公路路基荷載

1、汽車荷載當(dāng)量計(jì)算,邊坡穩(wěn)定性分析時(shí) 將車輛按最不利情況排列，將車輛的設(shè)計(jì)荷載換算成當(dāng)量土柱高(即以相等壓力的土層厚度來代替荷載)，以h0表示。,,2、公路路基擋土墻土壓力計(jì)算作用于墻后破裂棱體上的車輛荷載，使土體中出現(xiàn)附加的豎直應(yīng)力，從而產(chǎn)生附加的側(cè)向壓力。均布荷載,車輛荷載換算 1 按墻高確定的附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行換算,,2 根據(jù)破裂棱體范圍內(nèi)布置的車輛荷載換算,動(dòng)荷載的影響,1、路基填土在動(dòng)荷載作用下具有臨界動(dòng)應(yīng)力

2、路基填土的永久變形是否隨重復(fù)加載次數(shù)而穩(wěn)定取決于路基填土的臨界動(dòng)應(yīng)力與荷載產(chǎn)生的路基動(dòng)應(yīng)力。 2、路基填土的臨界動(dòng)應(yīng)力不僅與填土本身的物理力學(xué)性質(zhì)(如含水量、容重、顆粒級配等)有關(guān)，而且還與重復(fù)荷載的特征有關(guān)，例如荷載的重復(fù)次數(shù)、荷載頻率和荷載幅值等。,蔡英、曹新文利用室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究荷載頻率、荷載大小及圍壓對路基填土的臨界動(dòng)應(yīng)力和永久變形的影響 圖1是無側(cè)限條件下、加載頻率為5Hz時(shí)，永久應(yīng)變與重復(fù)加載次數(shù)的關(guān)

3、系曲線，根據(jù)曲線特點(diǎn)，可分為三類即衰減型、破壞型和臨界型。有側(cè)限情況，永久應(yīng)變與重復(fù)次數(shù)的關(guān)系具有相同特點(diǎn),圖1. 永久應(yīng)變與加載次數(shù)關(guān)系曲線,（1）動(dòng)應(yīng)力水平小時(shí)表現(xiàn)為衰減型曲線（1、2、3、4、5），加載初期，應(yīng)變增加較快，到一定次數(shù)后，試樣密度達(dá)到一定程度，能夠抵抗外荷載的作用，試樣只產(chǎn)生彈性應(yīng)變，永久應(yīng)變基本趨于穩(wěn)定。 （2）破壞曲線如圖1中曲線9、10、11、12。試樣的永久應(yīng)變隨加載次數(shù)非線性增加，一定的加載次數(shù)后

4、，由于重復(fù)加載導(dǎo)致試樣的結(jié)構(gòu)破壞，試樣強(qiáng)度降低，變形增量迅速增加，直到破壞。 （3）介于衰減型與破壞型之間的曲線為臨界型(圖1中曲線6、7、8)，其特點(diǎn)是:應(yīng)變有時(shí)變化較大，有時(shí)變化較小，處于波動(dòng)狀態(tài)，表明土體處于穩(wěn)定與破壞的臨界狀態(tài)，是區(qū)分變形穩(wěn)定與破壞的界限。,（4）臨界型曲線所對應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力定義為“臨界動(dòng)應(yīng)力” ，它是衰減型和破壞型的動(dòng)應(yīng)力分界點(diǎn)，也可以作為土體動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)。將土體受到的動(dòng)應(yīng)力與土體的臨界動(dòng)應(yīng)力之比定義為動(dòng)應(yīng)

5、力水平。加載頻率的影響,圖2、加載頻率與臨界動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系曲線,加載時(shí)，土體的結(jié)構(gòu)要受到破壞，卸載時(shí)，土體結(jié)構(gòu)部分恢復(fù)，破壞結(jié)構(gòu)的恢復(fù)需要一定的時(shí)間，加載頻率較低，結(jié)構(gòu)能部分或大部分恢復(fù)，加載頻率較高，結(jié)構(gòu)只能小部分或很小部分得以恢復(fù)，加載頻率達(dá)到一定程度后，結(jié)構(gòu)沒有恢復(fù)時(shí)間，完全不能恢復(fù)，土體的臨界動(dòng)應(yīng)力不再變化。,圖3、加載頻率與永久應(yīng)變關(guān)系曲線,相同動(dòng)應(yīng)力水平時(shí)，相同加載次數(shù)的永久應(yīng)變隨加載頻率線性降低(左圖)，而且次數(shù)多的斜率

6、大，這說明永久應(yīng)變不僅與加載頻率和動(dòng)應(yīng)力水平有關(guān)，而且還與動(dòng)應(yīng)力大小有關(guān)，相同動(dòng)應(yīng)力水平時(shí)，由于對應(yīng)加載頻率高的臨界動(dòng)應(yīng)力小，因而實(shí)際的動(dòng)應(yīng)力小，因此，永久應(yīng)變小。,動(dòng)應(yīng)力的影響深度研究,最大豎向壓應(yīng)力 隨路面深度的變化規(guī)律,單景松、黃曉明等人采用有限元方法對瀝青路面在移動(dòng)荷載下的響應(yīng)進(jìn)行分析。對于正常行駛情況，取行駛速度為30 m/s，有限元模型中只考慮垂直均布荷載。荷載移動(dòng)帶中心線下，當(dāng)荷載經(jīng)過時(shí)，最大垂直應(yīng)力 位于表面0~6 cm

7、范圍內(nèi)，隨深度繼續(xù)增加,最大 迅速減小。,不同車型的影響,趙俊明、劉松玉等人結(jié)合連鹽高速低路堤，采用如左圖路基模型，對路堤進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)力、振動(dòng)響應(yīng)等現(xiàn)場測試，分析了路基中附加動(dòng)應(yīng)力及振動(dòng)位移的變化規(guī)律,在水泥穩(wěn)碎石基層和面層未施工的情況下，從底基層頂面算起,沿路基深度選取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5m共5個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力測試,選取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0m共5個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)測試，采用20t和2t兩種不同車輛和車速

8、進(jìn)行試驗(yàn),利用BISAR程序模擬路堤土中不同深度z處的豎向應(yīng)力P,河海大學(xué)查文華、洪寶寧則從路基土工程特性和耦合動(dòng)力學(xué)的角度，建立路基動(dòng)力分析耦合力學(xué)模型，推導(dǎo)出耦合運(yùn)動(dòng)方程，同樣連鹽高速公路為研究背景，建立路基的耦合動(dòng)力模型,他們得到了20t和2t兩種不同車型下路基振動(dòng)加速度沿深度方向的衰減情況：隨車型自重的加大，加速度和傳遞深度也相應(yīng)增大，車重較大時(shí)，振動(dòng)加速度傳遞影響深度約為6 m,峰值接近0.06 m/s2，車重較小時(shí)，加速度最

9、大值只有0. 015 m/s2 。,車速的影響,河海大學(xué)的模型計(jì)算結(jié)果顯示：路基中的豎向最大動(dòng)應(yīng)力隨行車速度增加而增大,但速度的提高對路基最大豎向動(dòng)應(yīng)力的影響并不顯著,并且增加的幅度隨速度的增大而減小,東南大學(xué)的研究結(jié)果：,東大從路堤動(dòng)應(yīng)力峰值和路堤振動(dòng)位移峰值兩方面研究了車速對路堤的動(dòng)態(tài)作用，隨著行車速度的增加影響深度也在增加。由于車速越高振動(dòng)頻率越高，而高頻主要是對車輛自身的振動(dòng)產(chǎn)生影響，對路基的影響較小，因此動(dòng)應(yīng)力峰值隨著行車速

10、度的增加而增大的程度不太明顯。與河海大學(xué)的模型計(jì)算結(jié)果是一致的。,加載方式對路基的影響,河海大學(xué)利用模型計(jì)算研究了加載方式對路基的影響：在矩形波荷載作用下，引起的振動(dòng)影響范圍約為7 m左右，7 m以下幾乎不產(chǎn)生振動(dòng)；正弦荷載作用下約為6. 5 m左右；恒載作用下影響深度則更小。,不同加載方式下加速度沿深度的變化曲線,路面結(jié)構(gòu)的影響,王國昀通過現(xiàn)場試驗(yàn)研究了路面的影響，其所用的路基斷面如圖所示：,結(jié)果顯示：,河海大學(xué)利用模型計(jì)算了不同路