路基力学特性分析路基力学特性分析.ppt

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1、第四章路基力学特性分析第四章路基力学特性分析第一节路基土的变形特性第二节土基承载能力指标第一节路基土的变形特性一、路基土的应力——应变关系1、理想的线性弹性体在一定的应力范围内，应力与应变的关系呈线性特性。由于路基土的内部结构十分复杂，所以路基土在应力作用下呈现的变形特性同理想的线性弹性体有很大区别。2、压入承载板试验：以一定尺才的刚性承载板置于土基顶面，逐级加荷卸荷，记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起曲沉降变形，根据试验结果，可绘出土基顶面压应力与回弹变形的关系曲线,见图4-1a，来计算土基的回弹模量。图4-1b)为三

2、轴压缩试验应力——应变关系曲线。土基的应力——应变关系除了出现非线性特性之外，还表现出弹塑性性质。由图4-1c）可以看出，当荷载卸除，应力恢复到零时，曲线由A回到B，OB即为塑性或残余变形。模量有以下几种：（1）初始切线模量：应力值为零时的应力———应变曲线的斜率，如图4-1c）中的①所示；（2）切线模量：某一应力级位处应力——应变曲线的斜率，如图4-1c）中的②所示，反映该级应力处应力一应变变化的精确关系；（3）割线模量：以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，如图4-1c）中③所示，反映土基在工作应力范围内的

3、应力一应变的平均状态；（4）回弹模量：应力卸除阶段，应力——应变曲线的割线模量，如图4-1c）中④所示。前三种模量中的应变值包含残余应变和回弹应变，而回弹模量则仅包含回弹应变，它部分地反映了土的弹性性质。土基应力——应变的非线性特性还有另一种表示方法，即将因弹模量值以应力或应变的函数形式来表示。如根据试验结果，砂性土路基的回弹模量可以按式（4-3）计算确定。式中：ER——土基回弹模量，kPa；θ——全应力，即三向主应力之和kPa；Kl，K2——回归常数，见图4-2a）对于粘性土，其模量值随应力的变化又有另外的形式。如图4-2b

4、）所示，在一定的应力范围内，随着应力的增加，模量逐渐降低，超过一定范围后，模量又缓慢增大。图4-2回弹模量与应力的关系曲线a)砂性土;b)粘性土路基土在车轮荷载作用下产生的应变，不仅与荷载应力的大小有关，而且与荷载作用的持续时间有关，这是由于土颗粒之间力的传递以及土粒与生粒之间的相对移动都需要一定的时间。通常在施加荷载的初期，变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。这又称为土的流变特性。试验表明，因弹应变与荷载的持续时间关系不大，土的流变特性主要同塑性应变有关。二、重复荷载对路基土的影响重复荷载对路基土的影响：一种

5、是土体逐渐压密，土体颗粒之间进一步靠拢，每一次加载产生的塑性变形量愈来愈小，直至稳定，这种情况不致形成土基的整体性剪切破坏；另一种是荷载的重复作用造成了土体的破坏，每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土体整体破坏的剪裂面，最后达到破坏阶段。土基在重复荷载作用下产生的塑性变形积累，最终将导致何种状况，主要取决于：（1）土的性质（类型）和状态（含水量、密实度、结构状态）；（2）重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示，即相对荷载；（3）荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时

6、间以及重复作用的频率。三、湿度和密度对路基土的影响回弹模量值通常随密实度增加而增大，而随含水量增加而减小。其中，含水量对模量值的影响特别大,如右图所示。路面结构分析时，采用按照路基土的实际湿密状态制备的试件测定的回弹模量值。通常，试件在接近最佳含水量值时压实到规定的最低密实度，随后浸水饱和后进行试验。第二节土基承载能力指标路基的承载能力都用一定应力级位下的抗变形能力来表征，主要参数有E、K、CBR。一、土基的回弹模量E以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬间荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以应用弹性理论公式描述荷载与

7、变形之间的关系。以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以在弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。柔性承载板与刚性承载板用柔性压板测定回模量，土基与压板之间的接触压力为常量，如图4-4a）所示，即：承载板的挠度l（r）与坐标r有关，在压板中心处（r=0），即：在柔性压板边缘处r=a，其挠度可以按下式计算：用刚性承载板测定土基回弹模量，压板下土基顶面的挠度为等值，不随坐标r而变化。但是板底接触压力则随r值的变化，成鞍形分布，如图4-4b）所示。其挠度l值与接触压力p值可分别按式（4-9）或式（4-10）计算。（4-9）（4

8、-10）在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为它的挠度易于测量，压力容易控制。试验时宜采用逐级加载卸载法，每级增加0.04MPa，待卸载稳定1min后读取回弹弯沉值，再加下一级荷载。回弹变形值超过1mm时，则停止加载。如此，即可点绘出荷载一回弹弯沉曲线，如图4-5所示。在多数