一种路基土动态回弹模量预估方法技术

本发明专利技术公开了一种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，并采用Van Genuchten模型建立土水特征曲线；用动三轴仪进行路基土回弹模量试验，并得到回弹模量值；建立基质吸力‑回弹模量关系方程；耦合基质吸力‑回弹模量关系方程和NCHRP1‑28A三参数模型，建立综合考虑路基土湿度和应力状态的回弹模量预估模型；建立模型参数与路基土物理性质指标之间的关系方程。解决了现有回弹模量预估模型无法同时考虑路基土应力状态、基质吸力和路基土物理性质的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于道路工程
，涉及一种路基土动态回弹模量预估方法。
技术介绍
动态回弹模量作为路面设计中路基土刚度参数，反应了路基土在车轮荷载作用下的应力-应变非线性特性。我国现行《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)将动态回弹模量作为路面设计的路基刚度参数，并给出了一些回弹模量的确定方法，例如列出了不同土质下回弹模量参考值及由CBR通过经验公式换算回弹模量值等。但其模量取值未考虑路基土应力、基质吸力和路基土物理性质指标。导致取值与实际相差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种路基土动态回弹模量预估方法，解决了现有回弹模量预估模型无法同时考虑路基土应力状态、基质吸力和路基土物理性质的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种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并采用VanGenuchten模型建立土水特征曲线；步骤b：用动三轴仪进行回弹模量试验；步骤c：分析土水特征曲线和回弹模量试验结果，建立基质吸力-回弹模量关系方程，如式(1)所示，MR＝A×ln(ψm)(1)其中：MR为动态回弹模量，ψm为基质吸力，A为模型参数；步骤d：耦合基质吸力-回弹模量关系方程和NCHRP1-28A三参数模型，建立综合考虑路基土湿度和应力状态的回弹模量预估模型，如式(2)所示：MR=k1ln(ψm)(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(2)]]>其中：θ为体应力，τoct为八面体剪应力，Pa＝100kPa，k1、k2和k3为模型参数；步骤e：根据试验数据拟合得到模型参数k1、k2、k3，进而建立模型参数与路基土物理性质指标之间的关系方程。进一步的，所述步骤a中，分90％、93％、96％三个压实度进行，土水特征曲线的方程如公式(3)，其中：θs指饱和体积含水率，θw指体积含水率，θr指残余体积含水率，是基质吸力，m1、m2和m3为模型参数。进一步的，所述步骤b中，路基土试件尺寸为100mm×200mm，采用万能液压试验机静压压实成型；分别按90％、93％、96％的目标压实度和90％OMC、OMC、110％OMC、120％OMC、130％OMC的含水率制备试件，OMC为湿法击实试验得到的最佳含水率；荷载形式为半正弦波，频率1Hz，加载时间0.2s，间歇时间0.8s，每一级应力水平完成之后，最后5次加载次数的循环计算回弹模量值。进一步的，所述步骤d中，NCHRP1-28A三参数模型如式(4)：MR=k1pa(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(4)]]>其中：θ为体应力，τoct为八面体剪应力，Pa＝100kPa，k1、k2和k3为模型参数。进一步的，所述步骤e中，建立模型参数与路基土物理性质指标之间的关系方程；选用的路基土物理性质指标有：干密度γd、塑性指数PI、0.075mm筛通过的百分率P0.075，以及由这些变量衍生出的变量：变量DDRPI-式(5)、DDRP-式(6)，通过拟合得到k1、k2、k3的回归方程如公式7所示：DDRPI=PI×γdγdMAX---(5)]]>DDRP=P0.075×γdγdMAX---(6)]]>k1=a1γd-a2k2=b1DDRPI2-b2DDRPI+b3k3=c1DDRP2+c2DDRP-c3---(7)]]>其中，γdMAX为最大干密度，a1、a2、b1、b2、b3、c1、c2和c3均为拟合参数本专利技术的有益效果：提出的回弹模量预估模型引入了代表路基湿度状态的参量-基质吸力，并综合考虑了路基土的实际受力状态和湿度状态，解决了现有回弹模量预估模型无法同时考虑路基土应力状态、基质吸力和路基土物理性质的问题，模型结构简单，适用土质范围广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是半正弦加载应力波形图。图2是积含水率、压实度、基质吸力关系图。图3a为90％压实度下高液限黏土的回弹模量值。图3b是93％压实度下高液限黏土的回弹模量值。图3c是96％压实度下高液限黏土的回弹模量值。图4a是90％压实度下回弹模量与基质吸力之间的关系图。图4b是93％压实度下回弹模量与基质吸力之间的关系图。图4c是96％压实度下回弹模量与基质吸力之间的关系图。图5是本专利技术的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种路基土动态回弹模量预估方法，流程如图5所示，考虑了路基所处的实际应力状态和湿度状态，可用于路基土动态回弹模量的预估，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，分90％、93％(路堤压实度93％)、96％(路床压实度96％)三个压实度进行，90％压实度是为了增加试验样本数据，试验完成之后采用VanGenuchten模型建立土水特征曲线，本实施例中建立高液限黏土的土水特征曲线，得到不同压实度下参数模型，土水特征曲线(SWCC)方程如公式(3)。步骤b：用动三轴仪进行回弹模量试验，所采用的加载序列如表1所示。表1南方湿热地区路基土动态回弹模量动三轴测试方案加载序列加载序列围压(kPa)偏应力(kPa)竖向主应力(kPa)加载次数主应力之比0-预载40307020001.7514010501001.2524020601001.5034030701001.7544040801002.0053010401001.3363020501001.6773030601002.0083040701002.3392010301001.50102020401002.00112030501002.50122040601003.00131010201002.00141020301003.00151030401004.00161040501015.00路基土试件尺寸为100mm×200mm，采用万能液压试验机静压压实成型；根据击实试验结果，分别按90％、93％和96％的目标压实度和90％OMC、OMC、110％OMC、120％OMC、130％OMC的含水率制备试件，OMC为湿法击实试验得到的最佳含水率；荷载形式为半正弦波，频率1Hz，加载时间0.2s，间歇时间0.8s，如图1所示。每一级应力水平完成之后，最后5次加载次数的循环计算回弹模量值。国内外学者认为最后5个循环试件达到完全的弹性工作状态，因此取最后5个循环计算回弹模量值。步骤c：分析土水特征曲线和动三轴试验测试结果，建立基质吸力与回弹模量关系方程，如式(1)所示。MR＝A×ln(ψm)(1)其中：MR为动态回弹模量，ψm为基质吸力，A为模型参数；步骤d：耦合基质吸力与回弹模量关系方程和NC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路基土动态回弹模量预估方法，其特征在于，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并采用Van Genuchten模型建立土水特征曲线；步骤b：用动三轴仪进行回弹模量试验；步骤c：分析土水特征曲线和回弹模量试验结果，建立基质吸力‑回弹模量关系方程，如式(1)所示，MR＝A×ln(ψm)   (1)其中：MR为动态回弹模量，ψm为基质吸力，A为模型参数；步骤d：耦合基质吸力‑回弹模量关系方程和NCHRP 1‑28A三参数模型，建立综合考虑路基土湿度和应力状态的回弹模量预估模型，如式(2)所示：MR=k1ln(ψm)(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(2)]]>其中：θ为体应力，τoct为八面体剪应力，Pa＝100kPa，k1、k2和k3为模型参数；步骤e：根据试验数据拟合得到模型参数k1、k2、k3，进而建立模型参数与路基土物理性质指标之间的关系方程。

【技术特征摘要】
1.一种路基土动态回弹模量预估方法，其特征在于，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并采用VanGenuchten模型建立土水特征曲线；步骤b：用动三轴仪进行回弹模量试验；步骤c：分析土水特征曲线和回弹模量试验结果，建立基质吸力-回弹模量关系方程，如式(1)所示，MR＝A×ln(ψm)(1)其中：MR为动态回弹模量，ψm为基质吸力，A为模型参数；步骤d：耦合基质吸力-回弹模量关系方程和NCHRP1-28A三参数模型，建立综合考虑路基土湿度和应力状态的回弹模量预估模型，如式(2)所示：MR=k1ln(ψm)(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(2)]]>其中：θ为体应力，τoct为八面体剪应力，Pa＝100kPa，k1、k2和k3为模型参数；步骤e：根据试验数据拟合得到模型参数k1、k2、k3，进而建立模型参数与路基土物理性质指标之间的关系方程。2.根据权利要求1所述的一种路基土动态回弹模量预估方法，其特征在于，所述步骤a中，分90％、93％、96％三个压实度进行，土水特征曲线的方程如公式(3)，其中：θs指饱和体积含水率，θw指体积含水率，θr指残余体积含水率，是基质吸力，m1、m2和m3为模型参数。3.根据权利要求1所述的一种路基土动态回弹模量预估方法，其特征在于，所述步骤b中，路基土试件尺寸为100mm×200mm，采用万能液压试验机静压压实成型；分别按90％、93％、96％的目标压实度和90％OMC、OMC...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，陈英，郑健龙，戴良良，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43