1.引言
膨胀土是自然地质形成过程中产生的一种多裂隙性并具有显著胀缩性的地质体，是一种非理想的路堤填筑材料。出于经济性和环境保护等各方面因素的考虑，有时不得不采用膨胀土作为路堤填料。
膨胀土做路基填料必须采取有效地物理处治措施，“保湿防渗”，确保路堤稳定，避免较大的变形破坏，并具有较好的承载能力。在众多物理处治技术中，非膨胀性粘土包边法处治膨胀土路堤是一种有效且经济的处置方法，而路基回弹模量是反映路基承载能力的主要力学参数,它的确定直接影响到路面的设计厚度,所以,对非膨胀性粘土包边法路基回弹模量的研究具有十分重要的意义。
2.非膨胀性粘土包边法路基回弹模量计算与分析
2.1基本假设
路堤为弹性半空间体；横向和纵向均为无限长，计算时截取有限长度，深度方向和横向均截取10m；边界条件假定底端及两侧为固支。
2.2计算荷载
计算时模拟现场回弹模量测试。现场采用直径为30cm的刚性承载板进行测试。试验时采用逐级加载法，每级增加0.04MPa，待卸载稳定1min后读取回弹弯沉值，再加下一级荷载。回弹变形超过1mm时，则停止加载。用刚性承载板测定土基回弹模量，压板下土基顶面的挠度为等值沿承载板半径方向不变。但板底接触压力沿半径方向变化，呈鞍形分布。其挠度
l值与接触压力p( r)分别按式(1)或式（2）计算。
测得刚性承载板的挠度之后，可按公式（1）反算路基回弹模量值E，公式(1)与（2）中：
l—承载板挠度，m；p (r)—接触压力，MPa；r—计算点离承载板中心的距离，m；p—单位压力，MPa；a—承载板直径，m。
计算参数如表1所示：
表1计算参数取值
|
层次 |
层高 |
泊松比 |
回弹模量（MPa） |
|
上覆粘土层 |
0.5，1.0，1.5，2，2.5 |
0.35 |
30，40，50，60，70 |
|
膨胀土层 |
－ |
0.35 |
10，15 |
3.计算模型的验证
假设路堤为匀质粘土路堤，对不同回弹模量的路堤均加载如式（2）所示，单位压力均取0.1 MPa。，并按式（1）进行计算，得到计算回弹模量与理论回弹模量的对比如表2所示。
表2 不同挠度下理论回弹模量与模型计算回弹模量对比表
|
挠度(mm) |
0.827 |
0.689 |
0.517 |
0.414 |
0.345 |
0.295 |
|
理论回弹模量(Mpa) |
25.0 |
30.0 |
40.0 |
50.0 |
60.0 |
70.0 |
|
计算回弹模量(Mpa) |
23.1 |
27.7 |
37.0 |
46.3 |
55.4 |
64.6 |
4.计算结果与分析
对计算路堤模型均加载如式（2）所示，单位压力均取0.1 MPa。按表1所列参数进行Ansys计算分析，得到路堤顶端竖向变形，按式（1）进行计算，分别得到在膨胀土层回弹模量分别为10MPa和15MPa的条件下，上覆层厚度从0.5m至2.5m，上覆层模量与路堤综合模量的关系。当膨胀土层回弹模量为10MPa时，若上覆层厚度为1.5m，上覆层模量为40MPa，路堤综合模量可达20MPa以上；若上覆层厚度为2.0m，模量为50MPa，路堤综合模量可达25MPa以上。当膨胀土层回弹模量为15MPa时，若上覆层厚度为1.5-2.0m，上覆层模量为40MPa，路堤综合模量可达25MPa以上。膨胀土层模量越高，上覆层模量与厚度越大，路堤综合模量越高。若保持膨胀土层模量与上覆层厚度不变，随上覆层模量的增大，路堤综合模量呈线性增长；即使膨胀土层模量较低，若其上覆层模量与厚度满足要求，路堤综合回弹模量能达到规范要求。
5.结论
本文通过介绍膨胀土粘土包边法路堤的典型设计，并对路堤膨胀土层模量为10MPa和15MPa时，不同的上覆层厚度与回弹模量下，路堤综合模量进行了数值计算，主要结论如下：
-
膨胀土层模量越高，上覆层模量与厚度越大，路堤综合模量越高。
-
若保持膨胀土层模量不变，随着上覆层厚度与回弹模量的增大，路堤综合模量呈线性增长，为施工设计确定覆层回弹模量与厚度提供了依据。
参考文献：
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廖世文.膨胀土与铁道工程.北京：中国铁道出版社，1984
-
郑健龙，杨和平.中国公路膨胀土工程问题、研究现状及展望.第二届全国膨胀土学术研讨会论文集《膨胀土处治理论、技术与实践》.北京：人民交通出版社，2004：3-23
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粘土包边膨胀土路堤回弹模量数值分析
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