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英文文献翻译（节选）
石灰稳定土壤和骨料的结构性能评估
第1卷：全国石灰协会调查结果摘要
Dallas N.Little
1999年1月5日
摘 要
这项研究有两个目标。首先是定义石灰稳定的路基和基层的结构和性能特征。 其次是定义实验室混合物设计和测试方案，以确保达到这些结构需求所必需的性能是机械设计/分析方法的一部分。预计这种方法将成为2002年AASHTO“路面设计指南”的一部分。
石灰稳定铺装层的材料特性和特性可以分为四类，已被确定为关键或性能关键。 这些类别是：（1）强度和永久变形；（2）弹性；（3）断裂和疲劳；（4）耐久性。 这些类别是基于详细比对综合文献以及未发表的研究和性能信息，并基于对NCHRP 1-37工作计划和1996年AASHTO路面设计研讨会的审查而确定的。
石灰稳定化通过降低可塑性和提供火山灰强度增益而使土壤质地和结构显着改善。石灰稳定的土壤和集料的长期强度的显著改善是可能的和可行的。并且，如此大幅度的强度提高已然可以满足各种用户机构所要求的常规强度。此外，改善后的强度已经通过广泛的实验室测试和现场测试得到了验证，当将石灰添加到反应性土壤或骨料时，预计强度能超过1,400kPa，这种强度等级已被确定为可为路面提供显着的结构性支承，而在某些土类中，极限抗压强度值甚至可以达7,000至10,000KPa。
通过石灰稳定火山灰反应性土壤而发展的强度提高水平，与稳定材料在重复交通载荷下产生永久变形（或车辙）可能性的显着减小有着直接的关系，这也是路面设计方法中的关键问题。由于许多未经处理的土壤和形成铺装层的集料具有不可接受的强度和抗变形能力，因此当用于新路面和现有土壤和集料层的回填时，石灰稳定是改善这些材料的结构属性的有吸引力的选择。
路面层的弹性或刚度特性决定了它们在路面系统内分布载荷诱导应力的效率，这是理论-经验设计方法的关键部分。与未处理的土壤或聚集体相比，石灰稳定化常常带来1,000％或更多的弹性模量或刚度增加，这种弹性模量的显著提高为路面系统提供了显着的结构性支持。实验室弹性模量测试（AASHTO T-274或类似方法）已经证实，该水平的模量改进发生在期望的施工现场含水率范围内，并且（从现场FWD测试）回弹模量的计算值通常落在210MPa和3,500MPa的范围内，另外，就应力分布而言，这种改善在结构上是有效的，但是硬脆性并不是十分明显以致引起过度的收缩开裂困扰。
例如，在德克萨斯州，澳大利亚，肯塔基州和北卡罗莱纳州的现场试验证实，石灰稳定的路基在非结合集料基层之下提供强有力的支持，石灰稳定路基正如试验所发现的一样，可提高无结合集料基层和全深度沥青层的性能。
有关学者对石灰稳定土和骨料在断裂和疲劳性能方面的性能进行了深入研究。这些疲劳特性可以通过稳定材料的无侧限抗压强度以及稳定铺装层中引起的拉伸挠曲应力而有效且可靠地近似求解。并且，这个求解的思路与流程可以被纳入混合设计路面分析协议和理论经验路面设计协议作为设计参考。设计石灰稳定铺装层是一项相对简单的任务，通过根据稳定层的强度性质适当地分配稳定的层厚，石灰稳定铺装层可抵抗因负荷引起的疲劳而造成的损坏。
所有类型的路面层都受到环境影响，任何路面层都易受这些因素的有害影响。 然而，文献和可用的性能数据表明，设计良好的稳定层可以有效抵抗这些影响，并且可以在多年中表现良好。一项研究（Kelley，1976）发现石灰稳定层具有非常好的表现，并且在40多年中保持了优异的强度性能。Thompson和Dempsey（1968,1969）和Little（1995）的广泛的实验室工作已经证明，通过石灰稳定改良的过程，土壤和骨料中的水分循环和冻融循环导致的强度损失速率通常得到显着改善。
因而，现在迫切的需要建立石灰土和石灰-集料混合物的设计方案，以确保设计可靠耐用的路面层。本报告根据以下步骤提出了这样一种方案：（1）选择与石灰反应的土壤或集料；（2）根据PH测试和抗压强度发展建立最佳石灰含量（考虑到水分-密度关系）；（3）通过毛细吸水试验并测量固化的石灰处理样品的表面介电值评估对水分引起的损害的抗性。
基于本协议中确定的无侧限抗压强度，设计者可以近似设计弹性模量（混合物强度和自然路基支撑的函数），疲劳损伤电位（基于负载引起的弯曲应力与弯曲强度的比率）和永久形变形势（基于负载引起的剪切应力与剪切强度之比）。
本报告第一卷总结了石灰稳定层的研究（包括实验室和现场），涉及以下关键性能：（1）强度和变形；（2）弹性；（3）断裂和疲劳；（4）耐久性。本卷的附录包含八个表格，总结了这些和其他研究。本报告第二卷更详细地介绍了第一卷中提出的研究，并对使用寿命周期分析进行了简要讨论，指出了AASHTO 2002指南需要适当考虑石灰稳定的亚层的结构改进并在进行此类分析时提供依据。
目 录
1.绪论
石灰稳定土可以显着改善路基的工程性能。基本上，工程中有两种改进形式：改良和稳定。几乎所有的细粒土都会在一定程度上发生改性，但是在中等至高塑性的粘土中会发生最显着的改善。改性主要是由于石灰（Ca（OH）2或熟石灰）提供的钙阳离子交换了吸附在粘土矿物表面上的正常存在的正二价的阳离子。在较高的PH环境中，石灰-水体系促进熟石灰与粘土矿物表面发生反应，也会引起路基土的改性；并且，在高PH环境中，粘土表面矿物学因其与钙离子反应形成水泥产物而发生改变。这些机制带来的结果是：可塑性降低，保水能力（干燥）降低，溶胀减少，稳定性以及构建坚固工作平台的能力提高。
当适量的石灰添加到反应性土壤中时，就会发生反应进而稳定路基土。稳定化与改良不同之处在于，长期强度增加的显着水平是通过火山灰的长期反应产生的。火山灰的这种反应是由于石灰中的钙与从粘土矿物表面溶解的铝酸盐和硅酸盐反应而形成硅酸钙水合物和铝酸钙水合物。这个反应可以很快开始，并对修正产生一些影响。 然而，研究表明，只要足够的石灰存在并且PH值仍然很高（约10以上），整个进程的火山灰反应可以持续很长时间，甚至可以长达数年。并且，由于这种长期的火山灰反应，当进行石灰稳定处理时，一些土壤会产生非常高的强度增加。火山灰反应和稳定的关键是，在进行反应性土壤和良好的混合设计时，拥有能够较好的指导操作的文件或设计方法。稳定带来的结果可以是弹性模量值非常显着的增加（在很多情况下为10倍或更多倍），剪切强度大幅度的提高（在一些情况下为20倍或更多倍），随着时间的迁移，强度增加持续，即使经过几十年的环境或负载损坏（自体愈合）和长期耐用性，并且在恶劣的环境条件下，情况依然如此。
改良的过程能够提供施工便利，同时也可以产生非常重要的结构改进，例如显着的承载能力（由CBR衡量）提升。在法国和英国，石灰被广泛用于改善上覆层的改良，干爽的气候下湿土的CBR改良率从低至1％（自然土壤）到15％至25％（改良土壤）是典型的。这样的改进提供了降低的路基湿度敏感性，更强的路基支撑层（更高的模量）以及通过更好的压实和路基的支撑能力产生更好的基层的能力。然而，从路面结构角度来看，石灰稳定的真正益处在于遵循了合理的混合物设计方案，其目标是提供耐久和永久的稳定。在这种情况下，弹性模量性能和剪切强度的提高可以在整个路面结构中提供显着的结构效益，即使是稳定后的弱粘土，也可以成为具有良好弹性的、耐车辙性强的支撑层。这样的结构层可以为集料基层的改进提供支持。这一点非常重要，因为骨料基础对应力敏感，并且依赖于基础路基的支撑能力，以促进良好的弹性和强度性能所必需的密封环境的发展。此外，这可以在理论上得到证明，并且已经在实地项目中得到了实践证明。
在目前的AASHTO设计方案中，石灰稳定的底基层或基层的性能有些难以评估，因为该系统中的结构贡献度——结构层系数不能被直接测量。然而，间接测定石灰稳定的底基层和基层的结构层系数，往往导致结构上巨大的工作量。随着理论——经验（M-E）方法的改变，这种需要间接评估石灰稳定层的结构性质的方法已经过时。在文章介绍的方法中，可测量的工程和材料属性（如回弹模量）将用于有限元或分层弹性路面模型，以评估稳定层内和整个路面结构内的荷载下的应力和应变分布。损伤的可能性将根据转换函数进行评估，这些转换函数将通过经验发展的关系将应力和应变与使用性能联系起来。例如，对于石灰稳定的底基层和基层的情况，层内的发生车辙的可能性可以通过重复加载三轴试验来评估，该试验限定了在选定的应力水平下累积的永久应变的速率，或者通过受力路面层内的应力和材料的剪切强度之间的关系也可以评估结构层的车辙风险。此外，也可以用M-E方法评估由进一步稳定的结构层为上覆基层和沥青表层提供的应力状态改善效果。换句话说，稳定层的效果在周围和相互作用层的力学响应中可见。
为了提供可靠的结构层，合理的稳定土混合物设计方法至关重要。这种方法必须计算路基土提供良好的耐久性，足够的防潮性、强度、弹性和疲劳性能所需的石灰含量。因而，本报告提供了一个协议，用于混合物设计和测试，以确保建立这些属性。
石灰在稳定新材料和填海工程中起着重要作用。并且，石灰已被有效地用于改良或回收粘土、粘土含量较高的集料基层，甚至粘土几乎没有或含量不明显的石灰质基层。在美国、南非和法国的工作之中，石灰质基层石灰稳定化的益处已经确立了，石灰稳定能够引起显着的强度改善，抗水性改善和弹性模量提升，与之同时，不将石灰质基层转化成易于开裂和收缩的刚性体系。
这项研究的主要目标是确定石灰稳定路基和基层的结构及性能特征。第二个目标是定义一个可用于帮助确保达到满足结构所需性能的实验室混合物设计和试验的协议。
该报告试图解决由两个重要专家团队的成员认定为关键的稳定层的属性：（1）1996年美国国家公路与运输协会设计指南研讨会和（2）1997年国家合作公路研究指导的集体讨论会计划（NCHRP）项目1-37。
这些属性包括：（1）强度属性，包括随时间发展的强度;（2）弹性性能，包括随时间发展的弹性模量;（3）重复加载时发生变形或产生累积损伤的可能性; （4）交通荷载和非交通荷载相关应力下的疲劳和断裂潜力;（5）稳定层对水的敏感性和（6）实验室和现场材料特性之间的关系——特别是弹性模量和强度。
2.AASHTO设计方案
2.1背景
AASHTO“路面结构设计指南（指南）”是美国使用的主要设计方法。原始指南于1961年发布，当时，“指南”的主要目标是继续提供用于制定路面设计标准和路面设计程序的信息。因此，形成各种路面设计背景的道路研究始终被设想为一种用于开发技术更新和改进的设计协议数据库。1972年发布了指南的第二个版本，其中只包括对原始版本的一些更改，包括覆盖层的设计方法。1981年版的指南将波特兰水泥混凝土（PCC）路面设计的最新标准包括在其内容之中。到目前为止，“指南”中最重要的一次修订是在1986年进行的，当时进行了14次重大修改。最具影响力的变化是将可靠性概念和选择弹性模量作为表征路基土承载力的手段。之后，1986年指南还更加重视使用弹性模量来为沥青混凝土表面，无结合的集料底基层和无结合的集料基层给定结构层系数值。这种方法还考虑了结构层系数对波特兰水泥稳定基层，粉煤灰稳定基层和沥青稳定基层的影响。此外，值得注意的是，就结构意义方面，石灰稳定的路基和石灰稳定基层在1986年指南的中都没有被提及。1986年指南中的其他重要升级是由于非交通环境影响（包括冻胀和膨胀粘土）造成的可用性损失的考虑因素。
1986年指南还包括一节关于上覆层策略以外的复原策略。这是重要的，因为现在的重点是修复，而不是开展新的路面施工。并且，1986年指南还包括一个关于机械设计的最新评论和立场声明。实质上，1986年指南虽然不是基于机械设计，但包含了准机械设计的某些方面，并为这一方向的未来发展奠定了
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