CN106480868A - 一种细粒土路基永久变形预估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细粒土路基永久变形预估方法，属于道路工程技术领域。击实试验确定路基土的最佳含水率；建立不同土质的永久应变预估模型；计算路基有效工作区深度并分层；计算不同深度处路基土的实际含水率和最佳含水率比值；计算有效工作区深度范围内路基土的受力状态；计算每层路基土的永久变形量；计算有效工作区内路基的永久变形。计算路基永久变形时考虑了路基土的含水率和实际受力状态，结果更合理，有利于提高路基耐久性。

Description

一种细粒土路基永久变形预估方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，涉及一种细粒土路基永久变形预估方法，尤其涉及一种考虑含水率和路基土实际受力状态的永久应变预估模型。

背景技术

随着经济的快速发展，交通量迅猛增加，对道路的服务功能提出了更高的要求。而预估路基土的永久变形量对路基的车辙预估具有重要意义。虽然已有学者对路基土的永久变形进行了许多研究，但是所提出的路基土永久应变预估模型没有同时考虑含水率和应力状态这两个对变形影响显著的因素，导致在计算路基永久变形时，无法考虑不同深度处路基土的受力状态和含水率对变形的影响，致使路基的永久变形量不能准确预估，严重影响了路基结构的耐久性。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种细粒土路基永久变形预估方法，解决了现有技术中存在的问题，考虑了路基土实际含水率和受力情形，能准确预估路基土的永久变形量。

本发明所采用的技术方案是，一种细粒土路基永久变形预估方法，具体按照以下步骤进行，

步骤a，根据现行土工试验方法确定最佳含水率w_omc；

步骤b，通过动三轴试验建立路基土永久应变预估模型，如式(1)所示：

式中：α₁，α₂，α₃，α₄，α₅为常数；N为荷载作用次数；

σ_oct为体应力，其中，σ_oct＝(σ₁+2σ₃)/3；

τ_oct为剪应力，

σ_atm为参考应力，为大气压力100kPa；w为实际含水率；σ₁为最大主应力，σ₃为最小主应力；

步骤c，计算路基工作区有效深度；路基工作区深度用轮载作用下产生的竖向应力σ_z与计算点位以上各层的自重应力p₀之比来确定：

n介于0.1～0.2之间，具体可根据规范或实际工程取值；然后根据实际情况将路基有效工作区深度划分为每层为10cm或15cm的薄层，第i层的层厚计为hi；

步骤d，确定不同深度处土的实际含水率w，计算实际含水率和最佳含水率的比值w/w_omc；

步骤e，计算不同深度处的路基土的实际受力状态；在进行应力分析计算时，不考虑温度和湿度因素变化引起的影响，荷载应力计算使用BISAR程序进行计算，并只计算荷载应力与自重应力；

1)确定计算点处的总垂直应力：

σ₁＝σ_z+p₀ (3)

式中：σ_z为轮载作用下产生的竖向应力，P₀为计算点位以上各层的自重应力；

2)确定计算点处的总侧向应力：

σ₃＝σ_x，y+k₀(p₀) (4)

式中：σ_x,y为轮载作用时所产生的水平应力，k₀为侧压力系数，μ为泊松比；

步骤f，使用步骤b、d、e确定的参数，根据式(1)计算第i薄层的永久应变ε_pi，乘以该层层厚hi即为该层的永久变形；

步骤g，将各个薄层的永久变形相加，得到路基最终的永久变形量；

式中：l为最终累积永久变形量，为第i个薄层的永久应变量。

进一步的，所述步骤b中，试验条件为：

偏应力分别为28kPa、48kPa、69kPa，围压分别为12kPa、28kPa、42kPa；含水率分别为w_omc、1.1w_omc和1.2w_omc，应包含所要计算路基土所处区域的平衡含水率；试件尺寸根据试验仪器可调，三轴试验试件的径高比为1：2；加载频率为1s，其中0.1s加载时间，0.9s间歇时间；加载次数不少于10000次；

根据试验结果拟合得到式(1)中的五个常数α₁、α₂、α₃、α₄、α₅。在进行拟合时，取第100、300、500、700、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000次结果进行拟合，若试验加载次数大于10000次，10000次以后的每5000次进行拟合。

本发明的有益效果是所提出的永久变形预估模型包含了加载次数、体应力、剪应力和含水率，综合考虑了路基土的受力状态和湿度状态。该模型可以计算路基有效工作区深度任意一厚度路基的永久应变，并采用分层计算方法得到路基的永久变形量。本发明在计算永久变形时，不仅考虑了路基土不同深度处的受力状态，还考虑了该位置的含水率对永久变形的影响，为准确计算路基土的永久变形提供了依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种细粒土路基永久变形预估方法，具体按照以下步骤进行：

某高速公路路面结构为面层沥青混凝土厚15cm，回弹模量为1200MPa，密度为1.85g/cm³，泊松比为0.3；基层水泥稳定碎石，厚度为25cm，回弹模量为1500MPa，密度为2.08g/cm³，泊松比为0.25；底基层级配碎石厚度为23cm，回弹模量为225MPa，密度为2.2g/cm³，泊松比为0.35；路基土为含砂高液限黏土，实测路基土含水量为21.6％，最佳含水量为18.8％，行车荷载作用次数为400万次。

计算过程如下：

(1)确定路基有效工作区深度：

通常路基工作区深度可用附加应力σ_z与自重应力p₀之比来确定：

n通常介于0.1～0.2之间，具体可根据规范或实际工程取值。本文中n取值为0.2，每隔0.15m深度取一个点处作为计算点，有效深度如表1所示。

(2)根据路基有效工作区深度，使用BISAR程序，计算轮载作用下产生的垂直应力σ_z与各层的自重应力p₀，计算出永久预估模型所需要的力学参数体应力σ_oct和剪应力τ_oct，计算结果如表1所示。

(3)计算实际含水率和最佳含水率比值：

将计算得到的实际含水率和最佳含水率的比值，以及体应力，剪应力代入所提出的永久应变预估模型(1)计算每层路基的永久应变，最后根据式(5)将各层变形量相加得到路基最终永久变形量。计算结果如表2所示。

表1路面结构不同深度时的路基土应力值

表2永久变形量计算结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种细粒土路基永久变形预估方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行，

步骤a，根据现行土工试验方法确定最佳含水率w_omc；

步骤b，通过动三轴试验建立路基土永久应变预估模型，如式(1)所示：

${\mathrm{\ϵ}}_p={\mathrm{\α}}_1{N}^{{\mathrm{\α}}_2}{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{oct}}{{\mathrm{\σ}}_{atm}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_3}{\left(\frac{{\mathrm{\τ}}_{oct}}{{\mathrm{\σ}}_{atm}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_4}{\left(\frac{w}{w_{omc}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_5}---\left(1\right)$

式中：α₁，α₂，α₃，α₄，α₅为常数；N为荷载作用次数；

σ_oct为体应力，其中，σ_oct＝(σ₁+2σ₃)/3；

τ_oct为剪应力，

σ_atm为参考应力，为大气压力100kPa；w为实际含水率；σ₁为最大主应力，σ₃为最小主应力；

步骤c，计算路基工作区有效深度，路基工作区深度用轮载作用下产生的竖向应力σ_z与计算点位以上各层的自重应力p₀之比来确定：

$\frac{{\mathrm{\σ}}_z}{p_0}\≤n---\left(2\right)$

n介于0.1～0.2之间，具体可根据规范或实际工程取值；然后根据实际情况将路基有效工作区深度划分为每层为10cm或15cm的薄层，第i层的层厚计为hi；

步骤d，确定不同深度处路基土的实际含水率w，计算实际含水率和最佳含水率的比值w/w_omc；

步骤e，计算不同深度处的路基土的实际受力状态；在进行应力分析计算时，不考虑温度和湿度因素变化引起的影响，荷载应力计算使用BISAR程序进行计算，并只计算荷载应力与自重应力；

1)确定计算点处的总垂直应力：

σ₁＝σ_z+p₀ (3)

式中：σ_z为轮载作用下产生的竖向应力，P₀为计算点位以上各层的自重应力；

2)确定计算点处的总侧向应力：

σ₃＝σ_x,y+k₀(p₀) (4)

式中：σ_x,y为轮载作用时所产生的水平应力，k₀为侧压力系数，μ为泊松比；

步骤f，使用步骤b、d、e确定的参数，根据式(1)计算第i薄层的永久应变ε_pi，乘以该层层厚hi即为该层的永久变形；

步骤g，将各个薄层的永久变形相加，得到路基最终的永久变形量；

$l={\mathrm{\Σ\ϵ}}_{p_i}\·h_i---\left(5\right)$

式中：l为最终累积永久变形量，为第i个薄层的永久应变量。

2.根据权利要求1所述的一种细粒土路基永久变形预估方法，其特征在于，所述步骤b中，试验条件为：

偏应力分别为28kPa、48kPa、69kPa，围压分别为12kPa、28kPa、42kPa；含水率分别为w_omc、1.1w_omc和1.2w_omc，应包含所要计算路基土所处区域的平衡含水率；试件尺寸根据试验仪器可调，三轴试验试件的径高比为1：2；加载频率为1s，其中0.1s加载时间，0.9s间歇时间；加载次数不少于10000次；

根据试验结果拟合得到式(1)中的五个常数α₁、α₂、α₃、α₄、α₅，在进行拟合时，取第100、300、500、700、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000次结果进行拟合，若试验加载次数大于10000次，10000次以后的每5000次进行拟合。