粗粒土蠕变影响因素正交试验研究

2015-02-10程焕达

交通科技 2015年2期

程焕达刘群

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳 550081）

随着我国交通设施的快速发展，铁路建设不断向山区延伸，受地形条件限制，大量高填方路堤不断涌现。粗粒土具有压实性能好、抗剪强度高等特点，在山区铁路建设中得到了广泛应用。粗粒土高填路堤的蠕变变形是众多因素综合作用的结果，包括土的类别、含水率、填土高度等。过去对蠕变影响因素的研究多集中于岩石、软土、黄土、膨胀土等［1－4］，而涉及粗粒土的研究较少。基于前人研究，通过大型单轴固结仪，设计蠕变影响因素正交试验，研究沪昆客运专线砂质板岩粗粒土填料的蠕变特性。

1 正交试验方案

正交试验设计方法［5］是采用独有的“正交表”开展科学地布置、剖析多个影响因素试验的方法，其优势是可以从大量的试验方案中，提选出来具有较强典型性的、不是很多的试验方案，对比讨论这些方案的结果，从而得到所要研究问题的最优方案，并且能深入剖析获得更多的、与各个影响因素相关的情报。一般地，研究正交试验结果的途径有2条：第一条途径是直观法，第二条途径是方差法。本文采用直观法探讨蠕变影响因素（含水率、颗粒组成和压实系数）的主次因素和最优方案。

（1）选表。正交试验主要考虑含水率、颗粒组成和压实系数等3个蠕变影响因素的作用，每个蠕变影响因素都具有3个水平，同时忽略各个因素之间的相互影响，故选用L9（34）的正交表来布置试验。

表1 蠕变影响因素与水平表 %

（2）表头设计。本文忽略各个因素之间的相互影响，从而只要把含水率、颗粒组成和压实系数等3个蠕变影响因素依次安排到L9（34）正交表的上方与列号相应的地方，含水率、颗粒组成和压实系数等3个蠕变影响因素各占1列，共3列。一般要求正交表设置1个空白列（或误差列），因此第4列设置为空白列。蠕变正交试验的标头设计见表2。

表2 蠕变正交试验的表头设计

（3）明确试验方案。设计完蠕变正交试验的表头设计后，将含水率、颗粒组成和压实系数等3个蠕变影响因素的数值大小依次排序，并将表1中的水平列中的数字1，2，3分别对应其他因素列的水平大小，1个试验方案相当于正交试验表中的1行，故共需要做9个蠕变试验，见表3。例如，本试验的第2个试验方案A1，B2，C3相当于蠕变影响因素取“含水率0%、颗粒组成30%、压实系数95%”。

2 正交试验及结果分析

（1）按规定的方案做试验。本文按照表3人工配制砂质板岩粗粒土试样，选用直径为280 mm、高为230mm的大型固结仪，采用400kPa的逐级加载方式，以1d内变形不超过0.01mm为稳定标准进行一维压缩蠕变试验。正交试验结果见图1，蠕变压缩量μ定义为蠕变开始到蠕变稳定之间的相对竖向位移，计算结果见表3。

图1 正交试验蠕变压缩量－时间曲线

表3 蠕变正交试验方案及试验结果分析

蠕变影响因素各列的极差Rj在一般情况下是不相等的，这反映出当含水率、颗粒组成和压实系数等3个蠕变影响因素的水平发生变化时，蠕变因素对一维蠕变压缩量的影响程度是不同等的。某个蠕变影响因素的极差Rj比其他影响因素要大，这表明它的水平变化对正交试验结果的影响程度比其他因素的也要大，极差Rj最大的列便是粗粒土蠕变的最主要的影响因素，表3列出了正交试验的计算结果，其中R3＞R2＞R1，因此蠕变各因素的主次顺序为

（3）最优方案的确定。筛选蠕变影响因素的优水平跟正交试验设计的指标（蠕变压缩量）相关。如果正交试验要求的指标数值越大越有利，那么必须得选择致使指标数值较大的各因素的水平，也就是说各列K1j，K2j，K3j，（或，）中最大的那个水平，反之亦反。本蠕变正交试验设置的目标是减小蠕变压缩量μ，即指标μ越小越有利，因此筛选每个蠕变影响因素的K1j，K2j，K3j中最小的那个水平。故得最优方案为C3B2A3，即压实系数97%，细颗粒含量30%，含水率8.26%。

（4）试验验证。从理论上分析蠕变影响因素的正交试验，获得减小蠕变压缩量μ的最优方案为C3B2A3，但是在真正将该方案运用到实际工程中去之前，必须对该理论最优方案实施对比验证试验。将最优方案C3B2A3编号为10号，试验结果见图1，从图中可得蠕变压缩量μ＝6.82mm，比正交表中9个试验的蠕变压缩量都小，故所确定的方案C3B2A3就是真正的最优方案。