考虑路基应力-模量相互作用的路面结构应力状态确定方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑路基应力‑模量相互作用的路面结构应力状态确定方法，建立含独立应力和湿度参数的回弹模量本构方程，将路基路面结构假定为对称轴可变形模型，沿着荷载中心线作为对称轴，单元划分类型为四结点双线性轴对称四边形单元；将路基土回弹模量本构方程与有限元确定方法相结合，得到所有结点的回弹模量；根据所有结点的回弹模量确定最终的应力参量，继续进行有限元确定，直到完成设定加载过程，获得整个路基路面结构的应力状态。本发明专利技术能够表征行车荷载作用下路基土回弹模量的“模量‑应力‑模量”的复杂演变过程，所确定的路面结构应力状态准确合理，为道路设计提供更可靠的理论依据。

A Method for Determining the Stress State of Pavement Structure Considering the Stress-Modulus Interaction of Subgrade

The invention discloses a method for determining the stress state of pavement structure considering the interaction of subgrade stress and modulus, establishes the constitutive equation of resilient modulus with independent stress and humidity parameters, assumes the subgrade and pavement structure as a symmetrical axially deformable model, takes the load center line as a symmetrical axis, and divides the elements into four-node bilinear axially symmetrical quadrilateral elements. The elastic modulus constitutive equation is combined with the finite element method to obtain the modulus of resilience of all nodes. The final stress parameters are determined according to the modulus of resilience of all nodes. The finite element method is continued until the loading process is completed and the stress state of the whole roadbed and pavement structure is obtained. The invention can characterize the complex evolution process of the modulus of resilience of subgrade soil under driving load, and the stress state of the pavement structure determined is accurate and reasonable, thus providing a more reliable theoretical basis for road design.

【技术实现步骤摘要】
考虑路基应力-模量相互作用的路面结构应力状态确定方法
本专利技术属于道路工程
，涉及一种考虑路基应力-模量相互作用的路面结构应力状态确定方法。
技术介绍
在我国现行的《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)中，动态回弹模量作为路面设计的路基刚度参数。大量的室内和现场试验研究发现，路基土是一种典型的非线性材料，表现出非常明显的应力依赖特性，围压和动荷载等都会对路基土的回弹模量产生一定影响。已有研究提出了一些应力依赖的回弹模量模型，如：k-θ模型、八面体剪应力模型、NCHRP1-28A模型等，但这些成果大都只获取了路表土的回弹模量，而无法真正反映整个路基的模量空间分布。对于整个路基结构和应力分布场而言，路基土各点的应力是非均匀的，路基结构的动态回弹模量应是动荷载作用下路基内部非均匀模量场的综合体现，存在一个“模量-应力-模量”的复杂演变过程，即：在行车动荷载作用下，回弹模量的变化会使路基内各点应力重新分布，而路基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“模量-应力-模量”的反复调整，并最终在路基内达到稳定。目前，路面结构设计方法对路基的重视程度不够，鲜有针对行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑路基应力‑模量相互作用的路面结构应力状态确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1，建立含独立应力和湿度参数的回弹模量本构方程，见式(1)；通过动三轴试验结果回归拟合得到模型参数k0，k1，k2，k3；

【技术特征摘要】
1.一种考虑路基应力-模量相互作用的路面结构应力状态确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1，建立含独立应力和湿度参数的回弹模量本构方程，见式(1)；通过动三轴试验结果回归拟合得到模型参数k0，k1，k2，k3；其中：E为路基土的回弹模量，单位MPa；ψ为基质吸力，单位kPa；θm为最小体应力，单位kPa；τoct为八面体剪应力，单位kPa；pa为参考大气压力；步骤S2，将路基路面结构假定为对称轴可变形模型，沿着荷载中心线作为对称轴，单元划分类型为四结点双线性轴对称四边形单元；步骤S3，将路基土回弹模量本构方程与有限元确定方法相结合，通过ABAQUS有限元软件，编写UMAT材料子程序描述路基土模量-应力-模量的演变过程，得到路基有限元结构内部结点的初始状态下的应力参量，根据初始状态下的应力参量得到该结点的回弹模量；重复上述步骤S3，得到所有结点的回弹模量；步骤S4，根据所有结点的回弹模量确定最终的应力参量，继续进行有限元确定，直到完成设定加载过程，获得整个路基路面结构的应力状态。2.根据权利要求1所述的一种考虑路基应力-模量相互作用的路面结构应力状态确定方法，其特征在于，所述步骤S3中，得到所有结点的回弹模量的方法，具体按照以下步骤进行：步骤S31，根据二维平面应变理论，采用广义虎克定律建立有限元的平衡方程，见式(2)，对平衡方程的柔度矩阵进行求逆，见式(3)，转换得到刚度雅可比矩阵的标准形式J；其中：E为路基土的回弹模量，G是剪切模量，G＝E/[2(1+μ)]；μ为泊松比；σx，σy，σz，τxy为应力参量；γxy，εx，ε...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，李崛，彭俊辉，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