硕士论文公路土基回弹模量分析与研究[1].docx

硕士学位论文公路土基回弹模量分析与研究专业名称：道路与铁道工程研究方向：路面工程研究生：鲍远骥指导教师：郑传超教授二Oo三年六月目录第一章绪论(1)§1.1问题的提出(1)§1.2国内外研究现状分析(2)§1.3本文研究的内容(5)§1.4本文研究的意义(5)第二章土基回弹模量及其测试方法(7)§2.1土基几种模量的概念及其相互关系(7)§2.2土基回弹模量的测试方法及其相关性(10)§2.3小结(21)第三章土基回弹模量与含水量和压实度的关系(22)§3.1轻、重型击实实验(22)§3.2室内模拟实验测定土基回弹模量(24)§3.3野外承载板试验测定土基回弹模量(26)§3.4小结(32)第四章路表弯沉指标与土基压应变分析(34)§4.1基准计算结构及其参数的选取(34)§4.2路表弯沉与土基顶面弯沉的影响分析(35)§4.3土基压应变的影响分析(42)§4.4土基压应变和路表弯沉对路面结构控制的分析(47)§4.5土基顶面压应变与路表弯沉指标关系的建立(49)§4.6小结(55)第五章土基压实控制分析(57)§5.1土的压实特性和力学特性(57)§5.2土基施工中的压实控制(61)§5.3小结(69)第六章主要结论与进一步研究的建议(71)§6.1主要结论(71)§6.2进一步研究的建议(73)参考文献(74)致谢(76)摘要通过土基顶面弯沉的大量试验数据，分析了FWD、承载板法、贝克曼梁三种弯沉检测方法的相关性；通过野外承载板和室内模拟试验测定土基回弹模量，分析了土基回弹模量与含水量、压实度的关系以及土基回弹模量与土基顶面弯沉的关系，并与其它经验公式进行了比拟；对路表弯沉和土基顶面弯沉及土基顶面压应变之间的关系进行了分析，明确了路表弯沉指标和土基顶而压应变对路面结构控制的不一致性，推出了控制土基顶面压应变的设计弯沉公式。最后，通过实例分析了施工控制含水量和压实度的重要性，对土基的施工质量控制以及我国目前施工压实标准的缺陷提出自己的一些见解，以提高土基施工质量。关键词：弯沉；土基回弹模量；含水量；压实度；压应变；施工质量控制；压实标准AbstractThroughmanycomparisonexperimentsofsubgradetopdeflectionbymeansofBenkelmanBeam,BearingPlantandFallingWeightDeflection(FWD),theinterrelationsamongabovethreetestingmethodsarepresented.BasedonthedatameasuredfromoutdoorBearingPlantandindooranalogexperimentofearthsubgraderesiliencemodulus,therelatedexpressionamongearthsubgraderesiliencemodulus,moisturecontentanddegreeofcompaction,andrelationshipsbetweenearthsubgraderesiliencemodulusandsubgradedeflection,areformulatedbyregressionmethod,simultaneouslycomparedwithpreviousexperientialformula.Therelationshipsofsurfacedeflectionandsubgradedeflectionandcompressivestrainonthetopofsubgradeareemphaticallyanalyzed.Whenincompatibilityofsurfacedeflectioncriteriaandsubgradecompressivestraincriteriaarepointedout,thedesigndeflectionformulaofcontrollingsubgradecompressivestrainisbuiltup.Finally,thevalueofmoisturecontent,anddegreeofcompactionintheprocessofsubgradeconstructionisanalyzedthroughtheexample.Thesuggestionsonqualitycontrolofsubgradeconstructionanddeficiencyinpresentcompactingstandardsofourcountryareputforwardtoimprovequalityofsubgradeconstruction.Keywords:deflection;earthsubgraderesiliencemodulus;moisturecontent;degreeofcompaction;compressivestrain;qualitycontrolofconstruction;compactingstandards第一章绪论土基是公路路面的根底，土基的质量直接影响到整个公路的工程的质量，土基一旦出现质量问题，将使公路出现严重病害。因此，准确评价土基质量至关重要。§1.1 问题的提出土基回弹模量是公路路面结构设计的主要参数之一，因其受土质、含水量、压实度、测试方法等诸多因素的影响，使其数值确实定比拟困难，也就给设计与施工带来很多的不确定因素和问题；许多路面设计指标和路面性能也都受土基状态的影响，如土基顶面弯沉、土基顶面压应变和内部应力状态等等，因此，现行的柔性路面的设计指标只考虑路面的受力变形状态是不够的，还应考虑是否可将土基的状态参数作为设计指标之一。现行路面设计标准中规定确定土基回弹模量的方法有三种，即查表法、室内实验法和野外承载板法。旧标准查表法是在过去70年代从轻型压实标准的土基上，在不利季节调查，考虑不利年份测定整理出来的。相对于重型压实标准，公路路基回弹模量的取值误差增大，路面设计者往往根据公路沥青路面设计标准中材料回弹模量的建议值进行取值，并以此作为路面设计依据，施工单位在路基施工中也只检查压实度，即控制路基每压实层的密实程度，施工完毕测试成型路基顶面的回弹弯沉值，并不计算土基的回弹模量，仅以路基顶面的回弹弯沉值作为验收标准。更重要的是往往实际工程中的回弹模量实测值与现行设计标准的基层回弹模量建议值不符，一般来说要偏大一些,势必造成一些浪费。实践证明，实行重型击实标准后，土基回弹模量的提高与土质、含水量等因素有关，即同一土质也不能一概而论：土颗粒变形一荷载以及应变一应力特性具有明显的非线性特征，其回弹模量不是常数，而是一个应力状态，一个与压实度、含水量、细料含量以及毗邻结构层刚度等因素有关的函数，本文通过实测数据建立西安当地土基回弹模量与含水量、压实度之间的回归关系，建立土基模量与土基顶面弯沉之间的关系并将其运用到具体的设计施工中去，指导控制施工质量。在沥青路面结构设计中，土基的回弹模量是影响结构厚度最敏感的参数之一，土基回弹模量较小的变化会对路面结构厚度产生较大的影响。因此，在沥青路面结构厚度设计中，能否选用符合实际的土基回弹模量直接关系到路面结构的平安性和经济性，同时回弹模量的测定与设计中确定以及施工中如何保证也有很大的难度。随着交通量的快速增长，对路面结构层的参数都有更高的要求。如交通量的增加需要强度更大稳定性好的基层，采用半刚性基层可以有效减小沥青面层层底拉应力和土基顶面压应力，保护土基稳定性，但基层强度和模量的增大也同样带来一些问题，如会导致面层内竖向压应力增大，易引起路面车辙而降低路面高温稳定性能。为此设计参数如何保持在合理范围内，优化路面结构设计，使设计理论更好的适合交通量和公路建设的开展。土基稳定性对路面性能来说是至关重要的，但现行标准对土基稳定性和强度仅仅以土基回弹模量来表征，通过分析可知，尽管路表弯沉与土基顶面压应变存在一定的相关性，但路表弯沉指标并不能很好的反映土基的应力工作状况，所以有必要对土基顶面压应变加以分析，完善路面设计指标。为此，本文对土基顶面压应变的影响因素加以分析。纵然有完善的路面结构设计理论，但实际施工中还有许多不可预见的影响因素的存在，如设计参数、材料参数的变异性对施工质量的影响；同样也存在许多错误的认识，如对土基压实施工的重要性认识不够，形成一些“误区”，这些都可以对此进行理论分析和解释。本文同样也将对此加以讨论。§1.2 国内外研究现状分析50年代至70年代末，我国公路部门曾组织力量在全国范围内进行了大规模的公路路基回弹模量实测及研究，并在1978年公路柔性路面设计标准(内部试行)稿中提出了公路路基碎(砾)石土、砂土及二级公路自然区划土组土基回弹模量建议值表，此表后被1986年公路柔性路面设计标准(JTJ014-86)及1997年公路沥青路面设计标准(JTJ014-97)沿用，一方面受到当时人力、物力及研究水平所限，加之当时施工采用的是轻型压实标准，不同于今天的重型压实标准，这些都使公路路基回弹模量的取值误差增大。“八五”期间，为了与国际上通用的碟式仪G1.(100g®)相当，对过去采用的76g锥的液限知与G1.的关系进行了试验研究，找到了换算关系，并推算出EO与稠度3c的建议值。80年代初，实行重型压实标准。通过轻型压实标准与重型压实标准的比照试验，认为现在可将轻型压实标准路基回弹模量Eo的建议值在查表的根底上再提高15%30%或更大幅度，但并没有进行具体细致的量的规定。为便于与外国盛行的CBR设计法进行比照和学术交流，国内还对路基回弹模量EO与CBR值之间的相关关系进行了研究，得到了全国有代表性地区土类路基Eo、CBR值的回归关系式。由于影响路基回弹模量的因素主要是压实度和土性指标，因此，国内还对路基回弹模量Eo与压实度（Kh.KiJ和稠度（3C）之间的关系式进行了试验分析，得到了全国有代表性地区土类路基Eo、K、3c的回归关系式。以上研究均属于对路基静态回弹模量的研究，关于路基动态回弹模量的研究，国内曾做过一些室内动三轴试验，也进行过利用落捶弯沉仪测定动荷载作用下的路表弯沉曲线反算路基回弹模量值的研究。实际上，三轴仪测定出的回弹模量是土材料的动回弹模量值，而用落捶弯沉仪测定的路表弯沉曲线反算的回弹模量那么是土体结构的动回弹模量值，两者不可能在各种型式的路堤设计情况下都等效。另外，设计和测定中都未提及土的动阻尼特性，但要用动回弹模量进行分析必须涉及动阻尼问题。进入90年代以来，此方面的问题显得日益突出，不少研究者先后进行此方面的研究。湖南大学的赵华明等结合河南信阳地区进行了土基回弹模量EO值和野外关系的研究；刘麟德对成都一一双流机场路土基回弹模量及弯沉进行了测试；粱锡三等对路基弯沉检验标准进行了研究；候定一进行了野外路基回弹模量测定仪的研究；陈忠达对塔克拉玛干风积沙路基回弹模量进行了研究；陈晓光等研究了新疆高等级公路半刚性基层土基强度等级划分；叶燕呼进行了广东省公路路基强度及土基分级研究；唐伯明等进行了FWD与贝克曼粱的比照试验研究；蔡良才等进行了机场刚性道面下土基回弹模量取值方法研究。而对于路面弯沉检测与分析是路面承载力评价的根底，是路面性能评定的重要组成局部，它不仅对检验和控制工程质量至关重要，而且决定着路面养护决策的科学化水平。我国高等级公路建设起步较晚，常用的路面弯沉检测与承载力评价技术仍停留在一个较低的水平上，如我国路面弯沉检测的标准方法为静载贝克曼梁试验方法，承载板法作为路面基层和土基