本發(fā)明屬于道路工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)粒土路基永久變形預(yù)估方法，尤其涉及一種考慮含水率和路基土實(shí)際受力狀態(tài)的永久應(yīng)變預(yù)估模型。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量迅猛增加，對(duì)道路的服務(wù)功能提出了更高的要求。而預(yù)估路基土的永久變形量對(duì)路基的車轍預(yù)估具有重要意義。雖然已有學(xué)者對(duì)路基土的永久變形進(jìn)行了許多研究，但是所提出的路基土永久應(yīng)變預(yù)估模型沒(méi)有同時(shí)考慮含水率和應(yīng)力狀態(tài)這兩個(gè)對(duì)變形影響顯著的因素，導(dǎo)致在計(jì)算路基永久變形時(shí)，無(wú)法考慮不同深度處路基土的受力狀態(tài)和含水率對(duì)變形的影響，致使路基的永久變形量不能準(zhǔn)確預(yù)估，嚴(yán)重影響了路基結(jié)構(gòu)的耐久性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種細(xì)粒土路基永久變形預(yù)估方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，考慮了路基土實(shí)際含水率和受力情形，能準(zhǔn)確預(yù)估路基土的永久變形量。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種細(xì)粒土路基永久變形預(yù)估方法，具體按照以下步驟進(jìn)行，

步驟a，根據(jù)現(xiàn)行土工試驗(yàn)方法確定最佳含水率w_omc；

步驟b，通過(guò)動(dòng)三軸試驗(yàn)建立路基土永久應(yīng)變預(yù)估模型，如式(1)所示：

式中：α₁，α₂，α₃，α₄，α₅為常數(shù)；N為荷載作用次數(shù)；

σ_oct為體應(yīng)力，其中，σ_oct＝(σ₁+2σ₃)/3；

τ_oct為剪應(yīng)力，

σ_atm為參考應(yīng)力，為大氣壓力100kPa；w為實(shí)際含水率；σ₁為最大主應(yīng)力，σ₃為最小主應(yīng)力；

步驟c，計(jì)算路基工作區(qū)有效深度；路基工作區(qū)深度用輪載作用下產(chǎn)生的豎向應(yīng)力σ_z與計(jì)算點(diǎn)位以上各層的自重應(yīng)力p₀之比來(lái)確定：

n介于0.1～0.2之間，具體可根據(jù)規(guī)范或?qū)嶋H工程取值；然后根據(jù)實(shí)際情況將路基有效工作區(qū)深度劃分為每層為10cm或15cm的薄層，第i層的層厚計(jì)為hi；

步驟d，確定不同深度處土的實(shí)際含水率w，計(jì)算實(shí)際含水率和最佳含水率的比值w/w_omc；

步驟e，計(jì)算不同深度處的路基土的實(shí)際受力狀態(tài)；在進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算時(shí)，不考慮溫度和濕度因素變化引起的影響，荷載應(yīng)力計(jì)算使用BISAR程序進(jìn)行計(jì)算，并只計(jì)算荷載應(yīng)力與自重應(yīng)力；

1)確定計(jì)算點(diǎn)處的總垂直應(yīng)力：

σ₁＝σ_z+p₀ (3)

式中：σ_z為輪載作用下產(chǎn)生的豎向應(yīng)力，P₀為計(jì)算點(diǎn)位以上各層的自重應(yīng)力；

2)確定計(jì)算點(diǎn)處的總側(cè)向應(yīng)力：

σ₃＝σ_x，y+k₀(p₀) (4)

式中：σ_x,y為輪載作用時(shí)所產(chǎn)生的水平應(yīng)力，k₀為側(cè)壓力系數(shù)，μ為泊松比；

步驟f，使用步驟b、d、e確定的參數(shù)，根據(jù)式(1)計(jì)算第i薄層的永久應(yīng)變?chǔ)?sub>pi，乘以該層層厚hi即為該層的永久變形；

步驟g，將各個(gè)薄層的永久變形相加，得到路基最終的永久變形量；

式中：l為最終累積永久變形量，為第i個(gè)薄層的永久應(yīng)變量。

進(jìn)一步的，所述步驟b中，試驗(yàn)條件為：

偏應(yīng)力分別為28kPa、48kPa、69kPa，圍壓分別為12kPa、28kPa、42kPa；含水率分別為w_omc、1.1w_omc和1.2w_omc，應(yīng)包含所要計(jì)算路基土所處區(qū)域的平衡含水率；試件尺寸根據(jù)試驗(yàn)儀器可調(diào)，三軸試驗(yàn)試件的徑高比為1：2；加載頻率為1s，其中0.1s加載時(shí)間，0.9s間歇時(shí)間；加載次數(shù)不少于10000次；

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合得到式(1)中的五個(gè)常數(shù)α₁、α₂、α₃、α₄、α₅。在進(jìn)行擬合時(shí)，取第100、300、500、700、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000次結(jié)果進(jìn)行擬合，若試驗(yàn)加載次數(shù)大于10000次，10000次以后的每5000次進(jìn)行擬合。

本發(fā)明的有益效果是所提出的永久變形預(yù)估模型包含了加載次數(shù)、體應(yīng)力、剪應(yīng)力和含水率，綜合考慮了路基土的受力狀態(tài)和濕度狀態(tài)。該模型可以計(jì)算路基有效工作區(qū)深度任意一厚度路基的永久應(yīng)變，并采用分層計(jì)算方法得到路基的永久變形量。本發(fā)明在計(jì)算永久變形時(shí)，不僅考慮了路基土不同深度處的受力狀態(tài)，還考慮了該位置的含水率對(duì)永久變形的影響，為準(zhǔn)確計(jì)算路基土的永久變形提供了依據(jù)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本發(fā)明方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種細(xì)粒土路基永久變形預(yù)估方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

某高速公路路面結(jié)構(gòu)為面層瀝青混凝土厚15cm，回彈模量為1200MPa，密度為1.85g/cm³，泊松比為0.3；基層水泥穩(wěn)定碎石，厚度為25cm，回彈模量為1500MPa，密度為2.08g/cm³，泊松比為0.25；底基層級(jí)配碎石厚度為23cm，回彈模量為225MPa，密度為2.2g/cm³，泊松比為0.35；路基土為含砂高液限黏土，實(shí)測(cè)路基土含水量為21.6％，最佳含水量為18.8％，行車荷載作用次數(shù)為400萬(wàn)次。

計(jì)算過(guò)程如下：

(1)確定路基有效工作區(qū)深度：

通常路基工作區(qū)深度可用附加應(yīng)力σ_z與自重應(yīng)力p₀之比來(lái)確定：

n通常介于0.1～0.2之間，具體可根據(jù)規(guī)范或?qū)嶋H工程取值。本文中n取值為0.2，每隔0.15m深度取一個(gè)點(diǎn)處作為計(jì)算點(diǎn)，有效深度如表1所示。

(2)根據(jù)路基有效工作區(qū)深度，使用BISAR程序，計(jì)算輪載作用下產(chǎn)生的垂直應(yīng)力σ_z與各層的自重應(yīng)力p₀，計(jì)算出永久預(yù)估模型所需要的力學(xué)參數(shù)體應(yīng)力σ_oct和剪應(yīng)力τ_oct，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

(3)計(jì)算實(shí)際含水率和最佳含水率比值：

將計(jì)算得到的實(shí)際含水率和最佳含水率的比值，以及體應(yīng)力，剪應(yīng)力代入所提出的永久應(yīng)變預(yù)估模型(1)計(jì)算每層路基的永久應(yīng)變，最后根據(jù)式(5)將各層變形量相加得到路基最終永久變形量。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1路面結(jié)構(gòu)不同深度時(shí)的路基土應(yīng)力值

表2永久變形量計(jì)算結(jié)果

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。