第二章路基基本性質(zhì)

1、第二章 路基基本性質(zhì)授課內(nèi)容§1 公路自然區(qū)劃§2 路基土的工程分類(lèi)§3 路基土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系§4 路基承載力§5 路床設(shè)計(jì)§1 公路自然區(qū)劃自然區(qū)劃分類(lèi) 自然地理區(qū)劃：綜合自然區(qū)劃、部門(mén)區(qū)劃 專(zhuān)業(yè)自然區(qū)劃：農(nóng)業(yè)、建筑、生態(tài)、公路區(qū)劃目的 我國(guó)幅員遼闊，各地自然條件和道路的工程性質(zhì)差異很大。 區(qū)分不同地理區(qū)劃自然條件對(duì)公路工程影響的差異性，便于道路工作者在路基路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型選擇以及設(shè)計(jì)、施工養(yǎng)護(hù)中采取合適的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)措施，保證路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 根據(jù)水、土、溫度因素（相似性），在一定區(qū)域內(nèi)，定性地確定公路工程的特點(diǎn)（即土基回彈

2、模量，由干濕類(lèi)型和土性質(zhì)決定）。區(qū)劃原則 以自然氣候的綜合性和主要性相結(jié)合為原則 1、公路工程特征相似的原則： 在同一區(qū)劃內(nèi)，在同樣的自然因素下筑路具有相似性。 2、地表氣候區(qū)劃差異性的原則： 地表氣候是地帶性差異和非地帶性差異的綜合結(jié)果。 3、自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用的原則： 自然氣候變化是各種因素綜合作用的結(jié)果，但其中又有某種因素 起主導(dǎo)作用。公路自然區(qū)劃劃分 （1）二級(jí)區(qū)劃：潮濕系數(shù)k （2）三級(jí)區(qū)劃：1、水熱、地理和地面； 2、地表地貌、水文和土質(zhì)。各自然區(qū)劃的筑路特點(diǎn) 區(qū)-北部多年凍土區(qū)：道路設(shè)計(jì)原則-保溫 區(qū)-東部濕潤(rùn)季凍區(qū)：路面結(jié)構(gòu)要突出-防凍脹與翻漿 區(qū)-黃土高原干濕過(guò)

3、渡區(qū)：筑路主要問(wèn)題是黃土的沖蝕與遇水濕陷 區(qū)-東南濕熱區(qū)：筑路主要問(wèn)題是水毀、沖刷和滑坡 區(qū)-西南潮暖區(qū)：土基濕軟，注意路基整體穩(wěn)定性 區(qū)-西北干旱區(qū)：氣候干燥，砂石搓泥、松散，沙漠地區(qū)風(fēng)蝕和沙埋 區(qū)-青藏高寒區(qū)：有多年凍土，注意保溫設(shè)計(jì)，瀝青路面易老化評(píng)價(jià)（1）側(cè)重于為低等級(jí)道路服務(wù)，病害主要考慮凍脹與翻漿。 目前高等級(jí)公路的凍脹與翻漿已經(jīng)不是主要的病害（2）影響因素僅是水、熱，沒(méi)有考慮地貌、地質(zhì)等。（3）不能很好地為公路服務(wù)，服務(wù)范圍不明確 目前有用的僅是土基模量、最小路基高度、稠度參照該區(qū)劃；§2 路基土的工程分類(lèi)分類(lèi)的基本原則 （1）應(yīng)選用對(duì)土的工程性質(zhì)、最能反映土的基本屬性

4、 和便于測(cè)定的指標(biāo)作為分類(lèi)依據(jù) （2）要有一定的邏輯性 （3）應(yīng)能反映土在不同工作條件下的特性土的工程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（GB-T 50145-2007）分類(lèi)體系 （1）劃分指標(biāo)：土的顆粒組成及其特征 土的塑性指標(biāo)：液限、塑限和塑性指數(shù) 土中有機(jī)質(zhì)含量 （2）粒組定義：工程上常把大小相近的土粒合并為組 粒組劃分：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土圖 粒組劃分 （3）顆粒級(jí)配特征：不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc d10、d30和d60是指土的特征粒徑，分別是指小于該粒徑的土粒質(zhì)量為土總質(zhì)量的10%、30%和60%。 （4）劃分方法：按不同粒組的相對(duì)含量劃分：巨粒類(lèi)土、粗粒類(lèi)土和細(xì)粒類(lèi)土巨粒類(lèi)土：按粒組劃分粗粒類(lèi)

5、土：按粒組、級(jí)配、細(xì)粒土含量劃分細(xì)粒類(lèi)土：按塑性圖、所含粗粒類(lèi)別及有機(jī)質(zhì)含量劃分 （5）卡薩格蘭德塑性圖（Cassagrande plasticity chart） 土的分類(lèi) 土的工程性狀評(píng)價(jià)（1）巨粒土 良好（強(qiáng)度、穩(wěn)定性好）（2）粗粒土 良好（3）砂土 強(qiáng)度、穩(wěn)定性好，壓實(shí)困難；（4）砂性土 強(qiáng)度、穩(wěn)定性好，壓實(shí)容易；（5）粉性土 粘性小，毛細(xì)作用強(qiáng)，水穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生凍脹和翻漿；（6）粘性土 粘性大，水穩(wěn)定性?xún)?yōu)于粉土，毛細(xì)作用強(qiáng)；（7）重粘土 不透水，粘聚力大，干燥時(shí)很堅(jiān)硬，不易施工 §3 路基土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系路基受力狀態(tài) 靜載：路基自重 活載：汽車(chē)輪重 a、集中荷載：鮑辛尼斯

6、公式 b、均布荷載: ：02，r：0R(p為均布荷載，R作用半徑) 路基工作區(qū) ，路基工作區(qū) a、汽車(chē)荷載大小不同，Za不同 b、Za隨路面強(qiáng)度增大而遞減c、當(dāng)路基工作區(qū)Za大于路基填土高度時(shí) 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 非線性 、 彈塑性、流變特性 流變性由于車(chē)輛荷載作用短，一般不考慮 彈塑性在計(jì)算路基的永久變形時(shí)考慮 非線性的考慮方法局部線性化方法 初始切線模量 切線模量 割線模量 回彈模量 非線性的考慮方法將回彈模量表示成應(yīng)力或應(yīng)變的函數(shù) 如砂性土回彈模量： ER=K1K2 式中： ER土基回彈模量； 全應(yīng)力，即=1+2+3 K1, K2回歸常數(shù)。重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響 塑性變形累積Ø 每次

7、荷載作用之后，回彈變形即時(shí)消失Ø 塑性變形不能消失，殘留在土基之中Ø 多次荷載作用塑性變形累積，總變形增大。重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響 兩種狀態(tài)Ø 土體逐漸被壓密，每次塑性變形量逐漸減小，直至最后穩(wěn)定。這種不會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生剪切破壞Ø 每一次加載作用在土體中產(chǎn)生了逐步發(fā)展的剪切變形，形成能引起土體整體破壞的剪裂面，最后達(dá)到破壞。重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響 何種狀態(tài)，取決于：Ø 土的性質(zhì)（類(lèi)型）和狀態(tài)（含水率、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）Ø 重復(fù)荷載大?。褐貜?fù)荷載同一次靜載下達(dá)到的極限強(qiáng)度之比Ø 荷載作用性質(zhì)：重復(fù)荷載施加速度、作用持續(xù)時(shí)間及頻率

8、Ø 土側(cè)向應(yīng)力大小§4 路基承載力Ø 路基作為路面基礎(chǔ)，它是抵抗車(chē)輪荷載能力的大小，主要取決于路基頂面一定應(yīng)力級(jí)位下的抗變形能力。Ø 用于表征土基承載力的參數(shù)有： 回彈模量 地基反應(yīng)模量 加州承載比土基回彈模量?jī)?yōu)點(diǎn)：反映土基瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形。因而可以用彈性理論 公式描述荷載與變形之間的關(guān)系。測(cè)定方法：（1）柔性承載板法 土基與壓板之間接觸應(yīng)力 壓板中心處撓度 壓板邊緣處撓度 （2）剛性承載板法 板底接觸應(yīng)力隨r呈鞍形分布 逐級(jí)加載法，每級(jí)增加0.04MPa，卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級(jí)荷載?；貜椬冃沃党^(guò)1mm時(shí)，則停止加載。點(diǎn)

9、繪荷載彎沉曲線。 地基反應(yīng)模量 定義與特點(diǎn)Ø 適用于溫克勒（E.Winkler）地基。Ø 假定土基頂面任一點(diǎn)的彎沉僅同作用于該點(diǎn)的垂直壓力成正比，而同其相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。即地基可以認(rèn)為由許多各不相連的彈簧組成。Ø 一般剛性路面下路基采用Winkler地基。 測(cè)定方法Ø 與 承載板法測(cè)回彈模量相似，區(qū)別： （1）一次加荷到位；（2）承載板的半徑為76cm。Ø 兩種加載方法： （1）當(dāng)?shù)鼗^軟弱時(shí)，控制彎沉值為1.27mm。通常情況下砼路面的彎沉不會(huì)超出這一范圍。 （2）當(dāng)?shù)鼗^硬時(shí)，彎沉值難以達(dá)到1.27mm，控制單位壓力為70KPa。 影響因

10、素Ø 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。Ø 當(dāng)承載板大于76cm，k值變化很小，故規(guī)定直徑以76cm的承載板為標(biāo)準(zhǔn)。加州承載比 定義與特點(diǎn)Ø 由美國(guó)California提出的一種評(píng)定土基及路面材料承載能力的指標(biāo)。Ø 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。 測(cè)定方法Ø CBR值有室內(nèi)測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試Ø 直徑152.4mm，高114.3mm土樣頂面，用直徑49.5mm的剛性壓頭，以1.27mm/min的速度壓入土中，記錄每貫入2.54mm時(shí)的單位壓力，直至

11、壓入深度達(dá)到12.7mm時(shí)為止。Ø 計(jì)算CBR：通常取貫入度0.254cm，但是當(dāng)貫入度為0.254cm時(shí)的CBR小于0.508貫入度時(shí)的CBR值時(shí)，應(yīng)取后者。Ø 室內(nèi)試驗(yàn)： a、按路基施工時(shí)的含水量及壓實(shí)度要求再試筒內(nèi)制備 b、加載前再水中浸泡4d c、為了模擬路面結(jié)構(gòu)對(duì)土基的附加壓力，在浸水過(guò)程和壓入試驗(yàn)時(shí)，在試件頂面施加環(huán)形砝碼，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。Ø 野外試驗(yàn)：基本上與室內(nèi)試驗(yàn)相同，但其壓入實(shí)驗(yàn)直接在土基頂面進(jìn)行Ø 野外實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果不一致原因：含水量不一樣，所以，對(duì)野外實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須加以修正，換算成飽水狀態(tài)的CBR§

12、;5 路床設(shè)計(jì)與力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法相適應(yīng)的路基設(shè)計(jì)指標(biāo)路基頂面（即路床頂面）的回彈模量路面結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中表征路基結(jié)構(gòu)的指標(biāo)CBR填料選擇指標(biāo)，表征材料的水穩(wěn)定性和抵抗局部壓入變形能力的指標(biāo)壓實(shí)度施工控制指標(biāo)CBR和壓實(shí)度均非路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)（或參數(shù)）路基回彈模量的設(shè)計(jì)值必須通過(guò)填料的合理選擇和壓實(shí)度的有效控制得以實(shí)現(xiàn)。路基平衡濕度是指公路建成通車(chē)后，路基在地下水、降雨、蒸發(fā)、凍結(jié)和融化等因素作用下，濕度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)重復(fù)加載三軸試驗(yàn)確定路基土動(dòng)態(tài)回彈模量（附錄A）路基土動(dòng)態(tài)回彈模量取值表（附錄B）路基濕度來(lái)源水在土中由高壓向低壓處、由高溫向低溫處、由高含水量向低含水量處移動(dòng)。 在干旱地區(qū)，地表蒸發(fā)量大，當(dāng)水由下向上移動(dòng)時(shí)，溶解的鹽類(lèi)也隨之移動(dòng)，鹽分集聚于地面，往往形成鹽漬（zi）土。水溫狀況變化對(duì)道路工程的影響 水溫狀況是指由于濕度與溫度變化對(duì)路基產(chǎn)生的共同影響 聚冰帶是指沿路基深度出現(xiàn)較大溫度梯度時(shí)，水分在溫差的影響下以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處移動(dòng)，并聚集在該處。這種現(xiàn)象在