第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
道路的荷载主要由路基承担，因而路基对道路的性能和结构均有非常大的影响，路基的使用寿命及其质量直接影响到道路的使用寿命和质量。在对东北季冻区的高速公路、一级公路和二级公路的冻害调查中发现季节冻土区高等级公路路基存在较严重的冻害现象，冻胀和翻浆是冻害常见的两种表现形式。由于使用不良路基填料及施工路段水文地质条件不好，造成季冻区该路段的路基在冬季负温影响下，地下水的综合作用，路基土产生冻结，在路基土的上层形成冰层，由于冰的存在致使路面隆起，造成柔性路面开裂、刚性路面错缝或折断等现象，称为冻胀（如图 1.1 所示）。春季气温回升，路基土开始融化，路基将产生大量游离状的水，使路基强度下降，在外荷载作用下，路面发生鼓包、弹簧、冒泥、裂缝、等现象，称为翻浆。尤其是在冻融循环和车辆荷载的反复作用下，冻胀及翻浆现象更显突出，在公路的使用期限内，给公路的运行产生了不安全因素，同时使公路养护费用增大，公路的质量和使用寿命急剧降低。冻胀与翻浆产生的原因是由路基的不稳定性所造成的。因此，在季冻土地区进行路基设计时，就要保证所设计的路基在经过多次冻融循环后具有足够的强度和稳定性。只有掌握季冻土地区路基冻胀与翻浆的防治基本途径和工程措施，才能减少冻害的发生。而为了达到这一目的，就必须对组成路基的路基土进行更为深入的研究，通过对路基土进行改良以研究其保温特性及冻融循环后力学特性的变化，极大限度地预防和减少季冻区公路冻害的发生，仍然是目前公路人面临和应该深入研究的主要内容之一。
季节冻土区路基稳定材料的研究对完善道路结构性能和减少国民经济损失具有直接的现实意义。已有的研究已经对路基的抗冻融性有所涉及，但是对其保温特性还没有做具体研究，所以通过研究改性路基土保温特性及冻融循环后力学特性的改变从而研究适用于东北季冻区的新型路基复合材料是十分必要和紧迫的。通过试验和研究得出具有保温效果好、抗液化和抗冻融性能好的优点的改性路基土。从而为东北季冻区路基极易产生冻胀和翻浆现象的问题提供可行的解决办法。并将这种新型抗冻融材料进行合理应用，在今后的公路新建和改建中发挥重要作用，为国民经济损失的减少发挥自己应有的作用。
通过科学研究和实践证明，近些年在季冻区，若道路路线在地下水活跃地区或水文地质条件不良地段经过，受季节冻土地区的气候影响，会造成道路冻胀与翻浆等冻害现象，致使养护维修费用增加，浪费大量的人力、财力和物力，使公路的使用寿命减少 50%。季节性冻土区在我国广泛分布，占全国总面积的 53.5%，遍及长江以北 10余省市，因该气候引起的冻害已给国民经济造成巨大的损失。有针对性的研究路基抗冻融控制技术，降低工程造价，保证高等级公路路基的稳定性和强度， 提高路面服务水平，发挥投资效益，成为一项十分紧迫的任务。为了能够更好的研究路基材料的冻融控制技术，具有能够真正模拟实际道路冻融情况的试验仪器是做好这项研究的前提和基础，为此，课题组进行了冻融循环下路基材料力学参数测试试验机的研制。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 路基土力学性能研究现状
道路在建成通车之后，将会不断地受到车辆荷载的反复作用，这些荷载作用在道路上所产生的破坏和影响与在实验室中静载下的影响有很大区别，许多在实验室中静载作用下所测定的力学参数并不具有实际意义。随着交通荷载的日益增大，动载对道路的破坏也日益严重和加剧，因此研究道路土在车辆荷载循环作用下的动力特性对于寻找防治道路破坏的方法进而减小道路建设中的损失，具有十分重要的现实意义。国内外已有的研究通过大量实验和研究对各种土质动力特性进行了系统的研究，包括对饱和砂（粉）土、震后区黄土、滑带土、淤泥类土、粉土、多年冻土的研究，取得了一定的研究成果。通过试验得出了各种土质的动力特性指标，并对实验结果进行了一定的分析，得出了阶段性的成果。这其中包括：
第 3 章 橡胶颗粒改良粉煤灰土的静力特性研究 ..........37
3.1 橡胶颗粒改良粉煤灰土最佳含量的试验研究............37
3.2 橡胶颗粒改良粉煤灰土的抗冻性试验研究 ...............41
3.3 橡胶颗粒改良粉煤灰土保温性试验研究 .............47
3.4 本章小结...................50
第 4 章 橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性研究 .................53
4.1 引言...............53
4.2 常温下橡胶颗粒改良粉煤灰土动力特性 .............54
4.3 橡胶颗粒改良粉煤灰土冻融循环试验 ...................59
4.4 本章小结.....................76
第 5 章 G102 国道试验路研究数据分析.............79
5.1 试验路概况............79
5.2 冻结深度的确定.......................82
5.3 现场试验路方案及试验数据分析......................89
5.4 本章小结 ................93
结论
本文以季节冻土地区的道路冻融破坏为工程背景，以国家高技术研究发展计划（863 计划）《季节冻土区路基抗冻融稳定控制技术研究项目（项目号：2007AA11Z114）为依托，通过大量文献阅读，在总结前人对橡胶颗粒在工程中的应用以及对粉煤灰土研究的基础上，运用大量的试验手段对橡胶颗粒改良粉煤灰土的静力特性、动力特性进行了研究，并建立了一公里的试验路来验证橡胶颗粒改良粉煤灰土的路用性能，以及运用 ANSYS 有限元软件对季节地区道路的温度场进行了模拟，创新的完成了预期的任务并得出以下结论：
1、橡胶颗粒改良粉煤灰土的静力特性研究
在已有的研究结果基础上，对橡胶颗粒改良粉煤灰土的静力特性进行了研究，通过无侧限抗压强度试验、抗冻性试验以及保温性试验，提出了 2%橡胶颗粒含量的粉煤灰土（1：2）混合料作为季节性冻土区路基冷阻层材料，室内试验证明了橡胶颗粒改良粉煤灰土抗压强度高、冻胀量小和保温性好的特性，是作为季节性冻土区路基冷阻层首选材料之一。
2、橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性研究
运用动三轴试验手段对橡胶颗粒改良粉煤灰土与纯粉煤灰土的动强度、动弹性模量等动力参数进行了对比研究；同时，利用课题组研制的路基材料力学参数测试试验机，模拟真实道路交通荷载下的路基受力情况采集了其在不同温度下的动应力，动应变和动模量，并对结果进行了分析，得出了如下的结论：
（1）同一围压下，橡胶颗粒改良粉煤灰土和粉煤灰土的动强度与破坏周数成反比，即动强度均随破坏周数的减小而增加；破坏周数相同，动强度与围压成正比，即围压增大则动强度随之增加；对于橡胶颗粒改良的粉煤灰土和未改良的粉煤灰土有：当围压为 100、200kPa 时橡胶颗粒改良后的粉煤灰土动强度略高些，当围压为 300kPa 二者的动强度相接近。
（2）橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力为 227.26kPa ，内摩擦角为 17°；粉煤灰土的黏聚力为 203.73kPa ，内摩擦角为 11°。经过橡胶颗粒改良粉煤灰土，使其的黏聚力增大了 23.53kPa ，提高了 11.55%。
参考文献：
[1]吴世明. 土动力学. 北京：中国建筑工业出版社，2000：1-134
[2]姚运生，王艳玲. 我国北方逐日平均气温的气候模拟. 中国农业气象，2004 年 8 月
[3]陈别，砂土-粘土分层复合试样动力特性试验研究. 湖南大学，2009 年 4 月
[4]钱家欢，殷宗泽. 土工原理与计算[M]. 北京：中国水利出版社，1996：523-532
[5]杜修力，路德春. 土动力学与岩土地震工程研究进展[J]. 岩土力学，2011，10（8）：10-20
[6]史丙新、张力方. 天津滨海场地土动力学参数研究[J]. 震灾防御技术，2010，13（3）：288-298
[7]孟上九，陈卓识. 轨道交通荷载下路基土的动力学相关进展[J]. 世界地震工程，2011，21（12）：373-377
[8]兰景岩，薄景山. 土动力学参数对设计反应谱的影响[J]. 地震工程与工程振动，2008，22（3）：184-188
[9]BOOMINATHAN A，HARI S. Liquefaction strength of fly ash reinforced with randomlydistributed fibers [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2002，22（4）：1027-1033
[10] 曹成效，刘乐军，李培英，杜军.循环荷载作用下粉土的动力学特性[J]. 海洋科学进展，2007，32（1）：54-62