本發(fā)明屬于道路工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種路基土動態(tài)回彈模量預(yù)估方法。
背景技術(shù)：
：動態(tài)回彈模量作為路面設(shè)計中路基土剛度參數(shù)，反應(yīng)了路基土在車輪荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變非線性特性。我國現(xiàn)行《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD30-2015)將動態(tài)回彈模量作為路面設(shè)計的路基剛度參數(shù)，并給出了一些回彈模量的確定方法，例如列出了不同土質(zhì)下回彈模量參考值及由CBR通過經(jīng)驗(yàn)公式換算回彈模量值等。但其模量取值未考慮路基土應(yīng)力、基質(zhì)吸力和路基土物理性質(zhì)指標(biāo)。導(dǎo)致取值與實(shí)際相差較大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種路基土動態(tài)回彈模量預(yù)估方法，解決了現(xiàn)有回彈模量預(yù)估模型無法同時考慮路基土應(yīng)力狀態(tài)、基質(zhì)吸力和路基土物理性質(zhì)的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種路基土動態(tài)回彈模量預(yù)估方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：步驟a：用壓力板儀測定路基土的基質(zhì)吸力并采用VanGenuchten模型建立土水特征曲線；步驟b：用動三軸儀進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)；步驟c：分析土水特征曲線和回彈模量試驗(yàn)結(jié)果，建立基質(zhì)吸力-回彈模量關(guān)系方程，如式(1)所示，MR＝A×ln(ψm)(1)其中：MR為動態(tài)回彈模量，ψm為基質(zhì)吸力，A為模型參數(shù)；步驟d：耦合基質(zhì)吸力-回彈模量關(guān)系方程和NCHRP1-28A三參數(shù)模型，建立綜合考慮路基土濕度和應(yīng)力狀態(tài)的回彈模量預(yù)估模型，如式(2)所示：MR=k1ln(ψm)(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(2)]]>其中：θ為體應(yīng)力，τoct為八面體剪應(yīng)力，Pa＝100kPa，k1、k2和k3為模型參數(shù)；步驟e：根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到模型參數(shù)k1、k2、k3，進(jìn)而建立模型參數(shù)與路基土物理性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系方程。進(jìn)一步的，所述步驟a中，分90％、93％、96％三個壓實(shí)度進(jìn)行，土水特征曲線的方程如公式(3)，其中：θs指飽和體積含水率，θw指體積含水率，θr指殘余體積含水率，是基質(zhì)吸力，m1、m2和m3為模型參數(shù)。進(jìn)一步的，所述步驟b中，路基土試件尺寸為100mm×200mm，采用萬能液壓試驗(yàn)機(jī)靜壓壓實(shí)成型；分別按90％、93％、96％的目標(biāo)壓實(shí)度和90％OMC、OMC、110％OMC、120％OMC、130％OMC的含水率制備試件，OMC為濕法擊實(shí)試驗(yàn)得到的最佳含水率；荷載形式為半正弦波，頻率1Hz，加載時間0.2s，間歇時間0.8s，每一級應(yīng)力水平完成之后，最后5次加載次數(shù)的循環(huán)計算回彈模量值。進(jìn)一步的，所述步驟d中，NCHRP1-28A三參數(shù)模型如式(4)：MR=k1pa(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(4)]]>其中：θ為體應(yīng)力，τoct為八面體剪應(yīng)力，Pa＝100kPa，k1、k2和k3為模型參數(shù)。進(jìn)一步的，所述步驟e中，建立模型參數(shù)與路基土物理性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系方程；選用的路基土物理性質(zhì)指標(biāo)有：干密度γd、塑性指數(shù)PI、0.075mm篩通過的百分率P0.075，以及由這些變量衍生出的變量：變量DDRPI-式(5)、DDRP-式(6)，通過擬合得到k1、k2、k3的回歸方程如公式7所示：DDRPI=PI×γdγdMAX---(5)]]>DDRP=P0.075×γdγdMAX---(6)]]>k1=a1γd-a2k2=b1DDRPI2-b2DDRPI+b3k3=c1DDRP2+c2DDRP-c3---(7)]]>其中，γdMAX為最大干密度，a1、a2、b1、b2、b3、c1、c2和c3均為擬合參數(shù)本發(fā)明的有益效果：提出的回彈模量預(yù)估模型引入了代表路基濕度狀態(tài)的參量-基質(zhì)吸力，并綜合考慮了路基土的實(shí)際受力狀態(tài)和濕度狀態(tài)，解決了現(xiàn)有回彈模量預(yù)估模型無法同時考慮路基土應(yīng)力狀態(tài)、基質(zhì)吸力和路基土物理性質(zhì)的問題，模型結(jié)構(gòu)簡單，適用土質(zhì)范圍廣。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是半正弦加載應(yīng)力波形圖。圖2是積含水率、壓實(shí)度、基質(zhì)吸力關(guān)系圖。圖3a為90％壓實(shí)度下高液限黏土的回彈模量值。圖3b是93％壓實(shí)度下高液限黏土的回彈模量值。圖3c是96％壓實(shí)度下高液限黏土的回彈模量值。圖4a是90％壓實(shí)度下回彈模量與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系圖。圖4b是93％壓實(shí)度下回彈模量與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系圖。圖4c是96％壓實(shí)度下回彈模量與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系圖。圖5是本發(fā)明的流程圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。一種路基土動態(tài)回彈模量預(yù)估方法，流程如圖5所示，考慮了路基所處的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)和濕度狀態(tài)，可用于路基土動態(tài)回彈模量的預(yù)估，具體按照以下步驟進(jìn)行：步驟a：用壓力板儀測定路基土的基質(zhì)吸力，分90％、93％(路堤壓實(shí)度93％)、96％(路床壓實(shí)度96％)三個壓實(shí)度進(jìn)行，90％壓實(shí)度是為了增加試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完成之后采用VanGenuchten模型建立土水特征曲線，本實(shí)施例中建立高液限黏土的土水特征曲線，得到不同壓實(shí)度下參數(shù)模型，土水特征曲線(SWCC)方程如公式(3)。步驟b：用動三軸儀進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)，所采用的加載序列如表1所示。表1南方濕熱地區(qū)路基土動態(tài)回彈模量動三軸測試方案加載序列加載序列圍壓(kPa)偏應(yīng)力(kPa)豎向主應(yīng)力(kPa)加載次數(shù)主應(yīng)力之比0-預(yù)載40307020001.7514010501001.2524020601001.5034030701001.7544040801002.0053010401001.3363020501001.6773030601002.0083040701002.3392010301001.50102020401002.00112030501002.50122040601003.00131010201002.00141020301003.00151030401004.00161040501015.00路基土試件尺寸為100mm×200mm，采用萬能液壓試驗(yàn)機(jī)靜壓壓實(shí)成型；根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，分別按90％、93％和96％的目標(biāo)壓實(shí)度和90％OMC、OMC、110％OMC、120％OMC、130％OMC的含水率制備試件，OMC為濕法擊實(shí)試驗(yàn)得到的最佳含水率；荷載形式為半正弦波，頻率1Hz，加載時間0.2s，間歇時間0.8s，如圖1所示。每一級應(yīng)力水平完成之后，最后5次加載次數(shù)的循環(huán)計算回彈模量值。國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為最后5個循環(huán)試件達(dá)到完全的彈性工作狀態(tài)，因此取最后5個循環(huán)計算回彈模量值。步驟c：分析土水特征曲線和動三軸試驗(yàn)測試結(jié)果，建立基質(zhì)吸力與回彈模量關(guān)系方程，如式(1)所示。MR＝A×ln(ψm)(1)其中：MR為動態(tài)回彈模量，ψm為基質(zhì)吸力，A為模型參數(shù)；步驟d：耦合基質(zhì)吸力與回彈模量關(guān)系方程和NCHRP1-28A三參數(shù)模型(式(4))，建立綜合考慮路基土濕度和應(yīng)力狀態(tài)的回彈模量預(yù)估模型，如式(3)所示。MR=k1pa(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(4)]]>其中：θ為體應(yīng)力，τoct為八面體剪應(yīng)力，pa＝100kPa，k1、k2和k3為模型參數(shù)；當(dāng)含水率不變時，基質(zhì)吸力是定值，此時只需考慮體應(yīng)力和八面體剪應(yīng)力對回彈模量的影響，可以將ln(ψm)視為常數(shù)，而NCHRP1-28A三參數(shù)模型(式(4))當(dāng)中有常數(shù)(Pa＝100kPa)，用基質(zhì)吸力ln(ψm)代替Pa，即可實(shí)現(xiàn)基質(zhì)吸力與NCHRP1-28A三參數(shù)模型的耦合；同理，當(dāng)路基土處于某一特定的應(yīng)力狀態(tài)時，NCHRP1-28A三參數(shù)模型當(dāng)中的也是定值，那么此時只考慮濕度對回彈模量的影響，而MR＝A×ln(ψm)式中有模型參數(shù)A是常數(shù)，用代替A，即可實(shí)現(xiàn)NCHRP1-28A三參數(shù)模型與基質(zhì)吸力的耦合。通過上述分析，可建立路基土動態(tài)回彈模量預(yù)估模型，最終模型式(2)。MR=k1ln(ψm)(θpa)k2(τoctpa+1)k3---(2)]]>步驟e：采用其他成果的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對本發(fā)明提出的回彈模量預(yù)估模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證完成后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到模型參數(shù)k1、k2、k3，進(jìn)而建立模型參數(shù)與路基土物理性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系方程，從而根據(jù)路基土性質(zhì)、基質(zhì)吸力和應(yīng)力狀態(tài)，即可計算其動態(tài)回彈模量。實(shí)施例1實(shí)例以高液限黏土來演示本發(fā)明的具體實(shí)施過程，表2為基本物理參數(shù)統(tǒng)計表。表2高液限黏土基本物理參數(shù)統(tǒng)計表步驟a：在90％、93％、96％壓實(shí)度下制作試件，采用壓力板儀測定每個試件的基質(zhì)吸力值。測試結(jié)果如圖2所示。采用VanGenuchten模型(如式(3)所示)建立高液限黏土土水特征曲線，得到不同壓實(shí)度下模型參數(shù)，如表3所示其中：θs指飽和體積含水率，θw指體積含水率，θr指殘余體積含水率，是基質(zhì)吸力，m1、m2和m3為模型參數(shù)。表3VenGenuchten方程參數(shù)統(tǒng)計表壓實(shí)度m1m2m3R296％0.045332.419580.0487799.87％93％0.069212.481710.0455999.92％90％0.064232.303140.0511599.87％其中，表3中R2是相關(guān)性系數(shù)；步驟b：動三軸試驗(yàn)采用的加載序列如表1所示，采用的加載波形如圖1所示。路基土試件尺寸為100mm×200mm，采用萬能液壓試驗(yàn)機(jī)靜壓壓實(shí)成型；根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，分別按90％、93％和96％的目標(biāo)壓實(shí)度和90％OMC、OMC、110％OMC、120％OMC、130％OMC的含水率制備試件；每一級應(yīng)力水平完成之后，最后5個循環(huán)計算回彈模量值，得到不同壓實(shí)度下高液限黏土的回彈模量值，如圖3a、3b、3c所示。步驟c：聯(lián)合土水特征曲線和動三軸試驗(yàn)測試結(jié)果，分析基質(zhì)吸力對回彈模量影響，如圖4a-4c所示。從圖4a-4c中可以看出，基質(zhì)吸力與回彈模量之間的關(guān)系可以用對數(shù)函數(shù)來描述，MR＝A×ln(ψm)；以90％壓實(shí)度的試驗(yàn)結(jié)果為例，對基質(zhì)吸力和回彈模量用對數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合分析，擬合結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，對數(shù)函數(shù)關(guān)系可以較為準(zhǔn)確的描述基質(zhì)吸力與回彈模量之間的關(guān)系。表4壓實(shí)度為90％時，回彈模量-基質(zhì)吸力對數(shù)關(guān)系表步驟d：路基土動態(tài)回彈模量預(yù)估模型應(yīng)能綜合反映路基濕度和路基應(yīng)力狀態(tài)的影響，且建立預(yù)估模型不應(yīng)存在量綱和不定值問題。預(yù)估模型的參量為基質(zhì)吸力、體應(yīng)力和八面體剪應(yīng)力，其中基質(zhì)吸力代表濕度，體應(yīng)力和八面體剪應(yīng)力代表應(yīng)力，每個參量對應(yīng)一個回歸系數(shù)。新的預(yù)估模型如式(3)所示，其建立的原理在于，當(dāng)含水率不變時，基質(zhì)吸力是定值，此時只需考慮體應(yīng)力和八面體剪應(yīng)力對回彈模量的影響，可以將ln(ψm)視為常數(shù)，而NCHRP1-28A三參數(shù)模型(式(4))當(dāng)中有常數(shù)(Pa＝100kPa)，雖然兩者數(shù)值不同，但可以通過模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同理，當(dāng)路基土處于某一特定的應(yīng)力狀態(tài)時，NCHRP1-28A三參數(shù)模型當(dāng)中的也是定值，此時可只考慮濕度對回彈模量的影響，而MR＝A×ln(ψm)式中有模型參數(shù)A是常數(shù)，雖然兩者數(shù)值不同，但可以通過模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。因此只要將基質(zhì)吸力-回彈模量對數(shù)方程耦合到NCHRP1-28A三參數(shù)模型當(dāng)中，即能建立動態(tài)回彈模量預(yù)估模型。步驟e：采用邱欣、Yang、RobertY.Liang的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對新模型進(jìn)行驗(yàn)證，同時與原模型相關(guān)系數(shù)對比。如表5所示，新模型較好的耦合了他們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且相關(guān)性系數(shù)更高，證明模型是合理的。所檢驗(yàn)的土質(zhì)包括京珠高速低液限黏土，中國臺灣地區(qū)A-7-5(高液限黏土)、A-7-6(高液限黏土)、以及美國A-4(低液限黏土)和A-6，土質(zhì)涵蓋范圍廣，證明新模型可以推廣應(yīng)用到其他土質(zhì)。表5新模型驗(yàn)證采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到新預(yù)估模型參數(shù)，此擬合步驟是現(xiàn)有技術(shù)，如表6所示，表6中的k1、k2、k3是用預(yù)估模型擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的模型參數(shù)的值。表690％、93％、96％壓實(shí)度下新模型參數(shù)統(tǒng)計表壓實(shí)度k1k2k3R290％18.276110.23888-2.2760790.279％93％20.936370.2045-0.9104387.645％96％23.332220.23719-1.9152390.831％步驟f：建立模型參數(shù)與路基土物理性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系方程。選用的路基土物理性質(zhì)指標(biāo)有：干密度γd(g/cm3)、塑性指數(shù)PI、0.075mm篩通過的百分率P0.075(％)，以及由這些變量衍生出的變量：變量DDRPI(式(5))、DDRP(式(6))，通過擬合得到k1、k2、k3的回歸方程如式(7)所示：DDRPI=PI×γdγdMAX---(5)]]>DDRP=P0.075×γdγdMAX---(6)]]>k1=53.949γd-57.521,R2=99.91%k2=0.0465DDRPI2-2.45DDRPI+32.458,R2=99.95%k3=-0.144DDRP2+25.679DDRP-1145.5,R2=99.97%---(7)]]>以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3