《Applied Sciences》：High-Symmetry Operation Control Algorithm for Receiving-End MMC Arm Current Oriented to Unidirectional Power Transmission
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长期浸水会显著改变公路路基中水敏性岩土材料的水力-力学行为。本研究利用足尺路基模型，研究了高度风化千枚岩（highly weathered phyllite，HWP）及2%水泥改良HWP（cement-improved HWP，CIHWP）在长期浸水和间歇性静
长期浸水会显著改变公路路基中水敏性岩土材料的水力-力学行为。本研究利用足尺路基模型，研究了高度风化千枚岩（highly weathered phyllite，HWP）及2%水泥改良HWP（cement-improved HWP，CIHWP）在长期浸水和间歇性静态超载作用下的响应特征。施工期间测定了压实度、加州承载比（California bearing ratio，CBR）和动态变形模量（??????）；施工完成后监测了土压力、孔隙水压力、体积含水率和分层沉降。两种材料均满足设计压实标准，但CIHWP表现出更好的压实性能及更高的CBR和??值。长期浸水后，HWP断面约88%范围内含水率增大，饱和区约占断面的28%。渐进性湿化引起集料软化、应力重分布和变形增大，在施加静态超载条件下最终表面沉降达9.3 mm。相比之下，CIHWP断面仅有约12%的区域出现含水率变化，最终沉降为6.5 mm。研究结果为理解和改善交通基础设施中水敏性岩土材料的水力-力学性能提供了足尺试验证据，对应用岩土工程和路基加固具有直接指导意义。
**研究背景与目的**
干枚岩是由富含黏土质矿物经低变质作用形成的岩石，广泛分布于世界多山地区，因含有大量细粒层状硅酸盐而具有光滑手感和显著的解理面，按风化程度可分为高度风化干枚岩（HWP）和中等风化干枚岩（MWP）。HWP具有较好的压实特性和较低渗透性，但其显著的水敏性限制了其在道路路基等土工结构中的应用。中国山区广泛分布着干枚岩，多家工程实践将其用作路基填料，但适用性仍存争议，例如广元至甘肃高速公路某服务区的HWP路基在经历两个雨季之后出现不均匀沉降，最大沉降达50 cm；而十堰至天水高速公路自2010年以来大量使用当地HWP，迄今未报告严重病害。这种工程案例的差异向工程师提出了三个关键问题：HWP路基发生病害的原因和机理是什么？HWP能否直接用作路基填料？是否需要通过添加胶凝材料进行改良？
已有室内试验和试验段研究为HWP用作路基集料提供了有益参考，但仍需进一步开展现场应用研究。原因在于：其一，HWP的初始强度可能因长期天然湿化发生衰减，室内和试验段测得的强度未必具有决定性；其二，空间非均匀湿化和软化可能引起路基内部差异变形，增加局部开裂和渐进性结构退化的风险；其三，现有HWP现场应用多处于正常工作条件或完善防护条件下，不利于研究长期浸水、持续强降雨等极端边界条件下的失效机制。与室内试验和试验段相比，物理模型试验可以控制填料特性和边界条件，并便于监测内部物理场，因此是评估HWP路基性能和揭示真实破坏机理的有效手段。已有比例尺模型试验受尺寸效应影响难以复现真实应力场，而足尺模型试验虽耗费大量人力与时间，却能有效解决上述问题。然而，现有足尺路基模型试验主要关注高速铁路动力响应，针对极端条件下高速公路路基材料适用性的物理模型试验仍十分匮乏。
本研究旨在评估HWP作为高速公路路基填料的适用性，并阐明其在长期浸水和间歇性静态超载作用下的性能表现。
**主要技术方法概述**
研究人员在安徽省黄山市祁门县建设了一个包含未处治HWP与2%水泥改良HWP（CIHWP）两个对照断面的足尺路基模型，模型长70 m、基底宽15.5 m、顶宽6.5 m、高3.0 m，边坡比1:1.5，由下路堤（2.1 m）和上路堤（0.9 m）组成。模型配备了地下水位控制系统、人工降雨模拟器和监测站。施工期依据中国公路设计与施工规范（JTG/T 3610-2019），采用26 t振动压路机进行压实，测定了压实度、动态变形模量（??
????）和加州承载比（CBR）。施工完成后，沿路基中心线和边坡布设了25个土压力计（EPC）、10个孔隙水压力计（PWP）、14个体积含水率传感器（VWC）、2个伸缩管式沉降计和4个沉降板，对土压力、孔隙水压力、体积含水率和分层沉降进行连续监测。边界条件设置为：先静置30天，随后在断面III和IV中心线停放两辆26 t振动压路机作为静态超载共7天（每日18:00至次日8:00），之后向试验池注水约300 m3并维持水位58天以浸水路堤，排水2天后重复施加静态超载。
**研究结果**
***3.1 施工期压实质量***
在相同振压遍数下，CIHWP断面的压实度高于HWP断面；两断面压实度均随遍数增加而增大，但7遍后变化趋缓。HWP和CIHWP路基的最终??
????值分别为45.2 MPa和72.6 MPa。HWP路基在93%压实区和94%压实区的CBR分别为6.2%和7.8%，而CIHWP路基相应区域的CBR分别达13.4%和19.6%。此外，随着压实遍数增加，HWP集料中60–20 mm颗粒含量减少15.6%，20–5 mm颗粒含量增加14.1%，自第7遍后集料级配由良好变为不良。
***3.2 土压力响应***
在HWP路基中，土压力波动较CIHWP显著。浸水约710 h（30天）后，深度180、240、300 cm处的竖向土压力出现逐渐显著的波动性降低；浸水约1098 h（46天）后，深度120、60、40 cm处出现轻微增荷。排水后各深度土压力均有不同程度下降。试验结束时，超载引起的土压力增量在多数测点基本不变，其中T4-4最大变化达14.4 kPa。水平方向，HWP路基坡脚附近的T4-12和T4-13对浸水响应敏感，蓄水后其绝对值迅速减小、排水后迅速增大；T4-9和T4-11分别于浸水约95 h和145 h后出现轻微波动。CIHWP路基中，仅坡脚附近测点（T3-12、T3-13）出现相似但量和速率较小的响应，T3-9和T3-11全程无响应。
***3.3 水力传感器响应***
HWP路基中，体积含水率传感器自坡脚向路基中心依次响应，浸水期间全部达到最大值；排水开始后，H4-9和H4-8读数快速下降，其余传感器保持在峰值附近。孔隙水压力传感器在浸水期间均记录到正压力增大，自坡脚向中心最大读数依次为9.7、6.3、4.4、3.1和4.4 kPa；排水开始后，K4-9和K4-8迅速降至0 kPa，其余传感器持续53–159 h正压。CIHWP路基中仅3个VWC传感器和2个PWP传感器在浸水期间响应，其中H3-3在浸水1304 h（54天）后才出现轻微增大，比HWP路基中对应位置（H4-7）的响应滞后约50天；K3-4记录到的最大孔隙水压力比K4-4低2 kPa。沿HWP路基中心线，VWC传感器自下而上依次响应，60 cm高程处检测到最大变化。
***3.4 变形***
两断面在初始30天静置期均产生一定沉降，沉降随深度减小而增大，受静态超载影响显著，坡肩沉降明显小于路基中心。HWP路基变形更大且波动更明显。在HWP路基中，浸水期间发生抬升，45–240 cm深度处最大抬升量为0.6–1.0 mm；排水后在静态超载作用下，各深度沉降较浸水前显著增大，自下至上增量分别为240 cm处0.4 mm、180 cm处1.3 mm、120 cm处1.6 mm、60 cm和45 cm处各1.8 mm。CIHWP路基各深度沉降在浸水前后变化很小。
**总结与讨论**
关于压实质量，反复压实会改变易破碎集料的颗粒级配，初始级配良好的材料可能变为不良级配而限制进一步的压实改善。HWP集料在前6遍压实中保持良好级配，第7遍后变为不良级配，这解释了压实度与??
????约6遍后提升有限的原因。CIHWP中颗粒间胶结可能减弱了颗粒破碎效应并有利于压实，因此在相同压实度下表现出更高的CBR和??
????值。未经处治的HWP最大压实度低于96%，直接用于96%压实区可能受限，但两种材料经适当压实均能满足93%和94%压实区的设计要求。
浸水对HWP路基产生了显著影响：浸水初期水自坡脚渗入，增大路基下部的孔隙水压力和浮力，引起竖向土压力减小和局部抬升；排水后孔隙水压力逐渐消散，与饱和相关的附加土压力变化和抬升也随之减小。基于响应时序分析，浸润自坡脚向路基内部及自下向上渐进发展，HWP路基的浸润速率约为0.63–3.1 cm/h，浸润区和饱和区分别约占断面的88%和28%；CIHWP路基的浸润速率约为0.16 cm/h，浸润区和饱和区分别约占12%和6%。以体积含水率约28%为显著软化阈值估算，HWP路基的软化区约占76%。上述结果表明，水泥改良有效限制了水分迁移，减小了湿化和软化空间范围，这可能归因于胶结作用改善了颗粒骨架稳定性并降低了优先流路径的连续性，但本试验未直接测量渗透系数和孔径分布，尚无法定量区分各因素的相对贡献。此外，湿化和软化的空间非均匀性可能导致刚度差异和差异变形，在后续荷载作用下增加局部开裂敏感性，但本试验未直接监测开裂现象。
工程建议方面：应避免过度压实以提高施工效率、降低成本能耗，对于本研究所用26 t压路机，HWP在93%和94%压实区的推荐压实遍数分别为5遍和6遍；在地下水埋深较大且无长期浸水的路段，HWP可在采取有效防水和排水措施的前提下不经水泥改良直接使用；对于长期浸水或高地下水位的路段，不建议直接使用未处治HWP，若必须使用则应采取加固措施。本足尺试验中2%水泥在试验条件下提供了满意的加固效果，可作为低水泥掺量处理方案参考，但加固后仍需采取防水排水措施，宜在预期浸水位附近铺设不透水土工膜或其他低渗透性屏障，以限制水分向上迁移并降低上覆路基软化风险。
研究结论为：HWP作为路基填料的适用性取决于其材料特性和路段水文地质条件；在本研究试验条件下，未经处治的HWP适用于排水良好的路段，而预期长期湿化的路段则应考虑加固和水控制措施。这些发现为HWP路基施工中的材料选择、压实控制、加固设计和水分管理提供了实用指导。需要注意，本试验仅包含一个HWP断面和一个CIHWP断面，属于受控工程对比而非统计重复试验，且停放的压路机施加的是间歇性持续静态超载，未模拟实际交通中的移动或循环荷载，因此研究结果应在具体的材料来源、模型几何、施工工艺、浸水时长及水力与荷载边界条件下进行解读，进一步的重复足尺试验和多源HWP及重复交通荷载试验仍有待开展。
