第四講路基強(qiáng)度表征

第四講路基強(qiáng)度表征第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3土基的承載能力---荷載—彎沉曲線

路基（或?qū)訝畹鼗╉斆嬖诰植亢奢d作用下的豎直變形（又稱彎沉）特性，采用承載板試驗(yàn)測(cè)得的荷載—彎沉關(guān)系確定一個(gè)單一的當(dāng)量模量值。這個(gè)模量值相應(yīng)于整個(gè)路基（或?qū)訝畹鼗﹥?nèi)某種應(yīng)力場(chǎng)的平均模量值。盡管柔性路面設(shè)計(jì)和剛性路面設(shè)計(jì)以不同的理論體系為基礎(chǔ)，不同的設(shè)計(jì)方法有不同的假定前提，但是用于表征路基承載力的各種指標(biāo)基本是相同的，都是采用土基在一定應(yīng)力級(jí)位下的抗變形能力來(lái)表示用于表征土承載力的參數(shù)指標(biāo)有回彈模量、地基反應(yīng)模量和加州承載比（CBR）等。第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1半無(wú)限體的荷載—彎沉關(guān)系：借助布西奈斯克（Boussinesq）公式建立起理論公式：第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.2土基的回彈模量

荷載-—彎沉曲線彎沉第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日①初始模量②切線模量③割線模量：④回彈模量：應(yīng)力卸除價(jià)段，應(yīng)力—應(yīng)變曲線的割線或切線模量。σ1-σ3（P）εα0ε回彈變形殘余變形總變形α0B(l)前1、2、3種模量取值時(shí)的應(yīng)變值包括了殘余應(yīng)變和回彈應(yīng)變?cè)趦?nèi)的總應(yīng)變，而回彈模量取值時(shí)的應(yīng)變值是已扣除殘余應(yīng)變后的回彈應(yīng)變。第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日在以彈性半空間地基模型表征土基的受力特性時(shí)，回彈模量是表示路基在瞬時(shí)荷載作用下具有的可恢復(fù)變形性質(zhì)的量度。它應(yīng)用彈性理論公式描述荷載與變形之間的關(guān)系。在以彈性理論為基本體系的各種設(shè)計(jì)方法中，回彈模量得到應(yīng)用。為了模擬車輪印跡的作用,通常都以圓形承載板壓入土基的方法測(cè)定回彈模量?；貜椖Ａ康幕径x第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日有兩種承載板可以用于測(cè)定土基回彈模量，即柔性壓板與剛性壓板。用柔性壓板測(cè)定回彈模量，土基與壓板之間的接觸壓力為常量，而板下?lián)隙炔煌?。土基在圓形承載板下的壓力與撓度分布曲線第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日用剛性承載板測(cè)定土基回彈模量，壓板下土基頂面的撓度為等值，不隨著坐標(biāo)r而變化，但是板底接觸壓力則隨r值的變化，成鞍形分布，如圖（b）所示。其撓度r值與接觸壓力p值可分別按下兩式計(jì)算。；測(cè)得剛性板撓度之后，即可按上兩式反算得到回彈模量E值。式中P為平均單位壓力。

第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙纫子跍y(cè)量，壓力容易控制。試驗(yàn)時(shí)宜采用逐級(jí)加載卸載法，每級(jí)增加0.04Mpa，待卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級(jí)荷載，回彈變形值超過1mm時(shí)，則停止加載。如此，即可點(diǎn)繪出荷載一回彈彎沉曲線，如圖圖（E）所示。承載板直徑的大小對(duì)測(cè)定結(jié)果也有影響，通常用車輪的輪印當(dāng)量圓直徑作為承載板的直徑（目前采用承載板直徑30cm）。但是對(duì)于剛性路面下的土基，有時(shí)采用較大直徑承載板進(jìn)行測(cè)定，因?yàn)楹奢d通過剛性路面板施加于地面表面的壓力范圍較柔性路面為大。第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日在多數(shù)情況下，試驗(yàn)曲線呈非線性。確定模量值時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際可能出現(xiàn)的最大壓應(yīng)力級(jí)位，或可能出現(xiàn)的最大彎沉范圍，在曲線上選取合適的量值按式進(jìn)行計(jì)算。（84年板）

(93與07年板)式中：、——分別為各級(jí)荷載的單位壓力與相對(duì)應(yīng)的回彈彎沉值，D—承載板直徑。第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日現(xiàn)場(chǎng)貝克曼梁測(cè)試彎沉

現(xiàn)場(chǎng)承載板測(cè)路基模量

第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日（g）土基在圓形承載板下的壓力與撓度實(shí)測(cè)曲線第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3地基反應(yīng)模量第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日溫克勒地基模型是捷克斯洛伐克工程師溫克勒在1876年計(jì)算鐵路鋼軌地基承載力時(shí)提出的。其基本假定是地基上任一點(diǎn)的沉降僅同作用于該點(diǎn)的壓力強(qiáng)度成正比，而與其相鄰點(diǎn)所受的壓力大小無(wú)關(guān)，壓力強(qiáng)度與沉降之比稱為地基反應(yīng)模量。

根據(jù)上述假說，可以把地基看成無(wú)數(shù)彼此分割開的小土柱組成的體系，或者是一群互不相聯(lián)的彈簧體系，這種地基又可稱為稠密液體地基，地基反應(yīng)模量K值相當(dāng)于該液體的單位重。第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日用溫克勒（E.Winkler）地基模型描述土基工作狀態(tài)時(shí)，用地基反應(yīng)模量K表征土基的承載力。根據(jù)溫克勒地基假定，土基頂面任一點(diǎn)的彎沉僅同作用于該點(diǎn)的垂直壓力P成正比，而同其相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。符合這一假定的地基如同由許多各不相連的彈簧所組成（如圖）。壓力與彎沉之比稱為地基反應(yīng)模量K。即：KN/m3溫克勒地基又稱為稠密液體地基。地基反應(yīng)模量K值相當(dāng)于該液體的相對(duì)密度，路面板受到的地基反力相當(dāng)于液體產(chǎn)生的浮力。第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日溫克勒假說，概念明確，在求解一些彈性地基板課題時(shí)，比較容易，便于工程使用，因此，被世界上大多數(shù)國(guó)家廣泛采用。缺點(diǎn)：1)它低估了土的承載力。實(shí)際上地基在橫向上是互相牽連互相制約的，一部分受力，相鄰部位也受到影響，也發(fā)生沉陷

2)忽略了地基中的剪應(yīng)力存在，使的地基的應(yīng)力和變形囿于承載面下深度方向而不能向外側(cè)擴(kuò)散。第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日地基反應(yīng)模量K值用承載板試驗(yàn)確定。承載板的直徑規(guī)定為76cm。測(cè)定方法與回彈模量測(cè)定方法相類似，但它是采取一次加載到位的方法。施加荷載的量值根據(jù)不同的工程對(duì)象，有兩種方法供選用。當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)，用0.127cm的彎沉量控制承載板的荷載。因?yàn)?，通常情況下混凝土面板的彎沉不會(huì)超出這一范圍。假如地基較為堅(jiān)實(shí)，彎沉值難以達(dá)到0.127cm時(shí)，則采用另一種控制方法，以單位壓力P=70kpa控制承載板的荷載，這也是考慮到混凝土路面下土基承受的壓力通常不會(huì)超過這一范圍。第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日承載板直徑的大小對(duì)K值有一定影響，直徑越小，K值越大，但是由試驗(yàn)得到，當(dāng)承載板直徑大于76cm時(shí)，K值的變化很小，如圖（l）所示，因此規(guī)定以直徑為76cm的承載板為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采用直徑為30cm的承載測(cè)定時(shí)，可按下式進(jìn)行修正：K76=0.4K30按上述方法確定的K值是一定荷載或沉降條件下的荷載應(yīng)力與總彎沉之比，其中包含回彈彎沉和殘余彎沉。如果只考慮回彈彎沉，則可以得到地基回彈反應(yīng)模量KR。通常KR與總彎沉對(duì)應(yīng)的地基反應(yīng)模量K之間有如下關(guān)系：KR=1.77K第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日（l）地基反應(yīng)模量K同承載板直徑D的關(guān)系

76cm第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.4加州承載比（CBR）

加州承載比CBR值（californiabearingratio）是美國(guó)加利福尼亞州于1928至1929年間在進(jìn)行瀝青路面破壞情況調(diào)查時(shí)由波特爾（O.Jporter）提出的一種評(píng)定土基及其它路面材料承載能力的指標(biāo)。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的相對(duì)比值表示CBR值。CBR值是被試驗(yàn)材料，按規(guī)定方法試驗(yàn)所得強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度的相對(duì)的比值。第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日由于碎石材料強(qiáng)度既不受濕度影響，也與溫度、齡期無(wú)關(guān)，故被作標(biāo)準(zhǔn)。為建立CBR設(shè)計(jì)法而開創(chuàng)的CBR試驗(yàn)法，作為土和粒料材料的相對(duì)強(qiáng)度的室內(nèi)試驗(yàn)法，至今仍是室內(nèi)試驗(yàn)的有效方法之一。試驗(yàn)時(shí)，用一個(gè)端部面積為19.35cm2的標(biāo)準(zhǔn)壓頭，以0.127cm/min的速度壓入土中，記錄每貫入0.254cm時(shí)的單位壓力，直至壓入深度達(dá)到1.27cm時(shí)為止。第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日室內(nèi)CBR值實(shí)驗(yàn)裝置第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日標(biāo)準(zhǔn)壓力值是用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石由試驗(yàn)求得，其值如表1所示。

標(biāo)準(zhǔn)壓力值Ps表1

貫入度（cm）0.2540.5080.7621.0161.270標(biāo)準(zhǔn)壓力（kpa）703010550133601617018230第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日CBR值按下式計(jì)算：式中：P——對(duì)應(yīng)于某一貫入度的土基單位壓力，kPa；

Ps——相應(yīng)貫入度的標(biāo)準(zhǔn)壓力（見上表），KPa。計(jì)算CBR值時(shí)，取貫入度為0.254cm的CBR值。但是，當(dāng)貫入度為0.254cm時(shí)的CBR值小于貫入度為0.508cm時(shí)的CBR值時(shí)，應(yīng)采用后者為準(zhǔn)。第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日CBR試驗(yàn)設(shè)備有室內(nèi)試驗(yàn)與室外試驗(yàn)兩種。室內(nèi)用CBR試驗(yàn)裝置如圖（m）所示。試件按路基施工時(shí)的含水量及壓實(shí)度要求在試筒內(nèi)制備，并在加載前在水中飽水4天。為了模似路面結(jié)構(gòu)對(duì)土基的附加壓力，在浸水過程中及壓入試驗(yàn)時(shí)，在試件頂面施加環(huán)形法碼，其重量應(yīng)根據(jù)預(yù)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)重量來(lái)確定。第二十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日CBR值野外試驗(yàn)方法基本上與室內(nèi)試驗(yàn)相同，但其壓入試驗(yàn)直接在土基頂面進(jìn)行。有時(shí)，野外試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果不完全相同，這主要是由于土壤含水量不一樣。室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，試件處于飽水狀態(tài)；野外試驗(yàn)時(shí)，土基處于施工時(shí)的濕度狀態(tài)。所以對(duì)野外試驗(yàn)結(jié)果必須加以修正，換算成飽水狀態(tài)的CBR值。

第二十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日表2所列為常用路基土的CBR值。

土類CBR（%）級(jí)配良好的礫石，礫石一砂混合料60-80級(jí)配差的礫石，礫石一砂混合料