[发明专利]基于基质吸力和应力状态的路基土动态回弹模量预估方法

说明书

本发明公开了基于基质吸力和应力状态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；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幂函数关系方程；最后提出综合考虑路基土湿度状态和应力状态的回弹模量预估模型。本发明既能同时考虑路基土湿度状态和应力状态，且模型物理意义明确、结构简单、参数少，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应力状态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。。

第二种方法是根据加州承载比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。

同时，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模型的推广和应用。

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应力状态的路基土动态回弹模量预估方法，以实现预估模型结构简单、参数少的作用。

本发明所采用的技术方案是，一种基于基质吸力和应力状态的路基土动态回弹模量预估方法，具体按照以下步骤进行：

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：建立路基土基质吸力与回弹模量的幂函数关系方程，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_a为大气压强且等于101.3kPa；

步骤d：将式(1)和NCHRP 1-28A三参数模型相结合，提出综合考虑路基土湿度状态和应力状态的回弹模量预估模型，如式(2)所示：

式中，θ为体应力；τ_oct为八面体剪应力；k₀，k₂和k₃为模型参数。

进一步的，所述步骤a中，分90％、93％、96％三个压实度进行，93％为路堤压实度，96％为路床压实度，90％压实度是为了增加试验样本数据；土水特征曲线方程如下：