專利名稱：公路土基回彈模量參數(shù)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材 料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種公路土基回彈模量參數(shù)確定方法。
背景技術(shù)：
結(jié)合新一輪公路浙青路面設(shè)計(jì)規(guī)范要求，公路設(shè)計(jì)時(shí)路面各層材料參數(shù)均取動(dòng)參數(shù)，即在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，路面各層回彈模量值由原來的靜態(tài)回彈模量換為動(dòng)態(tài)回彈模量。對于路基來說，要獲得路基土動(dòng)態(tài)回彈模量值，需做動(dòng)三軸試驗(yàn)，目前能做動(dòng)三軸試驗(yàn)的儀器有動(dòng)三軸儀、大型材料試驗(yàn)機(jī)(MTS、UTM)，這三種試驗(yàn)儀器的共同點(diǎn)為設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、試驗(yàn)流程繁瑣。但進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要在公路沿線收集大量土樣進(jìn)行試驗(yàn)，采用實(shí)測方法獲得路基回彈模量參數(shù)不好實(shí)現(xiàn)，即實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)無法完全采用實(shí)測的方法來獲得回彈模量參數(shù)。國內(nèi)外對與路基回彈模量預(yù)估有多種方法，本構(gòu)模型預(yù)估方法根據(jù)所選應(yīng)力變量的不同可分為3類僅考慮剪切影響的模型、僅考慮側(cè)限影響的模型和綜合考慮兩種影響的復(fù)合模型。剪切類模型包括雙線性模型(Bilinear Model)、雙曲性模型(HyperbolicModel);側(cè)限類模型包括圍壓模型、K- Θ模型；復(fù)合類模型包括Uzan模型、Tam-BiOwn模型、八面體剪應(yīng)力模型、Superpave性能模型?；谖镄灾笜?biāo)的預(yù)估方法有USDA公式、Mississippi 模型 I、Kim 模型、Mississippi 模型 2。國內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)在深入分析回彈模量主要影響因素(土組類型、含水量、壓實(shí)度和應(yīng)力狀況等)的基礎(chǔ)上，分別從路基土的應(yīng)力狀況、土組基本物理性質(zhì)和指標(biāo)等不同角度出發(fā)，建立了相應(yīng)的回彈模量預(yù)估模型。本構(gòu)模型從應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的角度，在回彈模量與應(yīng)力狀態(tài)之間建立函數(shù)關(guān)系，因而具有普適性，主要缺點(diǎn)在于僅考慮了體應(yīng)力或剪應(yīng)力對材料回彈模量的影響。事實(shí)上，大部分土與粒料的模量既隨圍壓增加而增大，也隨剪應(yīng)力增加而減小，即回彈模量不僅是體應(yīng)力的函數(shù)，也是剪應(yīng)力或偏應(yīng)力的函數(shù)?；谖镄灾笜?biāo)的預(yù)估模型考慮了土組因素的影響，但回彈模量值不僅與應(yīng)力水平有關(guān)，與土組物性參數(shù)同樣關(guān)系密切。綜合分析，國內(nèi)外雖然在路基土回彈模量參數(shù)預(yù)估上取得了一些成果和不少有益的經(jīng)驗(yàn)，但這些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的使用有其局限性，使用時(shí)需考察使用條件與公式建立條件的相似性，不好操作，適用性差，不能準(zhǔn)確預(yù)估回彈模量值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種路基土回彈模量參數(shù)確定技術(shù)，該技術(shù)預(yù)估的回彈模量值準(zhǔn)確度高、適應(yīng)性強(qiáng)，可大大降低回彈模量參數(shù)取值的難度，減少相應(yīng)的工作量，削減工程設(shè)計(jì)費(fèi)用。本發(fā)明的技術(shù)方案一種公路土基回彈模量參數(shù)確定方法，它包括以下步驟
(I)采用國際通用BISAR計(jì)算軟件結(jié)合路面結(jié)構(gòu)與行車荷載計(jì)算得到路面結(jié)構(gòu)下路基應(yīng)力水平[P，τ oJ，根據(jù)路基所處深度結(jié)合《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》，確定路基壓實(shí)度范圍CD。(2)在公路通過區(qū)域，選取典型路基土樣，可同時(shí)選取多個(gè)典型土樣，檢測典型土樣的物性指標(biāo)，包括液限和含水量。采用液塑限聯(lián)合測定儀檢測典型土樣的液限，采用電熱鼓風(fēng)干燥箱以及精密天平檢測典型土樣的含水量，嚴(yán)格按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40-2007)提供的液限、含水量相應(yīng)的檢測方法進(jìn)行檢測。不同典型土樣，得到的回彈模量值不同；
(3)根據(jù)步驟2的參數(shù)，結(jié) 合模型參數(shù)匕的預(yù)估公式，得到模型參數(shù)匕的范圍[kn，ki2](i=l,2, 3)；
模型參數(shù)h的預(yù)估公式見式1-3 Ii1=-O. 142+0. 009 X CD-0. 025 X w+0. 005 XLL (式 I) k2=-0. 448+0. 003 X CD+0. 025 X w-0. 026 XLL (式 2 ) k3=l. 070+0. 006 X CD-0. 085 X w-0. 056 X LL (式 3)
(4)根據(jù)I和3按照公路土基回彈模量預(yù)估公式，得到所取土樣的兩個(gè)路基回彈模量值Me,將兩個(gè)模量值取平均值，得到所取公路土基回彈模量值，回彈模量預(yù)估公式見式4。Mr=U1Pii ^ + 1 Cpa=IOOkPa) (式 4)
KpJ U- J
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明提出了路基土回彈模量參數(shù)確定方法克服了實(shí)測回彈模量值遇到的設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、試驗(yàn)流程繁瑣的缺點(diǎn)；本發(fā)明提出的回彈模量預(yù)估模型克服了其他預(yù)估模型需考察使用條件與公式建立條件相似性、適用性差，不好操作的缺點(diǎn)，同時(shí)也結(jié)合了公路所在區(qū)域的土質(zhì)類型特性，本發(fā)明大大降低回彈模量參數(shù)取值的難度，既節(jié)約了設(shè)計(jì)成本、又提高了設(shè)計(jì)速度。
具體實(shí)施例方式一種公路土基回彈模量參數(shù)確定方法，它包括以下步驟
(1)根據(jù)公路等級結(jié)合典型路面結(jié)構(gòu)，確定路基應(yīng)力水平
,及路基壓實(shí)度范圍CD ；
例如XX高速公路，結(jié)合高速公路典型路面結(jié)構(gòu)，采用BISAR計(jì)算軟件計(jì)算得到路基應(yīng)力水平為[55，4. 714]，根據(jù)路基所處深度確定壓實(shí)度CD ；
(2)在公路通過區(qū)域，選取典型路基土樣，檢測典型土樣的物性指標(biāo)，包括液限和含水
量;
XX高速公路地處黃土高原北部，沿線土質(zhì)類型多為低液限粉質(zhì)粘土或粉土。在線路經(jīng)過區(qū)域選擇典型路基土樣低液限粉質(zhì)粘土和粉土，可同時(shí)選取多個(gè)典型土樣，采用液塑限聯(lián)合測定儀檢測典型土樣的液限，采用電熱鼓風(fēng)干燥箱及精密天平檢測典型土樣的含水量。不同典型土樣，得到的回彈模量值不同。參數(shù)值見表I。表I XX高速公路典型土質(zhì)物性指標(biāo)及壓實(shí)度范圍
物性指標(biāo)I低液限粉質(zhì)粘土 I粉土
LL (%)29. 8_30. 2
~ω (%)16. 810. 4
CD (%)丨93-96|93-96~(3)根據(jù)2結(jié)合模型參數(shù)Iii的預(yù)估公式，計(jì)算得到模型參數(shù)Iii的范圍[kn，ki2](i=l,2，3)；
模型參數(shù)h的預(yù)估公式見式1-3 Ii1=-O. 142+0. 009 X CD-0. 025 X w+0. 005 XLL (式 I) k2=-0. 448+0. 003 X CD+0. 025 X w-0. 026 XLL (式 2 ) k3=l. 070+0. 006 X CD-0. 085 X w-0. 056 X LL (式 3)
得到低液限粉質(zhì)粘土的參數(shù)h的范圍為Ic1 [O. 424，O. 451]，k2 [-0. 5238，-O. 5148]，k3[-1. 4688，-I. 4508]；
(4)根據(jù)I和3按照土基回彈模量預(yù)估公式，得到低液限粉質(zhì)粘土兩個(gè)路基回彈模量值崦[54. 19，57. 39],將兩個(gè)模量值取平均值，得到低液限粉質(zhì)粘土路基回彈模量55. 8MPa。回彈模量預(yù)估公式見式4。
權(quán)利要求
1.一種公路土基回彈模量參數(shù)確定方法，其特征是它包括以下步驟 (1)采用國際通用BISAR計(jì)算軟件結(jié)合路面結(jié)構(gòu)與行車荷載計(jì)算得到路面結(jié)構(gòu)下路基應(yīng)力水平[Θ，TtxJ,根據(jù)路基所處深度結(jié)合《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》，確定路基壓實(shí)度范圍CD ； (2)在公路通過區(qū)域，選取典型路基土樣，可同時(shí)選取多個(gè)典型土樣，檢測典型土樣的物性指標(biāo)，包括液限和含水量，采用液塑限聯(lián)合測定儀檢測典型土樣的液限，采用電熱鼓風(fēng)干燥箱以及精密天平檢測典型土樣的含水量，嚴(yán)格按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE40-2007)提供的液限、含水量相應(yīng)的檢測方法進(jìn)行檢測，不同典型土樣，得到的回彈模量值不同； (3)根據(jù)步驟(2)的參數(shù)，結(jié)合模型參數(shù)1^的預(yù)估公式，得到模型參數(shù)匕的范圍[kn，ki2] (i=l, 2，3)； 模型參數(shù)h的預(yù)估公式見式(1-3)Ii1=-O. 142+0. 009 X CD-0. 025 X w+0. 005 XLL (式 I)k2=-0. 448+0. 003 X CD+0. 025 X w-0. 026 XLL (式 2 )k3=l. 070+0. 006 X CD-0. 085 X w-0. 056 X LL (式 3) (4)根據(jù)(I)和(3)按照公路土基回彈模量預(yù)估公式，得到所取土樣的兩個(gè)路基回彈模量值Μκ，將兩個(gè)模量值取平均值，得到所取公路土基回彈模量值，回彈模量預(yù)估公式見式(4) (α ψ τ ψ Mk = k%p — ^-+1 (p -lOOkPa) (式 4)。 KpJ KPa J
全文摘要
本發(fā)明涉及一種公路土基回彈模量參數(shù)確定方法，它包括以下步驟(1)根據(jù)公路等級結(jié)合典型路面結(jié)構(gòu)，確定路基應(yīng)力水平[θ,τoct],及路基壓實(shí)度范圍CD；(2)在公路通過區(qū)域，選取典型路基土樣，檢測典型土樣的物性指標(biāo)，包括液限和含水量；(3)根據(jù)(2)結(jié)合模型參數(shù)ki的預(yù)估公式，計(jì)算得到模型參數(shù)ki的范圍[ki1,ki2](i=1,2,3)；(4)根據(jù)(1)和(3)按照土基回彈模量預(yù)估公式，計(jì)算得到兩個(gè)路基回彈模量值，將兩個(gè)模量值取平均值，得到代表性土質(zhì)路基回彈模量值。本技術(shù)可快速獲得路基回彈模量值，節(jié)省做動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)的費(fèi)用及時(shí)間，降低了試驗(yàn)操作的復(fù)雜程度，降低了回彈模量參數(shù)取值的難度，減少試驗(yàn)工程量，提高設(shè)計(jì)速度，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。
文檔編號G01N3/40GK102879286SQ20121025932
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者韓萍, 張曉燕, 段丹軍, 黃琴龍, 徐曉波 申請人:山西省交通科學(xué)研究院, 山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院