公路路基動強度設計方法及其在全風化花崗巖路基中的應用研究.pdf

1、路基路面結構在運營中主要承受交通車輛的作用，它的實際工作狀態(tài)與現(xiàn)行的靜態(tài)力學計算體系有較大的差距。汽車荷載是移動荷載，特別是重載汽車在路面不平順處對路基路面結構產(chǎn)生較大的動載作用。在這種重復荷載作用下，路基表現(xiàn)出疲勞特性，并會產(chǎn)生不可恢復的殘余塑性變形，這種殘余塑性變形主要由路基填料動強度與實際受到的動應力水平所決定。因此，研究動態(tài)荷載作用下路基路面結構的動力特性和路基動強度設計理論是公路交通技術的重要發(fā)展方向，具有重要的理論研究價值和

2、工程實際意義。近年來，不少道路工程中使用全風化花崗巖作為路基填料，但目前對全風化花崗巖許多路用性質的研究尚少，更未見全風化花崗巖動強度方面的報道。本文結合交通部優(yōu)秀青年專業(yè)技術人才專項經(jīng)費項目“全風化花崗巖路基動態(tài)特性及穩(wěn)定性研究”課題(批準號：95-05-05-19)，在這方面開展了深入系統(tǒng)的研究。采用理論分析、有限元數(shù)值計算、室內外試驗及模型試驗、實體依托工程建設與觀測等方法，系統(tǒng)研究這種路基的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，提出路基動強度設計方

3、法與靜動態(tài)指標。主要內容如下： (1)通過室內試驗系統(tǒng)研究了全風化花崗巖及其水泥穩(wěn)定土的工程性質和化學成分，得到其工程性質及擊實和壓實規(guī)律。建立了全風化花崗巖CBR與液塑限、壓實度、含水量之間的相關關系，首次提出使用液塑限和全風化花崗巖的分類作為路基填料適用范圍的主要判別指標。全風化花崗巖的物理力學特性和化學成分， (2)使用動三軸試驗研究全風化花崗巖的動態(tài)力學特性如動強度、動模量及其隨應力水平和荷載重復次數(shù)的變化規(guī)律。

4、 (3)首次通過三組大比例模型試驗，研究了路基應力、變形隨交通動荷載大小及重復加載的變化規(guī)律。得到了全風化花崗巖、全風化花崗巖水泥穩(wěn)定土、全風化花崗巖土工格室加筋路基和路面結構的動應力應變、累積變形隨加載次數(shù)的變化規(guī)律。 (4)分析總結了國內外汽車荷載模型，提出了汽車振動彈簧模型、半正弦模型和集中力的移動半圓汽車荷載模型，用接觸單元方法分析模擬車—路面耦合振動，使得汽車荷載計算模型更加合理。 (5)采用Hamil

5、ton原理建立了汽車動荷載、路基路面結構的耦合運動方程，建立路基路面平面和三維有限元耦合力學分析模型，系統(tǒng)研究了路基路面結構動態(tài)響應，分析了路基路面結構動應力應變分布規(guī)律，以及應力應變隨行車速度、路基強度等因素影響的變化規(guī)律，得到了路基路面應力應變變化的時程曲線，為路基動強度設計提供了依據(jù)。 (6)提出了公路路基動強度設計理論方法，并首次應用于全風化花崗巖路基設計和實體工程建設中，確定了全風化花崗巖路基動強度設計指標，從動強度角

6、度評價了全風化花崗巖及其水泥穩(wěn)定土作為高速公路路基填料的可行性和適用范圍，確定路基質量控制標準及施工工藝。通過試驗路基實體工程施工及跟蹤觀測處理效果，驗證了動強度設計理論。 (7)在路基動強度設計方面，使用有限元技術對多種工況下路基路面應力應變進行了分析，從理論上分析了引起路面開裂的原因。根據(jù)影響公路使用品質的因素，確定了控制路基應變破壞標準的兩個主要方面：一是路基本身的破壞，另一是路基應變發(fā)展到一定階段引起路面開始破壞。

7、 (8)通過比較《公路路基設計規(guī)范》所要求的CBR和彈性模量值與路基動強度設計指標，兩者所要求的一致。在路基動強度設計時，路基填料的路用工程性質不但與CBR值有關，而且受動強度控制，應同時使路基的動強度滿足要求。 (9)通過理論研究和現(xiàn)場沉降實測資料的分析，深入探討了全風化花崗巖路基的沉降規(guī)律，提出了后期沉降預測公式。 (10)從理論和試驗方面論證了全風化花崗巖作為路基填料的可靠性，提出了全風化花崗巖路基設計與施工指南