内蒙古自治区鄂尔多斯地区具有代表性的风积沙试样，进行CBR试验，压头直径为50mm。在做CBR实验过程中，记录了鄂尔多斯风积沙单位压力—贯入应变的变化。（3）抗变形能力分析。根据试验结果分析，可知当试件干密度相同而含水量不同时，CBR值的差异较大，鄂尔多斯风积沙干沙的CBR值普遍较小，湿沙的CBR值在10～28之间，说明风积沙在压实以后，具有较高的抵抗破坏的能力。风积沙的应力-变形基本呈线性关系。风积沙在天然干燥状态下，基本表现为弹性性质。当风积沙有一定含水量时，随着干密度增加，应力在初始的一定范围内表现出弹性性质，随着应力的增加，产生塑性变形，干密度值越大发生塑性变形时所承受的应力越大，因而说明风积沙的干密度值越大，抵抗变形的能力越强。
二、回弹模量试验研究
（1）试验方法。第一，试件制备及试验步骤。一是由于风积沙粘聚力较小，含水量较低时试样成型较困难，鄂尔多斯风积沙选择含水量为0%、2%、6%和最佳含水量9.9%的试样进行试验，在每个所选含水量的试样成型三个不同干密度试件，每组成型3～4个试件，探讨含水量、干密度对回弹模量的影响。二是根据实验目的、工程要求选择重型Ⅱ-2法击实，按击实试验方法制备试件。按击实实验步骤制备不同含水量及不同干密度的试件组。三是将带试筒的试样放在杠杆式压力试验仪上进行试验。四是用预定的最大压力进行预压，含水量不同的试件施加不同的压力，预压1～2次，每次预压1min。五是将预定的最大单位压力分为4～6级，按确定的加载等级加载，每次加载到预定荷载后，稳定1min，立即读取两个测量变形表的读数值，卸载后稳定1min，再次读取两个测量变形表的读数值，每次卸载后百分表不再回零。两个百分表度数之差小于平均值的20%时，取平均值；如大于20%，应重新加载测量变形读数。如此逐级进行加载和卸载，直至最后一级压力。第二，数据整理的精度和允许误差。如果p-1曲线不通过原点，允许用初始值线段与纵座标轴的交点当作原点，修正各级荷载下的回弹变形和回弹模量。试验的精度与允许误差：回弹模量最少需进行三次平行的试验来确定，每次试验的结果与回弹模量均值之差不应超过5%。（2）试验结果。根据静压实特性中回弹模量试验的结果，对风积沙不同干密度、不同含水量情况下成型的试件，测定其回弹变形，确定其回弹模量值，总结在一定压力下的变形规律。（3）试验结果分析。第一，鄂尔多斯风积沙的单位压力—回弹变形关系曲线基本上呈直线关系，属于弹性体。第二，鄂尔多斯风积沙干沙的回弹模量E0较小，基本在19.09MPa～41.48MPa之间；湿沙的回弹模量E0值在27MPa～76.71MPa之间。当含水量固定时，回弹模量会随着干密度的提高而增大。第三，当压实度一定时，干沙的弹性模量比湿沙的弹性模量要小得多。第四，含水量较小时，风积沙的回弹模量达到较高的值。当含水量大于2%时，回弹模量值变化很小，出现不规则波动，在含水量在6%时达到较大的值。第五，干沙和不同含水量的湿沙变形量差异较小，变形趋势相同，应力与变形基本呈直线变化；随应力增加，不同含水量的风积沙的变形量差异较大，变化趋势相同，应力与变形呈线性关系。这就同样说明鄂尔多斯风积沙基本属于弹性体。
三、压缩试验研究
（1）试验原理。路基风积沙填料在外荷载的作用下，水和空气之间被挤出，风积沙颗粒之间互相挤紧，封闭气体体积减小，从而引起风积沙体的压缩变形。风积沙的压缩主要是孔隙体积的减小，所以其压缩变形可以参照一般土的做法，其压缩变形也以孔隙比的变化来表示。试验资料整理时，可根据试样压缩前后的体积变化求出压缩变形和孔隙的关系，绘制e-p曲线，也可整理成e-1gp曲线。（2）试验方法。采用快速固结试验法，选择5～6个加载等级每1h读一次试件的变形量，将最后一级荷载作为终压荷载，24h后读取数据，以得出试件总的变形量的修正系数K。（3）试验结果与分析。第一，随着加载等级的加大，风积沙的压缩模量大体上呈线性增长。第二，随着压实度的增长或含水量的降低，压缩模量变大；随着压实度的减少或含水量的上升压缩模量变小。压缩系数则相反。第三，无论是干沙还是湿沙，都有较高的压缩模量值，这说明风积沙路基经压实后，具有较好的稳定性和较高的强度。第四，风积沙的压缩系数a不是常数，会随着加载压力的增大而减少，可知鄂尔多斯风积沙属于低压缩性土。第五，风积沙在一定压力作用下完成压缩变形的时间很短，在半对数坐标中沉降量与时间呈现良好的线性关系。第六，应力在一定范围内与单位变形呈线性关系，当应力超过一定值时，应力—单位变形也可近似看成是线性关系，但随着应力增大，单位变形量增加很小。
四、结语
（1）鄂尔多斯风积沙处于干燥状态时其基本表现为弹性体性质；有一定含水量时，在一定的荷载范围内，风积沙表现为弹性性质；当荷载超过这一范围时，风积沙表现为塑性。风积沙的压实度越大，其塑性出现的越迟，说明具有一定压实度的风积沙在一定的压力下表现出相当好的弹性性质，可以看作为弹性材料。且在一定压力作用下完成压缩变形的时间很短。在半对数坐标中沉降量与时间呈现良好的线性关系。（2）对于风积沙路基来讲，由于风积沙的透水性较好，沙颗粒间空隙通道畅通，其中空气和水的排出所需时间很短，因而路基的压缩沉降变形很快完成，随时间的延长变形量变化不大，工后沉降随时间的变化主要是由路基土体骨架的蠕变引起的。因此，只要采用合理的施工工艺，用风积沙作为路基填料是能保证其强度和稳定性的。
参 考 文 献
[1]交通部．公路土工试验规程（JTJ051-93）[S]．北京：人民交通出版社，1993