[发明专利]基于基质吸力和最小体应力的路基土回弹模量预估方法

说明书

本发明公开了基于基质吸力和最小体应力的路基土动态回弹模量预估方法，用压力板仪测定路基土的基质吸力，建立土水特征曲线，得到不同压实度下模型参数；用动三轴仪进行回弹模量试验，得到路基土回弹模量值；建立路基土基质吸力与回弹模量的对数函数关系方程；最后提出了考虑基质吸力、最小体应力和八面体剪应力的路基土动态回弹模量预估方法。该方法既能同时考虑路基土湿度状态和应力状态，且建立的预估模型物理意义明确、结构简单，采用常规的动三轴试验设备即可确定模型参数，易于推广应用。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别是涉及一种基于基质吸力和最小体应力的路基土动态回弹模量预估方法。

背景技术

动态回弹模量作为路面设计中路基土刚度参数，反映了路基土在行车荷载作用下的应力-应变非线性特性。我国现行《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)将动态回弹模量作为路面设计的路基刚度参数，并给出了三种回弹模量的确定方法。

第一种是查表法，但给出的各土质建议回弹模量变化范围大，无法通过表格准确查找给定土质的回弹模量值。

第二种方法是根据CBR与回弹模量经验公式计算得到路基回弹模量值。该方法对不同土质的适用性较差。

第三种方法是开展路基土的动三轴试验，进而采用NCHRP 1-28A三参数模型进行路基土回弹模量预估。虽然NCHRP 1-28A三参数模型具有模型参数少、对不同土质适应性强等特点，但该模型无法直观反映路基土湿度状态和应力状态对回弹模量的影响。

目前国内外很多学者建立了一些直观反映路基土湿度状态和应力状态的回弹模量预估模型，但要么模型复杂，参数获取困难；要么需要专门的试验设备。这些均制约了提出的路基土回弹模量预估方法的推广和应用。此外，对于应力状态的选取还存在一定的不足之处，需要进一步的优化。

本文采用仅仅反映土样硬化的最小体应力代替通常采用的体应力，体应力同时反映了土样的硬化和软化这两个矛盾的因素，不科学的问题；因此，本文改进了应力变量的选取。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于基质吸力和最小体应力的路基土动态回弹模量预估方法，回弹模量预估模型既能同时考虑路基土湿度状态和应力状态，且模型参数少，易于确定；同时，模型中的最小体应力反映了行车荷载对路基土的侧限约束作用导致的刚度硬化，八面体剪应力反映力了行车荷载对路基土剪切效应导致的刚度软化，从而实现了侧限约束效应和剪切效应对路基土回弹模量影响的独立表达，避免了体应力一个变量中同时反映路基土刚度硬化和刚度软化的不足。

本发明所采用的技术方案是，一种基于基质吸力和最小体应力的路基土动态回弹模量预估方法，按照以下步骤进行：

步骤a：用压力板仪测定路基土的基质吸力，建立土水特征曲线，得到不同压实度下模型参数；

步骤b：用动三轴仪进行回弹模量试验，得到路基土回弹模量值；

步骤c：揭示路基土基质吸力和回弹模量之间的变化规律，建立路基土基质吸力与回弹模量的对数函数关系方程，如式(1)所示：

其中：M_R为动态回弹模量；A、k₁为模型参数；ψ_m为基质吸力；p_r为参考压强且等于1kPa，e为自然常数；

步骤d：将行车荷载对路基土的剪切效应从体应力中分离出来，定义了最小体应力；并用最小体应力代替体应力作为路基土动态回弹模量的变量，并结合NCHRP1-28A三参数模型，提出了考虑基质吸力、最小体应力和八面体剪应力的路基土回弹模量预估模型，如式(2)所示：