考虑季节效应的路基最大承载力、路基顶面当量最大承载力确定方法及应用技术

本发明专利技术实施例提供一种考虑季节效应的路基最大承载力、路基顶面当量最大承载力确定方法及应用，考虑季节效应的路基最大承载力的确定方法为：依据季节效应对路基土的实际影响，将冻融循环划分为常温阶段、完全冰冻阶段、完全融化阶段以及完全恢复阶段，并制备路基土试件进行不同阶段的冻融循环试验；对经过预设冻融循环次数的不同冻融阶段的路基土试件进行静三轴试验，基于试验结果建立考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型；拟合模型参数，并通过该模型参数已知的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型预测不同冻融阶段路基土在不同条件下的最大承载力。解决了采用三轴试验无法准确获得路基整体最大承载力的问题。验无法准确获得路基整体最大承载力的问题。验无法准确获得路基整体最大承载力的问题。

【技术实现步骤摘要】
考虑季节效应的路基最大承载力、路基顶面当量最大承载力确定方法及应用


[0001]本专利技术属于道路工程
，涉及一种考虑季节效应的路基最大承载力、路基顶面当量最大承载力确定方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着交通运输行业的飞速发展，车辆重载、超载等情况屡禁不止，进而导致路基在过重荷载情况下易产生过大变形，从而使得路面出现车辙、开裂等病害。此外，我国约有53.5％的国土面积位于季节性冻土地区，该地区公路密集，气候多变。现有研究表明位于季节性冻土地区的路基土内部孔隙比、孔径分布会随季节效应而发生改变，从而不可避免地遭受冻胀、融沉等病害。因此，研究季节性冻土地区路基土的最大承载力具有重要的理论意义和实际意义。
[0003]通常而言，室内三轴试验是一种普遍认可的测定最大承载力方法。然而，该方法存在理论缺陷，其无法真实表征路基整体的结构最大承载力。目前，鲜有针对冻融循环下不同冻融阶段的路基最大承载力演变规律的研究成果，无法准确获得路基结构的最大承载力。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种考虑季节效应的路基最大承载力确定方法，以解决采用三轴试验无法准确获得路基整体结构的最大承载力的问题。
[0005]本专利技术实施例的第二目的在于提供一种考虑季节效应的路基顶面当量最大承载力确定方法。
[0006]本专利技术实施例的第三目的在于提供一种考虑季节效应的路基顶面当量最大承载力确定方法的应用。
[0007]本专利技术实施例所采用的技术方案是：一种考虑季节效应的路基最大承载力确定方法，按照以下步骤进行：
[0008]步骤S1：依据季节效应对路基土的实际影响，将冻融循环划分为常温阶段、完全冰冻阶段、完全融化阶段以及完全恢复阶段，并制备路基土试件进行不同阶段的冻融循环试验；
[0009]步骤S2：对经过预设冻融循环次数的不同冻融阶段的路基土试件进行静三轴试验，获得不同围压、初始干密度、饱和度、冻融各阶段循环次数下的路基土最大承载力，并基于试验结果建立考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型；
[0010]步骤S3：基于静三轴试验数据拟合得到考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型的模型参数，并通过该模型参数已知的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型快速预测不同冻融阶段路基土在不同条件下的最大承载力。
[0011]进一步的，所述步骤S2基于试验结果建立的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型为：
[0012][0013]其中，F
max
为路基土最大承载力，σ3为围压，ρ
ini
为路基土的初始干密度，WPI为路基土的塑性指数权，S
a
为路基土的饱和度，N
a
为常温阶段循环次数，N
b
为完全冰冻阶段循环次数，N
c
为完全融化阶段循环次数，N
d
为完全恢复阶段循环次数，α1、α2、α3、α4、α5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5为模型参数，e为自然常数。
[0014]进一步的，所述步骤S3拟合得到的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型的模型参数为：α1＝258.81，α2＝0.81，α3＝1039.53，α4＝
‑
148.40，α5＝
‑
85.41；b1＝571.46，b2＝1.41，b3＝1097.41，b4＝
‑
257.74，b5＝
‑
151.92；c1＝122.13，c2＝0.38，c3＝498.97，c4＝
‑
69.48，c5＝
‑
39.72；d1＝188.28，d2＝0.59，d3＝769.25，d4＝
‑
107.12，d5＝
‑
61.24。
[0015]本专利技术实施例所采用的第二技术方案是：一种考虑季节效应的路基顶面当量最大承载力确定方法，采用上述建立的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型确定路基各个节点在不同冻融阶段下的最大承载力，具体按照如下步骤进行：
[0016]步骤1：在有限元软件中，新建考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型，确定路基各个节点在不同冻融阶段下的最大承载力，判断路基整体最大承载力是否满足收敛要求，并在路基整体最大承载力满足收敛要求后，采用绘图功能输出静荷载作用与路基顶面的极限沉降值；
[0017]步骤2：建立塑性半空间预估模型，采用与有限元软件中相同的路基结构模型及静载荷加载方式，得到塑性半空间预估模型对应的路基土在不同最大承载力下的路基顶面极限沉降值；
[0018]步骤3：根据沉降等效原则，令塑性半空间预估模型与步骤1所得静荷载作用下路基顶面的极限沉降值相等，该极限沉降值在步骤1对应的路基最大承载力即为路基顶面当量最大承载力。
[0019]进一步的，所述步骤1的具体实现过程如下：
[0020]步骤11：设置路基结构节点j的坐标(x，y)，其中，j为结点编号，0＜j≤n，n为路基节点总数，x为当前节点的横坐标，y为当前节点的纵坐标，并确定路基土体的初始干密度、塑性指数权、饱和度、不同冻融阶段的冻融循环次数以及考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型的模型参数α1、α2、α3、α4、α5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5；
[0021]步骤12：通过结点坐标结合公式σ3＝ρ
w
gh确定当前结点所受围压值，其中，ρ
w
为路基土体湿密度，g为重力加速度，h为结点对应深度；并通过设置有限元软件的系统参数获得不同冻融阶段路基结构当前结点j的预设有限元最大承载力F
max0j
；
[0022]步骤13：基于步骤11～12确定的具体数值，结合步骤S2新建考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型，进而得到当前结点j在不同冻融阶段的预估最大承载力F
maxj
；然
后，根据公式Error
j
＝|F
maxj
‑
F
max0j
|/F
maxj
对结点j的预估最大承载力F
maxj
和预设有限元最大承载力F
max0j
进行相对误差比较，若Error
j
小于等于5％则认为两者相对误差符合收敛要求，若Error
j
大于5％则返回步骤12调整有限元软件的系统参数后重新获得结点j的预设有限元最大承载力F
max0j
并开始迭代，直至结点j的预估最大承载力F
maxj
和预设有限元最大承载力F
max0j
的相对误差符合收敛要求；
[0023]步骤14：重复步骤11
‑
13，依次得到路基各个结点在不同冻融阶段的预设有限元最大承载力F<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑季节效应的路基最大承载力确定方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤S1：依据季节效应对路基土的实际影响，将冻融循环划分为常温阶段、完全冰冻阶段、完全融化阶段以及完全恢复阶段，并制备路基土试件进行不同阶段的冻融循环试验；步骤S2：对经过预设冻融循环次数的不同冻融阶段的路基土试件进行静三轴试验，获得不同围压、初始干密度、饱和度、冻融各阶段循环次数下的路基土最大承载力，并基于试验结果建立考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型；步骤S3：基于静三轴试验数据拟合得到考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型的模型参数，并通过该模型参数已知的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型快速预测不同冻融阶段路基土在不同条件下的最大承载力。2.根据权利要求1所述的一种考虑季节效应的路基最大承载力确定方法，其特征在于，所述步骤S2基于试验结果建立的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型为：其中，F
max
为路基土最大承载力，σ3为围压，ρ
ini
为路基土的初始干密度，WPI为路基土的塑性指数权，S
a
为路基土的饱和度，N
a
为常温阶段循环次数，N
b
为完全冰冻阶段循环次数，N
c
为完全融化阶段循环次数，N
d
为完全恢复阶段循环次数，α1、α2、α3、α4、α5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5为模型参数，e为自然常数。3.根据权利要求2所述的一种考虑季节效应的路基最大承载力确定方法，其特征在于，所述步骤S3拟合得到的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型的模型参数为：α1＝258.81，α2＝0.81，α3＝1039.53，α4＝
‑
148.40，α5＝
‑
85.41；b1＝571.46，b2＝1.41，b3＝1097.41，b4＝
‑
257.74，b5＝
‑
151.92；c1＝122.13，c2＝0.38，c3＝498.97，c4＝
‑
69.48，c5＝
‑
39.72；d1＝188.28，d2＝0.59，d3＝769.25，d4＝
‑
107.12，d5＝
‑
61.24。4.一种考虑季节效应的路基顶面当量最大承载力确定方法，其特征在于，采用权利要求2中建立的考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型确定路基各个节点在不同冻融阶段下的最大承载力，具体按照如下步骤进行：步骤1：在有限元软件中，新建考虑季节效应的路基土最大承载力预估模型，确定路基各个节点在不同冻融阶段下的最大承载力，判断路基整体最大承载力是否满足收敛要求，并在路基整体最大承载力满足收敛要求后，采用绘图功能输出静荷载作用与路基顶面的极限沉降值；步骤2：建立塑性半空间预估模型，采用与有限元软件中相同的路基结构模型及静载荷加载方式，得到塑性半空间预估模型对应的路基土在不同最大承载力下的路基顶面极限沉降值；步骤3：根据沉降等效原则，令塑性半空间预估模型与步骤1所得静荷载作用下路基顶
面的极限沉降值相等，该极限沉降值在步骤1对应的路基最大承载力即为路基顶面当量最大承载力。5.根据权利要求4所述的一种考虑季节效应的路基顶面当量最大承载力确定方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现过程如下：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鸣，黄筑强，蒙婧，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：