随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法技术

本发明专利技术公开了一种随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法，具体为：建立典型的路基路面结构有限元模型；在ABAQUS软件中导入路堤的初始湿度和初始回弹模量，得到恒定湿度条件的路堤内空间非均匀分布的回弹模量；将典型的路基路面结构有限元模型导入到GEOSTUDIO软件中，得到路堤内各点随时间变化的湿度场；获取各结点的体积含水率，根据体积含水率获得随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量场。将GEOSTUDIO湿度场演变和ABAQUS动力响应两种有限元方法耦合，实现了湿热环境下现役路堤刚度和变形的有效预估，提高现役路堤性能预测水平，为道路养护决策提供可靠依据。

Method for determining resilient modulus of spatial non-uniform distribution in embankment with variation of humidity

The invention discloses a method for determining the spatially inhomogeneous resilient modulus in embankments varying with humidity, which is as follows: establishing a typical finite element model of subgrade and pavement structure; introducing the initial humidity and resilient modulus of embankments into ABAQUS software to obtain the spatially inhomogeneous resilient modulus in embankments under constant humidity conditions; and finite element analysis of typical Subgrade and pavement structures. The model is imported into GEOSTUDIO software to obtain the humidity field of each point in embankment changing with time, the volume moisture content of each node, and the non-uniform spatial distribution of resilience modulus field in embankment changing with humidity according to the volume moisture content. By coupling GEOSTUDIO humidity field evolution with ABAQUS dynamic response, the stiffness and deformation of existing embankment in hot and humid environment can be effectively predicted, the performance prediction level of existing embankment can be improved, and reliable basis for road maintenance decision-making can be provided.

【技术实现步骤摘要】
随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法
本专利技术属于道路工程
，涉及一种随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法。
技术介绍
我国南方湿热地区气候环境湿热，现行规范中以最大干密度为目标设计的路堤，其湿度状态随时间和空间的变化而发生显著变化，并逐渐变化至与气候、土质等条件相适应的平衡状态。湿度增加使路堤内各点回弹模量降低，在行车动荷载作用下，回弹模量降低又使路堤内各点应力重新分布，而路堤内各点应力的改变又反作用于其回弹模量，使之发生变化，经过反复调整，并最终在路堤内达到一个该湿度条件下的回弹模量稳定状态。因此，路堤内存在一个湿度改变诱发的行车动荷载作用下的“回弹模量-应力-回弹模量”循环相关的复杂作用过程，且这一过程随路堤湿化而循环发生。目前，鲜有对行车动荷载作用下随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法的研究，对路基回弹模量的确定不准确，预防措施采取不及时，从而导致路基结构湿化变形，缩短使用寿命的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法，将GEOSTUDIO湿度场演变和ABAQUS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1，建立典型的路基路面结构有限元模型，采用四边形四结点单元和三边形三结点单元的混合网格进行模型单元及结点的划分；步骤S2，针对典型的路基路面结构有限元模型，在ABAQUS软件中导入路堤的初始湿度和初始回弹模量，采用基于应力和基质吸力的路堤土回弹模量预估模型，根据各结点的初始体应力θim、八面体剪应力τioct、初始湿度ψ0得到恒定湿度条件的路堤内空间非均匀分布的回弹模量；步骤S3，将典型的路基路面结构有限元模型导入到GEOSTUDIO软件中，使得模型各单元及结点编号与ABAQUS软件模型保持一致...

【技术特征摘要】
1.一种随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1，建立典型的路基路面结构有限元模型，采用四边形四结点单元和三边形三结点单元的混合网格进行模型单元及结点的划分；步骤S2，针对典型的路基路面结构有限元模型，在ABAQUS软件中导入路堤的初始湿度和初始回弹模量，采用基于应力和基质吸力的路堤土回弹模量预估模型，根据各结点的初始体应力θim、八面体剪应力τioct、初始湿度ψ0得到恒定湿度条件的路堤内空间非均匀分布的回弹模量；步骤S3，将典型的路基路面结构有限元模型导入到GEOSTUDIO软件中，使得模型各单元及结点编号与ABAQUS软件模型保持一致，在VADOSE/W模块中输入路基路面的土体参数和当地气候参数，得到路堤内各点随时间变化的湿度场；步骤S4，利用GEOSTUDIO软件从路堤内各点随时间变化的湿度场中获取各结点的体积含水率θwi，根据下式得到对应的各结点的基质吸力ψi，其中，θs为饱和体积含水率，ψi为基质吸力，σ为竖向净法向应力，数值上相等于初始体应力θim；a(σ)、n(σ)、m(σ)为竖向应力的函数，通过土水特征曲线试验结果拟合得到；用基质吸力ψi代替步骤S2中路堤的初始湿度ψ0，重复步骤S2的操作，获得随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量场。2.根据权利要求1所述的一种随湿度变化的路堤内空间非均匀分布的回弹模量确定方法，其特征在于，所述步骤S2中，得到恒定湿度条件的路堤内空间非均匀分布的回弹模量的方法，具体按照以下步骤进行：步骤S21，初始体应力θim由路基各层的湿密度和上覆土层厚度确定，其中路基分为上路堤、下路堤和路床三层，路基各层的湿密度根据以下公式获得，路床：上路堤：下路堤：其中：ρdmax为土体的最大干密度；θiw为各结点的体积含水率，n为有限元模型中路堤各层的结点数；体积含水率θiw根据下式得到，其中，θs为饱和体积含水率，σ为竖向净法向应力，数值上相等于初始体应力θim；a(σ)、n(σ)、m(σ)为竖向应力的函数，通过土...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，李崛，姚永胜，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43