路基土的特性及設(shè)計(jì)參數(shù)PPT通用課件

1、路基土的特性及設(shè)計(jì)參數(shù)第二章路基土的特性及設(shè)計(jì)參數(shù)東南大學(xué)交通學(xué)院路基路面工程教學(xué)小組huangxmseuTel:025-8379 5184主要內(nèi)容第一節(jié) 路基土的分類(lèi)及工程特性第二節(jié) 路基水溫狀況及干濕類(lèi)型第三節(jié) 路基的力學(xué)強(qiáng)度特性第四節(jié) 路基的承載能力及材料參數(shù)第一節(jié) 路基土的分類(lèi)及工程特性核心內(nèi)容路基土的分類(lèi)路基土的工程性質(zhì)路基填料的選擇土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積 風(fēng)化巖石地球土地球形成過(guò)程形成條件物理、力學(xué)性質(zhì)影響第一節(jié) 路基土的分類(lèi)及工程特性1、路基土的分類(lèi)不同粒組的劃分界限及范圍其中：以60mm作為粗粒組與巨粒組的分界； 以0.075mm作為細(xì)粒組

2、與粗粒組的分界； 2mm是粗粒組中的礫與砂粒的區(qū)分界限； 0.002mm是粘粒與粉粒的區(qū)分界限。我國(guó)公路用土分類(lèi)包括巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土四類(lèi)，計(jì)12種。1、路基土的分類(lèi)不均勻系數(shù)Cu 和曲率系數(shù)Cc1、路基土的分類(lèi)土的基本代號(hào)1、路基土的分類(lèi)土類(lèi)區(qū)分的依據(jù)一般以主成分粒組進(jìn)行定義，控制主成分粒組的比例在50%以上，而特殊土則分為黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土和凍土，前三者按特殊塑性圖上的位置定名，鹽漬土按含鹽百分率分類(lèi)。碎石在土類(lèi)中的位置碎石是人工開(kāi)采的土類(lèi)，一般與礫相近。1、路基土的分類(lèi)巨粒土和粗粒土粒組含量級(jí)配指標(biāo)細(xì)粒土塑性圖1）巨粒土試樣中巨粒組粗顆粒(大于60mm的顆粒)質(zhì)量多

3、于總質(zhì)量15%的土稱(chēng)為巨粒土。如果巨粒組土粒質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量15%的土，可扣除巨粒，按粗粒土或細(xì)粒土的相應(yīng)規(guī)定分類(lèi)定名。 巨粒土1、路基土的分類(lèi)1、路基土的分類(lèi)2）粗粒土試樣中粗粒組含量大于50%的土稱(chēng)為粗粒土，粗粒土分礫類(lèi)土和砂類(lèi)土二種；礫粒組(2mm-60mm的顆粒)質(zhì)量多于砂粒組質(zhì)量的土稱(chēng)為礫類(lèi)土。礫粒組(2mm-60mm的顆粒)質(zhì)量少于或等于砂粒組質(zhì)量的土稱(chēng)為砂類(lèi)土。 粗粒土1、路基土的分類(lèi)粗粒土3）細(xì)粒土細(xì)粒組(小于0.075mm的顆粒)質(zhì)量不小于總質(zhì)量50%的土總稱(chēng)為細(xì)粒土。細(xì)粒土應(yīng)按其在塑性圖（低液限wL50%；高液限wL50%）中的位置確定土名稱(chēng)。 細(xì)粒土塑性圖1、路基土的

4、分類(lèi)細(xì)粒土1、路基土的分類(lèi)3）細(xì)粒土1、路基土的分類(lèi)特殊土塑性圖特殊土包括黃土、膨脹土、紅黏土、鹽漬土和凍土。黃土、膨脹土和紅黏土按特殊土塑性圖定名。黃土：低液限黏土（CLY），分布范圍大部分在A線以上，且wL50%；紅黏土：高液限粉土（MHR），分布范圍大部分在A線以下，且wL55%。鹽漬土分類(lèi)表 凍土分類(lèi)表認(rèn)識(shí)清楚路基及路面底基層用土的工程性質(zhì)，則可根據(jù)不同的土類(lèi)采取不同的工程技術(shù)措施：級(jí)配良好的礫石混合料是良好的路基路面材料；巨粒土是良好的路基材料；砂性土是施工效果最優(yōu)的路基建材；粘性土是較常見(jiàn)、效果也較好的路基路面建材；粉性土屬于不良材料，最容易引起路基病害；特殊土用于路基時(shí)必須采取技

5、術(shù)措施加以處理。2、路基土的工程性質(zhì)3、路基填料的選擇路基填料路基填料指的是路堤施工中的填方筑路材料。填料選擇要求路基填料應(yīng)選擇強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、壓縮性小，且運(yùn)輸便利、施工方便的天然土源。路基填料選擇依據(jù)的指標(biāo)是CBR值。 公路工程中常見(jiàn)的填料類(lèi)型漂石、卵石（巨粒土）與粗礫石土石混合料礫類(lèi)土、砂類(lèi)土第二節(jié) 路基的水溫狀況與干濕類(lèi)型核心內(nèi)容路基濕度的來(lái)源大氣濕度及其對(duì)路基水溫狀況的影響路基干濕類(lèi)型路基土的基質(zhì)吸力與飽和度1、路基濕度的來(lái)源1、路基濕度的狀況路基水的來(lái)源原始土具有的自然含水量，路基水的主要來(lái)源有：大氣降水；地面水；地下水；毛細(xì)上升水；水蒸汽凝結(jié)水；薄膜移動(dòng)水 2、大氣溫度及其對(duì)路基

6、水溫狀況的影響路基水溫狀況及其變化路基水溫狀況是濕度與溫度變化對(duì)路基產(chǎn)生的共同影響;地下水與溫度共同作用造成路基濕度的變化，最典型的是路基凍脹與翻漿現(xiàn)象。凍脹丘 Pingo熱融thaw路基凍脹2、大氣溫度及其對(duì)路基水溫狀況的影響溫度造成路基體的膨脹與收縮，甚至引起路基的凍脹；溫度造成水泥砼路面的溫度應(yīng)力及條塊分割；溫度造成瀝青混凝土路面的塑性變形累積及低溫開(kāi)裂。路面開(kāi)裂3、路基的干濕類(lèi)型路基的干濕狀態(tài) 路基分為四種干濕狀態(tài)： 干燥、中濕、潮濕和過(guò)濕路基干濕狀態(tài)的要求 一般要求處于干燥或中濕狀態(tài)路基干濕類(lèi)型的劃分指標(biāo)-稠度 以分界稠度c1、 c2、 c3作為劃分指標(biāo)路基干濕類(lèi)型的最新劃分指標(biāo)建議

7、 以土的基質(zhì)吸力作為劃分指標(biāo)3、路基的干濕類(lèi)型各自然區(qū)劃路基干濕分界稠度下頁(yè)續(xù)表2-7 各自然區(qū)劃路基干濕分界稠度接上頁(yè)3、路基的干濕類(lèi)型 3、路基的干濕類(lèi)型老路：求算平均稠度，查表確定干濕類(lèi)型原有道路的土基以下80cm范圍內(nèi)的平均稠度 ，應(yīng)在不利季節(jié)測(cè)定。如當(dāng)?shù)赜蟹遣焕竟?jié)與不利季節(jié)的路基濕度換算關(guān)系時(shí)，可在非不利季節(jié)測(cè)定，再換算為不利季節(jié)的數(shù)值使用。 3、路基的干濕類(lèi)型路基干濕類(lèi)型的劃分標(biāo)準(zhǔn)表2-7路基極不穩(wěn)定，冰凍區(qū)春融翻漿，非冰凍區(qū)彈簧，路基經(jīng)處理后方可鋪筑路面，路基高度過(guò)濕路基上部土層處于地下水或地表積水毛細(xì)影響區(qū)內(nèi)，路基高度潮濕路基上部土層處于地下水或地表水影響的過(guò)渡帶區(qū)內(nèi)，路基高

8、度中濕路基干燥穩(wěn)定，路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性不受地下水和地表積水影響。路基高度 干燥一般特性路基平均稠度 與分界相對(duì)稠度的關(guān)系路基干濕類(lèi)型3、路基的干濕類(lèi)型新路：以路基臨界高度為判別標(biāo)準(zhǔn) 與分界稠度相對(duì)應(yīng)的路基離地下水位或地表積水水位的高度稱(chēng)為路基臨界高度H。即： H1相對(duì)應(yīng)于wc1，為干燥和中濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)； H2相對(duì)應(yīng)于wc2，為中濕與潮濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)； H3相對(duì)應(yīng)于wc3，為潮濕和過(guò)濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)。圖 路基臨界高度與路基干濕類(lèi)型H1 、 H2 、 H3見(jiàn)表2-94、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度路基濕度設(shè)計(jì)狀態(tài)路基濕度平衡濕度狀況竣工23年路基實(shí)際的設(shè)計(jì)狀態(tài)平衡濕度狀況，與回彈模量室內(nèi)試驗(yàn)條件不

9、完全一致,因此：路基濕度設(shè)計(jì)狀態(tài)回彈模量室內(nèi)試驗(yàn)條件濕度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）平衡濕度狀態(tài)下的路基回彈模量= 標(biāo)準(zhǔn)條件下的模量濕度調(diào)整系數(shù)(TMI)4、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度采用基質(zhì)吸力指標(biāo)的原因采用平均稠度指標(biāo)作為路基濕度評(píng)價(jià)指標(biāo)，雖然綜合了土的塑性特性，包含了液限與塑限，也能反映土的軟硬程度。對(duì)于塑性指數(shù)為零或接近于零的土組，土的平均稠度不能全面反映路基土的工作狀態(tài)。4、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度重力含水率(w)、體積含水率(w)和飽和度(S)Gs和d一定時(shí)，三者均能有效表征路基濕度狀況。濕度變化導(dǎo)致土體體積變化，w不變而S和w發(fā)生變化，S和w表征路基濕度實(shí)際情況，故均可采用，因 S直觀，采用飽和度

10、S作為路基濕度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。三者關(guān)系式4、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度基于非飽和土力學(xué)中土水特性曲線理論預(yù)估路基濕度土的基質(zhì)吸力與飽和度之間關(guān)系如何確定基質(zhì)吸力？4、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度 基質(zhì)吸力影響因素路基相對(duì)高度大于12m時(shí)，路基土基質(zhì)吸力主要與氣候指標(biāo)相關(guān)，包括平均相對(duì)濕度、降雨天數(shù)和TMI。4、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度 建立TMI-wPI基質(zhì)吸力hm(kPa)預(yù)估模型 參數(shù)標(biāo)定地下水位控制的基質(zhì)吸力預(yù)估模型氣候因素控制的基質(zhì)吸力預(yù)估模型4、路基土的基質(zhì)吸力與飽和度基質(zhì)吸力預(yù)估模型回歸參數(shù)wPI00.300419.07133.4515.00.50.300521.50137.3016.050

11、.300663.50142.5017.5100.300801.00147.6025.0200.300975.00152.5032.0500.3001171.20157.5027.8第三節(jié) 路基的力學(xué)強(qiáng)度特性核心內(nèi)容路基受力情況路基工作區(qū)路基土的受力特性重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響路基自重應(yīng)力： 路基任意點(diǎn)：一、路基受力情況車(chē)輪荷載應(yīng)力： 1）均布荷載 2）集中荷載在路基某一深度Za處，當(dāng)車(chē)輪荷載引起的垂直應(yīng)力與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為1/101/5時(shí)，該深度Za范圍內(nèi)的路基稱(chēng)為路基工作區(qū)。概念： 該深度Za隨車(chē)輛荷載增大而增大，隨路面的強(qiáng)度和厚度的增加而減小。 工作區(qū)內(nèi)：強(qiáng)度、

12、穩(wěn)定性重要，壓實(shí)度提高。 討論工作區(qū)？對(duì)模量不同的路面結(jié)構(gòu) ，應(yīng)將路面折算為與路基同一性質(zhì)的整體后，再進(jìn)行計(jì)算。要求： 二、路基工作區(qū)（work zone）二、路基工作區(qū)（work zone）路基工作區(qū)深度公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)：黃河JN150-后軸重100KN，壓力0.707MPa三、路基土的受力特性1、土的非線性特性路基土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系除了非線性特性之外，還表現(xiàn)出彈塑性性質(zhì)。 三、路基土的受力特性2、路基土應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)評(píng)定-模量 路基在圓形承載板下的壓力與撓度分布曲線（a）柔性承載板 （b）剛性承載板三、路基土的受力特性2、路基土應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)評(píng)定-模量壓實(shí)試驗(yàn)曲線 三、路基土的受力特性2、路基土應(yīng)

13、力應(yīng)變狀態(tài)評(píng)定-模量（1）初始切線模量應(yīng)力值為零時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的正切，如圖，代表加荷開(kāi)始時(shí)土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。（2）切線模量某一應(yīng)力級(jí)位處應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率，如圖，反映土在該級(jí)位應(yīng)力-應(yīng)變變化的精確關(guān)系。（3）割線模量以某一應(yīng)力值對(duì)應(yīng)的曲線上的點(diǎn)同起始點(diǎn)相連的割線的斜率，如圖，反映在該應(yīng)力級(jí)范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的平均情況。（4）回彈模量應(yīng)力卸除階段應(yīng)力-應(yīng)變曲線的割線模量，如圖，反映土在回彈變形范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的平均情況。 三、路基土的受力特性3、土基的流變性質(zhì) Rheological property土的變形隨時(shí)間變化的關(guān)系。土在荷載作用下的變形不僅與荷載大小有關(guān)，而且還與荷載

14、作用的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，是一種具有流變性質(zhì)的材料。 四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響隨著作用次數(shù)的增加，產(chǎn)生塑性變形的積累，總變形量逐漸增大。第四節(jié) 路基的承載能力及材料參數(shù)核心內(nèi)容路基的承載力參數(shù)路基材料參數(shù)試 件荷載傳感器活塞桿 球座 鋼球外置LVDTLVDT托架活塞套管三軸室系桿試件底座O形環(huán)試件頂蓋多孔透水石真空引管重復(fù)荷載加載器多孔透水石橡皮膜一、路基的承載力參數(shù)（1）土基回彈模量 resilient modulus of subgrade回彈模量能較好地反映土基所具有的部分彈性性質(zhì)，可以用回彈模量表示土基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)。我國(guó)公路水泥混凝土路面、瀝青路面設(shè)計(jì)方法都以回彈模量E

15、作為土基的剛度指標(biāo) 一、路基的承載力參數(shù)（2）土基回彈模量測(cè)試測(cè)定時(shí)宜采用逐級(jí)加載卸載法（直徑30.4cm的板）。每一級(jí)荷載經(jīng)過(guò)加載和卸載，取得穩(wěn)定的回彈彎沉之后，再加下一級(jí)荷載，如此施加n級(jí)荷載后，即可點(diǎn)繪出荷載-彎沉曲線。在多數(shù)情況下，試驗(yàn)曲線呈非線性。在確定模量時(shí)，可以根據(jù)土基實(shí)際受的壓力范圍或可能產(chǎn)生的彎沉范圍在曲線上取值。路面設(shè)計(jì)中，按1mm線性歸納法來(lái)確定土基的回彈模量。一、路基的承載力參數(shù)（3）地基反應(yīng)模量 reaction modulus of subgrade文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程師文克勒(Winkler)1876年提出的，其基本假定是地基上任一點(diǎn)的彎沉僅與作用于

16、該點(diǎn)壓力p成正比，而與相鄰點(diǎn)處壓力無(wú)關(guān)。直徑76cm的剛性板測(cè)定。當(dāng)?shù)鼗^軟弱時(shí)，取l=0.127cm時(shí)相對(duì)應(yīng)的壓力p計(jì)算地基反應(yīng)模量；當(dāng)?shù)鼗^為堅(jiān)硬時(shí)，取單位壓力p=0.07MPa時(shí)相對(duì)應(yīng)的彎沉值l計(jì)算地基反應(yīng)模量。 一、路基的承載力參數(shù)（4）加州承載比CBR California Bearing Ratio加州承載比CBR是美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定基層材料承載能力的試驗(yàn)方法。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用標(biāo)準(zhǔn)碎石的承載能力為標(biāo)準(zhǔn)，以相對(duì)值的百分?jǐn)?shù)表示CBR值。一、路基的承載力參數(shù)（4）加州承載比-常用路基土的CBR值 一、路基的承載力參數(shù)（4）加州承載比-路基土

17、的CBR要求值一、路基的承載力參數(shù)（5）土基的設(shè)計(jì)參數(shù)的確定我國(guó)在測(cè)定土基回彈模量時(shí)，常采用直徑30.4cm的剛性承載板用加載卸載的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)通常在不利時(shí)期進(jìn)行，并取有84.1概率的回彈模量值作為土基回彈模量的計(jì)算值。規(guī)范給出我國(guó)土基回彈模量設(shè)計(jì)參數(shù)選用建議值。土基回彈模量與CBR的關(guān)系一直是世界各國(guó)在路基土研究中比較關(guān)心的內(nèi)容。根據(jù)試驗(yàn)給出了國(guó)內(nèi)外部分土基回彈模量與CBR的關(guān)系，設(shè)計(jì)是可以根據(jù)實(shí)際參考選用。資料來(lái)源關(guān)系式附注殼牌石油公司為動(dòng)彈性模量為靜彈性模量英國(guó)TRRL為動(dòng)彈性模量美國(guó)地瀝青協(xié)會(huì)法 AI為動(dòng)彈性模量一、路基的承載力參數(shù)（6）土基設(shè)計(jì)參數(shù)的取值二、路基材料參數(shù)（7）路堤填

18、土的強(qiáng)度參數(shù)的c，值 路堤填土采用的強(qiáng)度指標(biāo)三軸不排水示意圖三軸固結(jié)不排水示意圖二、路基材料參數(shù)（8）巖體邊坡的強(qiáng)度參數(shù)的c，值結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)準(zhǔn)值邊坡巖體內(nèi)摩擦角折減系數(shù)小組討論（1）路及工作區(qū)計(jì)算時(shí)荷載應(yīng)力有兩種計(jì)算方法： 用簡(jiǎn)化布辛尼斯克公式進(jìn)行計(jì)算； 用層狀體系計(jì)算軟件計(jì)算，請(qǐng)結(jié)合習(xí)題8 和9 討論荷載大小、不同路面結(jié)構(gòu)工作區(qū)深度的影響、應(yīng)力計(jì)算方法對(duì)工作區(qū)深度的影響。（2）請(qǐng)討論路基頂面綜合模量E 和路基反映模量K 的意義和在路面設(shè)計(jì)中的作用，如何結(jié)合路基濕度的變化選擇路基頂面綜合模量E 或地基反映模量K。1、我國(guó)公路用土如何進(jìn)行類(lèi)型劃分？土的粒組又如何區(qū)分？2、不同路基土有何工程特點(diǎn)？如何根據(jù)因地取材的原則選擇路基填料？3、什么是路基干濕類(lèi)型和路基臨界高度？如何確定路基的干濕類(lèi)型和路基臨界高度？4、何謂路基工作區(qū)?當(dāng)工作區(qū)深度大于路基填土高時(shí)應(yīng)采取何措施？為什么？5、一公路修建在4 區(qū)，黏性土，經(jīng)測(cè)定路基80cm 范圍內(nèi)的平均稠度