公路路基動強(qiáng)度設(shè)計方法及其在全風(fēng)化花崗巖路基中的應(yīng)用研究.pdf

1、路基路面結(jié)構(gòu)在運(yùn)營中主要承受交通車輛的作用，它的實(shí)際工作狀態(tài)與現(xiàn)行的靜態(tài)力學(xué)計算體系有較大的差距。汽車荷載是移動荷載，特別是重載汽車在路面不平順處對路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的動載作用。在這種重復(fù)荷載作用下，路基表現(xiàn)出疲勞特性，并會產(chǎn)生不可恢復(fù)的殘余塑性變形，這種殘余塑性變形主要由路基填料動強(qiáng)度與實(shí)際受到的動應(yīng)力水平所決定。因此，研究動態(tài)荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)的動力特性和路基動強(qiáng)度設(shè)計理論是公路交通技術(shù)的重要發(fā)展方向，具有重要的理論研究價值和

2、工程實(shí)際意義。近年來，不少道路工程中使用全風(fēng)化花崗巖作為路基填料，但目前對全風(fēng)化花崗巖許多路用性質(zhì)的研究尚少，更未見全風(fēng)化花崗巖動強(qiáng)度方面的報道。本文結(jié)合交通部優(yōu)秀青年專業(yè)技術(shù)人才專項經(jīng)費(fèi)項目“全風(fēng)化花崗巖路基動態(tài)特性及穩(wěn)定性研究”課題(批準(zhǔn)號：95-05-05-19)，在這方面開展了深入系統(tǒng)的研究。采用理論分析、有限元數(shù)值計算、室內(nèi)外試驗及模型試驗、實(shí)體依托工程建設(shè)與觀測等方法，系統(tǒng)研究這種路基的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，提出路基動強(qiáng)度設(shè)計方

3、法與靜動態(tài)指標(biāo)。主要內(nèi)容如下： (1)通過室內(nèi)試驗系統(tǒng)研究了全風(fēng)化花崗巖及其水泥穩(wěn)定土的工程性質(zhì)和化學(xué)成分，得到其工程性質(zhì)及擊實(shí)和壓實(shí)規(guī)律。建立了全風(fēng)化花崗巖CBR與液塑限、壓實(shí)度、含水量之間的相關(guān)關(guān)系，首次提出使用液塑限和全風(fēng)化花崗巖的分類作為路基填料適用范圍的主要判別指標(biāo)。全風(fēng)化花崗巖的物理力學(xué)特性和化學(xué)成分， (2)使用動三軸試驗研究全風(fēng)化花崗巖的動態(tài)力學(xué)特性如動強(qiáng)度、動模量及其隨應(yīng)力水平和荷載重復(fù)次數(shù)的變化規(guī)律。

4、 (3)首次通過三組大比例模型試驗，研究了路基應(yīng)力、變形隨交通動荷載大小及重復(fù)加載的變化規(guī)律。得到了全風(fēng)化花崗巖、全風(fēng)化花崗巖水泥穩(wěn)定土、全風(fēng)化花崗巖土工格室加筋路基和路面結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力應(yīng)變、累積變形隨加載次數(shù)的變化規(guī)律。 (4)分析總結(jié)了國內(nèi)外汽車荷載模型，提出了汽車振動彈簧模型、半正弦模型和集中力的移動半圓汽車荷載模型，用接觸單元方法分析模擬車—路面耦合振動，使得汽車荷載計算模型更加合理。 (5)采用Hamil

5、ton原理建立了汽車動荷載、路基路面結(jié)構(gòu)的耦合運(yùn)動方程，建立路基路面平面和三維有限元耦合力學(xué)分析模型，系統(tǒng)研究了路基路面結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)，分析了路基路面結(jié)構(gòu)動應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，以及應(yīng)力應(yīng)變隨行車速度、路基強(qiáng)度等因素影響的變化規(guī)律，得到了路基路面應(yīng)力應(yīng)變變化的時程曲線，為路基動強(qiáng)度設(shè)計提供了依據(jù)。 (6)提出了公路路基動強(qiáng)度設(shè)計理論方法，并首次應(yīng)用于全風(fēng)化花崗巖路基設(shè)計和實(shí)體工程建設(shè)中，確定了全風(fēng)化花崗巖路基動強(qiáng)度設(shè)計指標(biāo)，從動強(qiáng)度角

6、度評價了全風(fēng)化花崗巖及其水泥穩(wěn)定土作為高速公路路基填料的可行性和適用范圍，確定路基質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)及施工工藝。通過試驗路基實(shí)體工程施工及跟蹤觀測處理效果，驗證了動強(qiáng)度設(shè)計理論。 (7)在路基動強(qiáng)度設(shè)計方面，使用有限元技術(shù)對多種工況下路基路面應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了分析，從理論上分析了引起路面開裂的原因。根據(jù)影響公路使用品質(zhì)的因素，確定了控制路基應(yīng)變破壞標(biāo)準(zhǔn)的兩個主要方面：一是路基本身的破壞，另一是路基應(yīng)變發(fā)展到一定階段引起路面開始破壞。

7、 (8)通過比較《公路路基設(shè)計規(guī)范》所要求的CBR和彈性模量值與路基動強(qiáng)度設(shè)計指標(biāo)，兩者所要求的一致。在路基動強(qiáng)度設(shè)計時，路基填料的路用工程性質(zhì)不但與CBR值有關(guān)，而且受動強(qiáng)度控制，應(yīng)同時使路基的動強(qiáng)度滿足要求。 (9)通過理論研究和現(xiàn)場沉降實(shí)測資料的分析，深入探討了全風(fēng)化花崗巖路基的沉降規(guī)律，提出了后期沉降預(yù)測公式。 (10)從理論和試驗方面論證了全風(fēng)化花崗巖作為路基填料的可靠性，提出了全風(fēng)化花崗巖路基設(shè)計與施工指南