考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法及应用、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法及应用、设备及存储介质，方法包括：获取路基材料参数，路基表面施加动荷载，构建沿竖向非线性分布的路基模量函数；计算同时考虑横观各向同性以及路基模量沿竖向非线性分布的路基在Laplace‑Hankel域下的表面位移响应解；基于当前路基力学模型在Laplace‑Hankel域下的位移响应解，计算当前路基模型在时域范围内的表面位移响应。本发明专利技术充分反映实际路基的模量沿深度方向的非均匀分布，同时考虑路基横观各向同性，提高了路基表面位移响应的准确性，精度高、速度快，与路基无损检测技术相结合能够获得路基的模量沿深度方向的分布情况。

【技术实现步骤摘要】
考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法及应用、设备及存储介质
本专利技术属于道路工程
，涉及一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法及应用、设备及存储介质。
技术介绍
随着无损检测技术的发展，一些土基快速无损检测仪器相继出现，其中以落便携式锤式弯沉仪(PFWD)的应用最为广泛。PFWD通过在路基顶面施加冲击荷载，结合一定的力学模型以及参数调整算法进行路基参数反演计算。而目前主流的路基参数反演计算仍然建立在各向同性线弹性体系的基础上，不能反映路基的实际特性。目前，大量的研究结果表明路基具有较强应力依赖特性，并且随着深度增加，路基模量随深度总体上呈现上升趋势。此外，由于自然沉降所造成的路基的横观各向同性特征在实际计算中也不能被忽视。部分现有技术针对路面结构，每一层中的材料模量认为是均匀的，不随空间而改变，但是路基的模量在竖向上是变化的，模量在竖向具有非线性分布特征，采用现有方法难以准确确定路基表面的位移响应。部分现有技术是在考虑路基模量匀质的基础上，通过结构层应变和模量的非线性进行迭代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：/n步骤S1、获取路基材料参数，所述路基材料参数包括：路基顶面竖向模量E

【技术特征摘要】
1.一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤S1、获取路基材料参数，所述路基材料参数包括：路基顶面竖向模量Ev0、路基无限深处的模量Ev∞、路基模量非均匀系数α、路基模量比ne、水平泊松比μh、垂直泊松比μv、路基密度ρ以及路基厚度H；
步骤S2、对路基表面施加动荷载p(r,t)，以动荷载中心为坐标圆心建立圆柱坐标系，r表示径向坐标，z表示竖向坐标，φ表示环向坐标，构建沿竖向非线性分布的路基模量函数Ev(z)＝Ev0+(Ev∞-Ev0)(1-e-αz)；计算同时考虑横观各向同性以及路基模量沿竖向非线性分布的路基在Laplace-Hankel域下的表面位移响应解
步骤S3、基于当前路基力学模型在Laplace-Hankel域下的位移响应解计算当前路基模型在时域范围内的表面位移响应。


2.根据权利要求1所述一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法，其特征在于，所述步骤S2中，






式(1-1)中，A1,A2,A3,A4为边界条件参数，表示r方向位移分量的无穷级数中对应mi的第n项级数的系数，i＝1,2,3,4；n是级数序列的序号，m1～m4为中间参数；Ξ表示路基顶面和底部模量相对大小的无量纲系数；












式(1-3)～(1-6)中，Θ1，Θ2，Θ3分别为中间计算参数；Θ1＝α2C33C44；Θ3＝(C44ξ2+θ)(C11ξ2+θ)；其中θ为中间计算参数，θ＝ρs2/Ev∞；ξ以及s分别为Hankel积分变换以及Laplace积分变换系数，积分变换后，时间t变成了s；C11，C12，C13，C33，C44为轴对称问题中表征路基材料横观各向同性特征的参数；C11＝kne(1-neμv)，C13＝kneμv(1+μh)，C44＝0.5(1+μv)-1；k表示中间变量。


3.根据权利要求2所述一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法，其特征在于，所述步骤S2中，边界条件参数A1,A2,A3,A4具体按照以下方法确定：
















为荷载p(r,t)进行Hankel-Laplace变换后的结果，Ψ1i、Ψ2i、Ψ3i、Ψ4i为中间计算参数，表示z方向位移分量的无穷级数中对应mi的第n项级数的系数。


4.根据权利要求3所述一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体按照以下方法确定：












在式(1-12)～(1-15)中，为中间计算参数，按式(1-16)～(1-21)计算；当Ev0<Ev∞时，按式(1-20)计算，当Ev0>Ev∞时，按式(1-21)计算，式(1-21)中，δ为中间计算参数，δ＝Ev0/Ev∞；




















5.根据权利要求2所述一种考虑横观各向同性及模量非线性分布的路基表面位移响应确定方法，其特征在于，所述中间参数m1～m4的确定方法为：
在路基力学模型基础上，结合轴对称问题的动力平衡方程、表征轴对称横观各向同性的物理方程以及几何方程，得如式(1-22)～(1-23)所示的偏微分方程组：






其中，ur＝ur(r,z,t)，uz＝uz(r,z,t)分别是沿圆柱坐标系的半径r方向以及路基深度z方向的位移分量；t是时间；σr＝σr(r,z,t),σz＝σz(r,z,t),σφ＝σφ(r,z,t)分别是r方向，z方向以及φ方向上的应力分量；τzt＝τzt(r,z,t)是z-r平面上的剪应力；
首先对式(1-22)～(1-23)中进行关于t的Laplace变换；对Laplace变换后的(1-22)式进行关于r的一阶Hankel变换；对Laplace变换后的(1-23)式进行关于r的零阶Hankel变换；得到如式(1-24)～(1-25)变系数常微分方程组，式中省略了自变量z；






其中，表示对ur进行Hankel-Laplace一阶变换后的结果，表示对uz进行Hankel-Laplace零阶变换后的结果；
为求解如式(1-24)～(1-25)所示的变系数常微分方程组，引入变量ψ：
ψ＝Ξe-αz(1-26)
用变量ψ替换路基模量函数Ev(z)＝Ev0+(Ev∞-Ev0)(1-e-αz)中...

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