土石混填路基修筑技術

緒論

0.1 引言

0.2 研究現(xiàn)狀概述

0.3 本書研究思路

第1篇土石混合料路用性能與評價

第1章 土石混合料工程特性

1.1 土石混合料的物理特征

1.2 土石混合料的結構特征

1.3 土石混合料的壓實試驗方法

1.4 土石混合料的振動擊實機理

1.5 土石混合料的滲透特性

第2章 土石混合料強度特性

2.1 土石混合料室內(nèi)大型三軸剪切試驗

2.2 土石混合料壓縮變形試驗

2.3 土石混合料現(xiàn)場大型直剪試驗

2.4 土石混合料室內(nèi)大型直剪試驗

2.5 土石混合料室內(nèi)大型直剪的三維顆粒離散元模擬

第3章 土石混合料本構模型

3.1 非線性E-μ模型

3.2 成都科大簡化K-G模型

3.3 土石混合料散體本構模型

第4章 土石混合料的工程分類

4.1 第一層次分類

4.2 第二層次分類

4.3 第三層次分類

4.4 土石混合料級配特征自動識別

4.5 土石混合料級配特征自動識別系統(tǒng)

第2篇土石混填路基變形與穩(wěn)定

第5章 土石混填路基現(xiàn)狀調查

5.1 土石混填路基沉降變形的表現(xiàn)形式

5.2 土石混填路基沉降變形模式及成因機制

第6章 土石混填路基穩(wěn)定與變形特性

6.1 土石混填路基穩(wěn)定與變形特性底摩擦試驗研究

6.2 二維地質力學模型試驗

6.3 土石混填路基沉降變形離心模型試驗研究

6.4 土石混填路基沉降變形特性數(shù)值模擬

6.5 土石混填路基沉降變形現(xiàn)場觀測

第7章 土石混填路基穩(wěn)定與變形計算方法

7.1 土石混填路基邊坡穩(wěn)定性分析

7.2 土石混填路堤沉降變形計算方法研究

第8章 土石混填路基邊坡生態(tài)防護

8.1 土石混填路基邊坡生態(tài)防護的主要形式

8.2 PST抗沖刷劑研制

8.3 新型噴播液的研制

8.4 土石混填路基新型邊坡防護技術應用

第3篇土石混填路基施工工藝與施工控制

第9章 土石混合料的壓實機理及施工工藝

9.1 土石混合料的開采

9.2 土石混合料的現(xiàn)場壓實方法

9.3 土石混填路基填筑施工工藝

第10章 土石混填路基壓實質量的瑞雷波檢測技術

10.1 瑞雷波法檢測路基壓實質量原理

10.2 土石混填路基壓實質量瑞雷波法現(xiàn)場測試方法

10.3 土石混填路基壓實質量評價

第11章 土石混填路基壓實質量的附加質量法檢測技術

11.1 附加質量法檢測路基壓實質量原理

11.2 附加質量法的測試儀器設備

11.3 現(xiàn)場試驗及數(shù)據(jù)處理

11.4 現(xiàn)場試驗及結果分析

參考文獻

西部大開發(fā)是我國實現(xiàn)地區(qū)平衡發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。開發(fā)西部首先必須解決公路交通等基礎設施的建設問題。西部地區(qū)多為山嶺丘陵區(qū)，其地形、地貌、地質、水文條件復雜，修筑公路必然采用山體開挖得到的土石混合料填筑路基。土與石的混合料俗稱土石混合料，又稱土夾石或混合土，在公路土的分類中定名為粗、巨粒土。由于這種土料在山區(qū)普遍存在，因此被廣泛用于我國山區(qū)高等級公路路基的填筑。與此同時，對這種填方料的筑路技術的開發(fā)研究，也引起工程界人士普遍關注。但由于這種填方料顆粒粒度變化大且難以控制，再加之其含水率極不均勻，使得在實際工程中路基施工困難，施工質量得不到有效保證，致使修筑的土石混填路基產(chǎn)生大量的沉陷或坍塌，從而導致路面結構過早破壞，影響公路運輸安全及公路使用。因此，解決土石混填路基修筑技術，成為西部山區(qū)公路筑路技術的關鍵問題之一。

土石混填路基修筑面臨的技術問題很多，但主要歸納為三個方面：①路基穩(wěn)定與沉降問題；②土石混填路基施工質量檢測與控制問題；③土石混填路基邊坡形式及邊坡防護問題等。路基的穩(wěn)定與沉降始終是公路路基要解決的中心問題。由于土石混合料在性質上與其他均質細土料差異大，其穩(wěn)定與變形性狀與均質細土料填方路基有著本質上的不同，目前許多土石混填路基出現(xiàn)的穩(wěn)定與沉降無不與此有關。因此，搞清土石混填路基穩(wěn)定與變形性狀，做出合理的設計，是確保土石混填路基具有良好的穩(wěn)定性和較小的沉降的關鍵。土石混填路基施工質量檢測與控制是確保路基穩(wěn)定的關鍵，由于土石混合料粒度成分變化大，材料本身極不均勻，采用何種方法進行施工、施工質量如何檢測控制已經(jīng)成為山區(qū)公路修筑的技術難題，特別是對土石混合料的壓實質量的檢測與評價，目前還沒有一個可行的辦法。眾所周知，路基的壓實不良是造成路基沉降及不均勻沉降的主要原因，而合適的質量檢測評價方法是保證路基良好壓實的關鍵。因此，如何進行土石混填路基壓實質量評價已成為保證土石混填路基修筑的核心問題。

基于此，土石混填路基修筑技術研究被原交通部立為2002年交通部西部交通建設科技項目。本書是以此研究成果為基礎，以上述問題為研究對象的一部專門性著作。本書以研究土石混填路基施工質量檢測與控制和路基穩(wěn)定與變形性狀為重點，通過開展土石混合料路用性能、土石混填路基穩(wěn)定與變形性狀、土石混填路基施工質量檢測與控制、土石混填路基邊坡防護等專題的研究。

《土石混鎮(zhèn)路基修筑技術》是以此研究成果為基礎，以上述問題為研究對象的一部專門性著作?！锻潦戽?zhèn)路基修筑技術》以研究土石混填路基施工質量檢測與控制和路基穩(wěn)定與變形性狀為重點，通過開展土石混合料路用性能、土石混填路基穩(wěn)定與變形性狀、土石混填路基施工質量檢測與控制、土石混填路基邊坡防護等專題的研究。

按照上述思路，在施工中對土石混合料拍攝圖像，通過對土石混合料圖像中顆粒的分割、統(tǒng)計，從而得到土石混合料級配特征，并確定相關級配參數(shù)，實現(xiàn)土石混合料級配的自動識別。

4.4.2圖像分割的主要方法

1）基于區(qū)域的圖像分割

基于區(qū)域的圖像分割技術以區(qū)域為處理對象，依照共同的圖像屬性劃分圖像區(qū)域。分割的目的是把圖像中的每一個像素都賦予一個類別屬性，使得具有預定意義的像素都聚集在同一個類別中。這樣的屬性包括：

（1）原始圖像的強度值，或基于圖像算子的強度計算值。

（2）每個圖像區(qū)域的獨特的紋理或模式。

（3）提供多維圖像數(shù)據(jù)的譜參數(shù)。

有些比較精致的圖像分割系統(tǒng)可能綜合采用好幾種這些屬性。用于區(qū)域分割的主要有：特征聚類、閾值、區(qū)域生長、分裂合并等方法。

2）基于邊緣的圖像分割

這種方法，主要是利用圖像中像素之間在梯度、灰度等特征上的不連續(xù)性，對圖像進行分割的。基于邊緣的圖像分割方法存在的主要問題是，容易產(chǎn)生對邊緣點的錯誤跟蹤，可能產(chǎn)生偽邊緣、不連續(xù)邊緣和邊緣丟失，不能保證邊緣的封閉性，具有靈敏性和確定性不足的問題。

3）基于數(shù)學形態(tài)學的圖像分割

數(shù)學形態(tài)學運用集合變化方法進行二值圖像分析。數(shù)學形態(tài)學算子已經(jīng)廣泛地應用于圖像分割。數(shù)學形態(tài)學圖像分割通常與空間聚類分割方法配合使用。數(shù)學形態(tài)學的兩個最基本的變換是腐蝕和膨脹，兩個混合變換是開和閉。

4）基于形變模型的圖像分割

近年來，形變模型在圖像分割中得到了廣泛的應用。應用形變模型進行圖像分割的方法很多。形變模型最初是由Kass等人在1987年提出的，即著名的活動模型輪廓模型，也稱Snake，它是一個以能量最小化變化的樣條，表示圖像中彈性對象的輪廓或表面，其形變受許多不同的能量項約束。能量最小化問題的解對應著這些彼此競爭的約束力的最佳平衡狀態(tài)。形變模型以一般的形狀約束如平滑、曲率等表示對象的先驗知識。形變模型可以表示更特別的形狀約束，特別適合于建立某一類型的形狀描述模型。

5）基于分形的圖像分割

所謂分形是對那些沒有特征長度的圖形和結構以及現(xiàn)象的總稱。具有特征長度形狀的物體具有一定的平滑度，分形卻完全否定了平滑性。定量地表示分形的量叫分形維。圖像的分形維（FD）對圖像尺度縮放相對地不敏感，卻與人對對象表面粗糙性的感知密切相關。圖像FD的計算方法很多，計合維就是一個常用的方法。可以作為圖像分割特征的分形維有4個：

（1）原始圖像的分形維。

（2）原始圖像的高灰度值版本圖像的分形維。

（3）原始圖像的低灰度值版本圖像的分形維。

（4）圖像的多分形維（以計合維的高階矩表示）。

6）基于神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像分割

近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡被廣泛地用來解決圖像分割問題。它的主要優(yōu)點是不依賴于概率密度分布函數(shù)，即使在數(shù)據(jù)嚴重偏離正常情況時也能改善分割結果。神經(jīng)網(wǎng)絡方法還可以減少圖像分割過程對專家干預的要求，而這個問題是許多圖像分割系統(tǒng)中普遍存在的一個問題。