公路路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(yíng)中主要承受交通車(chē)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(jì)算體系有較大的差距。汽車(chē)荷載是移動(dòng)荷載，特別是重載汽車(chē)在路面不平順處對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的動(dòng)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(huì)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(dòng)強(qiáng)度與實(shí)際受到的動(dòng)應(yīng)力水平所決定。因此，研究動(dòng)態(tài)荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)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?jī)r(jià)值和

2、工程實(shí)際意義。近年來(lái)，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(duì)全風(fēng)化花崗巖許多路用性質(zhì)的研究尚少，更未見(jiàn)全風(fēng)化花崗巖動(dòng)強(qiáng)度方面的報(bào)道。本文結(jié)合交通部?jī)?yōu)秀青年專業(yè)技術(shù)人才專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“全風(fēng)化花崗巖路基動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性研究”課題(批準(zhǔn)號(hào)：95-05-05-19)，在這方面開(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究。采用理論分析、有限元數(shù)值計(jì)算、室內(nèi)外試驗(yàn)及模型試驗(yàn)、實(shí)體依托工程建設(shè)與觀測(cè)等方法，系統(tǒng)研究這種路基的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性，提出路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方

3、法與靜動(dòng)態(tài)指標(biāo)。主要內(nèi)容如下： (1)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)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(dòng)三軸試驗(yàn)研究全風(fēng)化花崗巖的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性如動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)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(guò)三組大比例模型試驗(yàn)，研究了路基應(yīng)力、變形隨交通動(dòng)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(dòng)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(guó)內(nèi)外汽車(chē)荷載模型，提出了汽車(chē)振動(dòng)彈簧模型、半正弦模型和集中力的移動(dòng)半圓汽車(chē)荷載模型，用接觸單元方法分析模擬車(chē)—路面耦合振動(dòng)，使得汽車(chē)荷載計(jì)算模型更加合理。 (5)采用Hamil

5、ton原理建立了汽車(chē)動(dòng)荷載、路基路面結(jié)構(gòu)的耦合運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)，分析了路基路面結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，以及應(yīng)力應(yīng)變隨行車(chē)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(shí)程曲線，為路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 (6)提出了公路路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論方法，并首次應(yīng)用于全風(fēng)化花崗巖路基設(shè)計(jì)和實(shí)體工程建設(shè)中，確定了全風(fēng)化花崗巖路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)，從動(dòng)強(qiáng)度角

6、度評(píng)價(jià)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(guò)試驗(yàn)路基實(shí)體工程施工及跟蹤觀測(cè)處理效果，驗(yàn)證了動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論。 (7)在路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面，使用有限元技術(shù)對(duì)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(kāi)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(gè)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(kāi)始破壞。

7、 (8)通過(guò)比較《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》所要求的CBR和彈性模量值與路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)，兩者所要求的一致。在路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，路基填料的路用工程性質(zhì)不但與CBR值有關(guān)，而且受動(dòng)強(qiáng)度控制，應(yīng)同時(shí)使路基的動(dòng)強(qiáng)度滿足要求。 (9)通過(guò)理論研究和現(xiàn)場(chǎng)沉降實(shí)測(cè)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(cè)公式。 (10)從理論和試驗(yàn)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(jì)與施工指南