[发明专利]湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法

说明书

本发明公开了一种湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法，具体为：测定路基土体的应力相关土水特征曲线，确定路基土体的体积含水率；建立湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型；采用ABAQUS有限元软件获取路基结构内对应结点的坐标，根据湿化作用下的路基路面结构模型以及湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型得到路基内每个结点的回弹模量，通过ABAQUS有限元软件获得动荷载作用下路基顶面的最大弯沉；根据路基土不同动回弹模量下的路基顶面最大弯沉，得到路基顶面当量回弹模量。本发明将路基非均匀的回弹模量场转化为路基结构的回弹模量，为路面结构设计与分析提供更加精确的理论依据。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别涉及一种湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法。

背景技术

现有路面研究和设计规范对路基结构的动态回弹模量定义不完全明确，一般根据路基顶面的弯沉等效来实现路基结构回弹模量的确定。但是在道路设计阶段，因路基结构尚未建成而无法获取实测的路基顶面弯沉，难以直接确定路基结构的回弹模量。同时，路基土的回弹模量具有明显的湿度依赖性和空间非均匀分布特性，因此现有设计规范推荐的动三轴试验测定回弹模量的方法存在理论缺陷，其无法真实表征路基整体的结构刚度。目前，鲜有针对湿化作用下路基内回弹模量演变规律的研究成果，无法准确获得路基结构的回弹模量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法，通过路基表面弯沉等效的原则，将路基非均匀的回弹模量场转化为路基结构的回弹模量，为路面结构设计与分析提供更加精确的理论依据，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法，具体按照以下步骤进行，

步骤S1：采用压力板仪测定路基土体的应力相关土水特征曲线，并将测定结果拟合得到路基土体的基质吸力与含水率的FredlundXing模型参数，根据FredlundXing模型确定路基土体的体积含水率θ_w；

步骤S2：以动三轴试验结果为基础，建立湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型，见下式，

其中：M_R表示路基土的回弹模量；s表示基质吸力；θ₀表示初始体应力，其值等于路基内各点的竖向净法向应力σ_j；p_a为参考大气压力；k₀，k₁，k₂，k₃为模型回归参数，由动三轴试验测定；τ_oct为八面体剪应力；

步骤S3：采用ABAQUS有限元软件获取路基结构内对应结点的坐标，根据湿化作用下的路基路面结构模型以及湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型得到路基内每个结点的回弹模量M_Rj，其中，j为结点编号；通过ABAQUS有限元软件的绘图功能根据每个结点的回弹模量M_Rj获得路基表面与荷载中心线交叉位置的路基顶面弯沉随加载时间的变化关系图，其峰值即为动荷载作用下路基顶面的最大弯沉；

步骤S4：建立弹性半空间预估模型，采用相同的路基路面结构模型和动载荷加载方式，得到路基土不同动回弹模量下的路基顶面最大弯沉，根据弯沉等效原则，令弹性半空间预估模型与湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型的路基顶面最大弯沉相等，对应的动回弹模量即为路基顶面当量回弹模量。

本发明的特征还在于，进一步的，所述步骤S3中，确定路基内每个结点的回弹模量M_Rj，具体按照以下步骤进行：