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第二章 路基力学特点及影响因素 第一节 路基土的分类及工程性质 一、路基土的分类 依据颗粒组成、土的塑性指数和土质化学成分为4类11种 二、各种土的路用性质 (一)巨粒土 1.漂石——用作砌筑工程结构物,或破碎后用作混合材集料,不能用于路基填筑 2.卵石——用作砌筑工程结构物,或破碎后用作混合材集料,是强度和稳定性都好的路基填料,但是不能用于路基上层填筑 (二)粗粒土 1.砾类土——是强度和稳定性都好的路基填料,但是不建议用于路基上层填筑;级配和强度等性质优良的砾石或砂砾用作混合材集料(水泥混凝土或贫混凝土等) 2.砂类土 (1)砂——纯粹的砂是强度和稳定性都好的路基填料,同时也用于其他混合材集料,细砂或粉砂容易产生被动水携带、砂土液化或管涌,不适用于高路堤、沿河路堤和堤坝 (2)砂性土——是强度和稳定性都好的优良路基填料 (三)细粒土 1.粉质土——强度低,干缩,毛细作用强,是不良路基填料 2.粘质土——透水性小,干缩湿胀,不适用于水湿状况剧烈变化地区,可用于干旱地区路堤填筑或某些特殊部位,也可以用来与砂土拌合后形成砂性土使用 3.有机质土——不宜用作路基填料 (四)特殊土——不宜用作路基填料 第二节 公路自然区划划分 第三节 路基干湿类型 路基工作区 路基路面结构直接暴露在大气之中,经受着自然环境因素的影响。温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环境因素。路基路面结构的温度和湿度状况随周围环境的变化而变化,路基路面体系的性质与状态也随之发生变化。 路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 路基土和路面材料的体积随路基路面结构内温度和湿度的升降而引起膨胀和收缩。 路基路面结构的强度、刚度、及稳定性在很大程度上取决于路基的湿度变化。 面层的透水性对路基路面的湿度有很大影响,若采用不透水的面层结构,将减少降水和蒸发的影响。 路肩以下路基湿度的季节性变化对路面结构及以下的路基也有影响。 第三节 土基的力学强度特性 路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。在两种荷载共同作用之下,在一定深度范围内,路基土处于受力状态。正确的设计应使得路基所受的力在路基弹性限度范围内,而当车辆驶过后,路基能恢复原状,以保证路基相对稳定,路面不致引起破坏。 路基内任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的σZ和由土基自重引起的σB,两者共同作用。 在路基某一深度Za处,当车轮荷载引起的垂直应力σZ z与路基土自重引起的垂直应力σB相比所占比例很小,仅为1/10~1/5时,该深度Za范围内的路基称为路基工作区。在工作区范围内的路基,对干支承路面结构和车轮荷载影响较大,在工作区范围以外的路基,影响逐渐减少。 路基工作区内,土基的强度和稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要,对工作区深度范围内的土质选择,路基的压实度应提出较高的要求。 第四节 路基常见病害和影响路基稳定性的因素 一、路基常见病害 路基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。过大的塑性变形将导致各种沥青路面产生车辙和纵向不平整,对于水泥混凝上路面,路基土的塑性变形将引起板块断裂。弹性变形过大将使得沥青面层和水泥混凝土面板产生疲劳开裂。在路面结构总变形中,土基的变形占很大部分,约占70%~95% ,所以提高路基土的抗变形能力是提高路基路面结构整体强度和刚度的重要方面。 路基土在车轮荷载作用下产生的应变,不仅与荷载应力的大小有关,而且与荷载作用的持续时间有关,这是由于土颗粒之间力的传递以及土粒与土粒之间的相对移动都需要一定的时间。通常在施加荷载的初期,变形量随荷载持续时间的延长而增大,以后逐渐趋向稳定。 土基承受着车轮荷载的多次重复作用。每一次荷载作用之后,回弹变形即时消失。而塑性变形则不能消失,残留在上基之中。随着作用次数的增加,产生塑性变形的积累,总变形量逐渐增大。 一种情况是土体逐渐压密,每一次加载产生的塑性变形量愈来愈小,直至稳定,这种情况不致形成土基的整体性剪切破坏;另一种情况是荷载的重复作用造成了土体的破坏。 三、路基的强度和指标 用于表征土基承载力的参数指标有回弹模量、地基反应模量和加州承载比(CBR)等。 有两种承载板可以用于测定土基回弹模量,柔性压板测定与刚性压板测定。 加州承载比是早年由美国加利福尼亚州(California )提出的一种评定士基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并采用高质量标准碎石为标准,以它们的相对比值表示CBR值。 CBR试验设备有室内试验与室外试验两种。 试验时,用一个端部面积为19.35cm时的标准压头,以0.127cm/min的速度压入土中,记录每贯入0.254cm时的单位压力,直至压入深度达到1.27cm时为止。 标准压力值是用高质量标
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