CN107764643A - 基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法，根据不同围压和偏应力下路基土动态三轴回弹模量及破坏强度试验，建立自变量为偏应力和破坏强度、因变量为动态回弹模量的路基土回弹模量应力依赖模型，如式(1)所示。该模型采用强度指标及偏应力双参数、通过函数关系表征了路基土动态回弹模量，有效避免了已有路基土回弹模量应力依赖模型忽略路基土强度所导致的路面结构计算分析结果不合理的问题。 E = f ( σ , R ) = K 1 ( σ d p a + 1 ) K 2 ( a · R b p a ) K 3 - - - ( 1 )

Description

基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法
技术领域
本发明主要涉及道路工程领域，特别涉及路面结构计算分析中路基土回弹模量的取值与确定问题。
背景技术
模量是路面结构计算分析中的关键参数之一，它的取值直接影响着受力分析结果。对于理想弹性体而言，模量是材料的固有属性，不随应力或应变的变化而改变，一般为定值，目前开展路面结构计算分析时，各结构层模量取值也为定值。然而，大量的室内和现场试验表明，由于组成物质的多样性和复杂性，路面材料通常表现出非均质性和各向异性，绝大多数路面材料的模量会随着应力或应变水平的变化而改变，表现出十分明显的应力或应变依赖特性，路面材料的模量并非定值，而是一个与应力或应变有关的函数表达式，即模量的应力或应变依赖模型。为了保证路面结构计算分析结果的合理性，有必要获得路面材料的应力或应变依赖模型，并据此开展路面结构计算分析。
路基土是一种典型的非线性材料，在重复荷载作用下主要表现出非线性弹塑性的特点，动态三轴试验得到的动态回弹模量也具有明显的应力依赖性，路基土强度、三轴试验偏应力和围压等都会对路基土回弹模量产生一定影响。目前已有的路基土动态回弹模量应力依赖模型，如：双线性模型、半对数模型、幂函数模型、双曲线模型、K-θ模型、Uzan模型、八面体剪应力模型、NCHRP 1-28A模型等，仅考虑三轴试验偏应力或围压与回弹模量的相关关系，往往忽略了路基土强度对回弹模量所产生的影响，导致模型并不能全面反映各主要因素的作用，据此开展路面结构计算分析的结果并不合理，需要对现有模型进行改进。
发明内容
针对上述不足，本发明提出一种基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法，采用强度指标及三轴试验偏应力双参数、通过函数模型表征路基土动态回弹模量，该方法较现有的定值模量更符合路面结构的实际情况。
基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法，包括如下步骤：
1)在不同围压(σ3)和偏应力(σd)下进行路基土动态三轴回弹模量试验；
2)在步骤1)的不同围压(σ3)下进行路基土三轴破坏强度试验；
3)将步骤1)和2)中的试验数据整理成自变量为偏应力和破坏强度，因变量为动态回弹模量的数据格式；
4)采用式(1)对步骤3)中的数据进行回归分析，可得到以式(1)表达的基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型；
式中：E——动态三轴回弹模量，单位为MPa；
σd——三轴试验偏应力，单位为MPa；
pa——大气压力，取0.10138MPa；
R——三轴破坏强度，单位为MPa；
a、b、K1、K2、K3——回归参数。
所述步骤1)和步骤2)中的不同围压(σ3)通常为3-5种水平，压力范围0<σ3≤0.5MPa。
所述步骤1)中的不同偏应力(σd)通常为5种水平，压力范围0<σd≤1.0MPa。
该模型采用强度指标及偏应力双参数、通过函数关系表征了路基土动态回弹模量，有效避免了已有路基土回弹模量应力依赖模型忽略路基土强度所导致的路面结构计算分析结果不合理的问题。
具体实施方式
以某路基土材料为例，说明基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法，具体步骤如下：
步骤1.进行不同围压(σ3)和偏应力(σd)下路基土动态三轴回弹模量试验。围压水平(σ3)为3种：0.14MPa、028MPa、042MPa，偏应力(σd)水平为5种：0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa，试验结果见表1。
表1某路基土动态三轴回弹模量试验结果
步骤2.采用步骤1中的围压水平，进行不同围压(σ3)下路基土三轴破坏强度试验，结果见表2。
表2某路基土三轴破坏强度试验结果
σ3/MPa 0.14 0.28 0.42
R/Mpa 0.076 0.103 0.130
步骤3.将步骤1和步骤2中的试验数据整理成自变量为偏应力和破坏强度，因变量为动态回弹模量的数据格式，见表3。
表3某路基土动态三轴回弹模量及破坏强度试验结果汇总表
步骤4.采用式(1)对表3中的数据进行回归分析，各回归参数数值见表4，代入式(1)可得到以式(2)表达的某路基土基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型。
E＝f(σ,R)＝157.2274·(9.8639·σd+1)-1.3721(R)0.4189 (2)
表4路基土三轴试验模式下应力依赖模型的回归参数
回归参数 a b K1 K2 K3 相关系数R2
数值 3.36331 0.24598 4.04214 -1.37211 1.70298 0.90

Claims (3)

1.基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法，包括如下步骤：
1)在不同围压σ3和偏应力σd下进行路基土动态三轴回弹模量试验；
2)在步骤1)的不同围压σ3下进行路基土三轴破坏强度试验；
3)将步骤1)和2)中的试验数据整理成自变量为偏应力和破坏强度，因变量为动态回弹模量的数据格式；
4)采用式(1)对步骤3)中的数据进行回归分析，得到以式(1)表达的基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型；
<mrow> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;sigma;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>p</mi> <mi>a</mi> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn> </msub> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>R</mi> <mi>b</mi> </msup> </mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>a</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>3</mn> </msub> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：E——动态三轴回弹模量，单位为MPa；
σd——三轴试验偏应力，单位为MPa；
pa——大气压力，取0.10138MPa；
R——三轴破坏强度，单位为MPa；
a、b、K1、K2、K3——回归参数。
2.根据权利要求1所述方法，围压σ3通常为3-5种水平，压力范围0<σ3≤0.5MPa。
3.根据权利要求1所述方法，偏应力σd通常为5种水平，压力范围0<σd≤1.0MPa。
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