铁路路基孔隙率检测方法实验研究

　　一、前言
　　在《时速200km新建铁路线桥隧站设计暂行规定》中，首次在我国铁路路基压实检测中采用孔隙率指标。此前的《铁路土工试验方法》对孔隙率的测算方法没有明确的指出，在我国一些其他领域的孔隙率的测算中也没有较为系统的算法。
　　二、我国铁路的现况以及特点
　　现代铁路不同于其他线路，对其自身的强度还有刚度都有着很高的要求，主要是可以使铁路进行长久稳定的工作。为了能够严格的控制路基，使其不会沉降或者变形，我国特别推出了许多相应的制度。在整个路基工程的实施中，一共存在了两个方面的技术问题：①路基工程结束后本身的沉降问题；②铁路路基的动力是否具有平顺性和能否长期稳定运行的问题。简单来说现在进行路基的设计应该不仅仅是按照要求的强度来实行，而应该按照更高的强度进行设计。只有将铁路的路基做到稳定性高，强度和刚度超过要求标准，并且耐久性好这些特点，才能设计出一条安全稳定的铁路。然而想要解决当前的铁路建设问题是相当麻烦的，目前的欧洲和日本等一些国家中，都普遍的存在的路基变形这种问题，但是其解决办法一般都是通过实行高标准的材料质量和轨道的结构设计的高标准进行稳定性的提高，并且进行高质量的维护和修理来维持铁路的稳定持续运行。例如日本国家上越与我国的东北新干线相比较，其高架桥在整体中的占比分别是1%和6%，由于国内的经济实力还没有达到发达国家水平，目前还没有条件允许我国在这些问题上采取欧洲或者日本这些国家，例如我们的京沪高速铁路，在整体中路基工程所占的比例大约是65%，并且地质很多比分都不是非常适合，这就为我国的铁路建设带来了很大的困难，铁路工程建设中的路基的变形问题更加严重了，在工程过后铁路的沉降问题和稳定性问题都给我们的铁路建设人员带来了巨大的挑战。
　　三、孔隙率测试方法分析
　　1、孔隙率基本概念
　　孔隙率的定义为"土的孔隙体积与土总体积的比值，以百分率表示"。即
　　n=(V-Vs)/V×100%
　　式中：n是指孔隙率的百分比；V表示土的总体积；Vs土指存在于土里面的中固体部分的体积大小。从上面的式子我们进一步可以推出：
　　n=(1-ρd/G)×100%
　　该式中：n同样是指孔隙率的百分比；ρd是指干土的密度；G是指土中颗粒大小的密度。
　　2、孔隙率测试方法
　　对于孔隙率的检测，通常是由上式来进行表示。土的颗粒密度G可以根据相关的试验规程，在经过取样之后由室内试验得到。而干土的密度ρd可以通过核子湿度密度测试仪进行检测，也可以用灌砂法或者灌水法在施工现场对湿密度进行测定，并根据此中的含水量的大小通过计算得出。
　　另外，由于土的颗粒密度存在两种测试方法，分别为毛体积Gm和视密度Gs，因此对孔隙率的测定还要分成两种情况：
　　n1=(1-ρd/Gs)×100%
　　n2=(1-ρd/Gm)×100%
　　3、两种测定结果的比较
　　两种测定结果均表示土中所有颗粒在内的所有孔隙体积与整个土体体积的比。但存在一个方面不同的是：n1中Gs视密度是指土体中将颗粒内部裂隙计算在内的所有空隙的体积；而n2中Gm毛体积密度是指所有颗粒之间的空隙体积。
　　在对颗粒视密度Gs的测定中，首先要将土样进行烘干操作，在对其进行称量后放入水中，进而测的土颗粒排开水的体积，此时，干重时的质量与颗粒排开水的体积之比就是测定所需要颗粒视密度。在水中，水将会填充土颗粒内部的开口裂隙，土颗粒体积（土颗粒排开水的体积）不包括颗粒开口裂隙。所以，颗粒视密度Gs的测定中应该将颗粒开口裂缝所产生的体积计算在内。
　　在对颗粒毛密度Gm的测定中，首先要将土样制作成饱和面干状态，在对其进行称重操作之后将其放入水中，这时对土颗粒体积（土颗粒排开水的体积）进行测定。土样干重时的质量与土颗粒体积（土颗粒排开水的体积）的比值即为颗粒毛密度Gm。其中，颗粒间孔隙率n2不包括颗粒内部开口裂隙。
　　4、路基压实检测宜选用颗粒间孔隙率
　　在路基的压实检测中，除了一些土粒强度很小，在碾压过程中会被破碎的情况之外，我们对颗粒内部的孔隙假定为不能够被压缩，只有颗粒之间的孔隙会被压缩，从而使得颗粒之间密度更大。从土的抗剪强度产生的机理可知，土的强度取决于颗粒之间的摩擦力与凝聚力。因此，为了达到提高土体强度，减小压缩性，使土体处于更加稳定状态的目标，要求控制颗粒与颗粒之间的可压缩空隙，而非颗粒内部的孔隙。所以，作为土体压实质量的控制指标选用颗粒间孔隙率n2更为合理。

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