路基土非饱和特性与回弹模量预估模型.pdf

第1章绪论 第1章绪论 1．1研究背景 在沥青路面力学一经验设计方法中，一般采用回弹模量来表征路基的力学特性， 因而，回弹模量的准确预估和合理取值是完善沥青路面设计参数体系的一项核心内 容。 对处于特定状态的各类路基土来说，影响其模量值的主要因素是湿度状况和应 力水平【1】，且二者存在一定的耦合效应，因此，回弹模量的预估或修正应同时考虑 两者的影响，以提高预估的准确性。目前，路基土回弹模量取值及相应的预估方法 主要存在以下问题： (1)就预估模型而言，经验模型由于受试验土样的限制，往往不具有普适性， 无法推广应用；本构模型虽摒弃土样的差异，从应力．应变关系的角度在回弹模量与 应力状态之间建立函数关系，然而本构模型多将应力水平和湿度的影响分离，对于 湿度影响多通过模型参数或者引入环境影响修正系数予以反映，与路基实际工作状 况不尽相符。 (2)就湿度表征指标而言，目前国际上多采用含水量、饱和度等指标来表征路 基湿度状况。然而，这些指标用于预估路基湿度及其对模量的影响时，存在一些问 题【2】：①对土组性质(土组类型、粘粒含量等)过于敏感，变异性大，易导致沿深 度分布的不连续性，难以预估；②与周围环境因素相关性不高，因而无法准确反映 地下水位、气候条件等对路基湿度及回弹模量的影响。 另一方面，随着非饱和土力学的发展，国际上关于基质吸力、含水量(饱和度)、 回弹模量三者之间相互影响规律的研究取得了较大进展。研究表明，相对于常规指 标，采用基质吸力能更加准确有效的预估路基的湿度状况【2】，且与回弹模量有更好 的相关性【31。 鉴于以上情况，本文依托交通部西部交通建设科技项目“新疆地区路面覆盖效 应对路基性能影响研究”，对路基湿度、基质吸力及回弹模量三者相互关系展开深入 研究，提出可全面反映应力状态及湿度耦合影响的回弹模量预估模型，以解决现有 回弹模量取值及预估方法中存在的一些问题，为现行相关规范的修订和后续公路建 设提供技术储备。 第1章绪论 1．2国内外研究现状 1．2．1回弹模量的本构模型 本构模型从应力．应变关系的角度，在回弹模量与应力状态之间建立函数关系， 因而具有普适性。模型根据所选应力变量的不同可分为3类：仅考虑剪切影响的模 型、仅考虑侧限影响的模型和综合考虑两种影响的复合模型。 1．2．1．1剪切类模型 (1)双线性模型 的关系，如式(1．1)： MR=k2+k3(kI一盯d) (-一-) 乏三Z (七。。，屯。，毛s。，颤o) MR=k2+k4(trd—k1) 料回弹性质的良好指标，而其他3个常数变异性小，对路面响应的影响程度小于忽。 根据岛可将细粒土划分为很软、软、中、硬4级。 (2)双曲性模型(HyperbolicModel) 示路基土的本构关系。一般而言，双曲线模型较半对数模型更精确。 MR：—a+b—od (1．2) 盯d 式中，6=MR(％一)(渐近线)。 (3)幂指数模型(Power-law Model)tTl M足=kl(％)b (1-3) 式中，kl0，k2SO(表示应力软化，随偏应力增加而模量降低)。 在log．109坐标系中，幂指数模型公式能转化为直线方程： logMR=logkl+七2logoa，确定参数时进行线性回归即可。 2 第1章绪论 1．2．1．2侧限类模型 (1)围压模型 Durflap(1963)【8】的研究表明，只要重复偏应力不引起过大的塑性变形，粒料的