行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究

行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究

中交一公局第二工程有限公司江苏苏州215000

摘要:湿软路基由于其湿度大,在行车荷载的反复作用下,不可避免会造成湿软路基变形,这对于行车是非常不便的,而且大大影响了路基的性能和使用寿命。本文首先通过对路基顶面及路基土中的竖向应力进行分析,了解到路基残余变形主要是由竖向应力所产生的,以及竖向应力的分布范围和大小。其次,对行车荷载作用下路基顶面的应力谱进行分析,了解到车速与加载时间之间的关系。最后,对湿软路基的残余变形进行分析,了解到湿软路基的参与变形是由两个部分组成的,行车荷载下湿软路基残余应变所引起的变形,和孔压的消散所引起的变形,在湿软路基残余变形中,参与应变所产生的变形占主要部分。

关键词:行车荷载;湿软路基;残余变形

一、前言

软土地区的路基,由于其原状土多数是处于湿度的状态,所以在行车荷载的作用下,路基会产生残余变形,表现为路基沉降,而且这种状况会逐渐延伸到路基表面,从而影响行车,并且大大缩减了路面的使用寿命。那么如何有效控制行车荷载作用下湿软路基残余变形,这对施工人员提出了更高的要求。对此,本文通过理论分析和实验操作,对行车荷载作用下湿软路基的残余变形进行了研究,并提出了可供参考的意见。

二、路基顶面及路基土中的竖向应力

(一)路基顶面竖向应力

行车荷载下路基土主要受三维应力的作用,而湿软路基残余变形主要是竖向应力所导致的。我们对3种较为常见的沥青路面结构进行分析,不同结构的泊松比是不一样的,面层、基层、底基层和路基分别是0.3,0.3,0.3,0.35.行车荷载以标准轴载为主,压强为0.7MPa,当我们取量圆半径为0.65cm时,可以发现基层厚度与竖向应力之间是负相关的。

(二)路基土中的竖向应力

路基残余变形不仅与路基顶面竖向应力的分布特点有关,而且与路基土中的竖向应力分布有关。标准轴载的行车荷载下,计算点距轮组中心的距离与路基土中的竖向应力为负相关。说明了路基深度越深,路基土中的竖向应力则越小。据具体施工中的数据显示,当轮组中心与路基顶面的距离为5m时,竖向应力值大约是路基顶面竖向应力的十分之一,所以,标准轴载下,一般路基土中竖向应力的范围取5m左右。

(三)竖向应力现场实测结果及分析

为了检验竖向应力分析结果是否真实可靠,对一行车荷载下路基顶面和路基土中的竖向应力进行了检测,得出行车荷载下路基顶面的竖向应力一般是在5-10KPa之间变动,同时路基土中的竖向应力值小于路基顶面的竖向应力值。理论分析得出的结果与实际检测得出的结果相符。

三、行车荷载作用下路基附加应力的动力模式

(一)路基顶面竖向应力的形态特征及变化规律

从标准轴载下路基顶面竖向应力变化的情况来看,路基顶面的竖向应力一般分布在前后4m的范围内。行车荷载作用下路基顶面的竖向应力变化如下图1所示。

图1行车荷载作用下路基顶面竖向应力变化过程

(二)行车荷载作用下路基顶面的应力谱

在不考虑惯性和粘性的影响,仅分析车速对加载时间的影响当车速v分别为40km/h,60km/h,80km/h,100km/h,加载时间分别是0.72s,0.48s,0.36s,0.288s。

四、湿软路的残余变形及其预估

湿软路基的残余变形是由两个部分所组成的,即湿软路基的残余应变引起的变形和孔压的消散所引起的变形。即Sr=Sr1+Sr2。,行车荷载作用下路基有效压缩厚度可取为5m,将有效压缩层分为10层,每层50cm,取每层中心点的竖向应力来计算其循环应力比。

在循环应力比为零所对应的应变以及循环应力比为0.18所对应的应变之间进行线性插值,近似求得具有不同循环应力比的土层所对应的应变,根据各土层的应变就可求得不排水条件下湿软路基残余应变所引起的变形。其中为土层的应变值,是土层的厚度。

利用湿软路基残余应变引起的变形的计算公式,对某一行车荷载作用下湿软路基2年内的残余变形进行计算。计算结果如下表1所示。

表1残余变形计算结果

计算结果表明,在行车荷载作用下湿软路基的残余变形中,由于残余应变引起的变形占了很大的比重。将以上两个计算值相加就可得到行车荷载作用下湿软路基的残余变形。

五、小结

从上述研究中可以看出,沥青路面结构下,标准轴载作用下路基顶面的竖向应力的水平不高,一般在5-8kPa,路基土中竖向应力的范围在5m左右。标准轴载下的路基顶面竖向应力主要分布在前后各4m处。行车荷载下湿软路基残余变形主要是由两个部分组成的,行车荷载下湿软路基残余应变所引起的变形,和孔压的消散所引起的变形,在湿软路基残余变形中,参与应变所产生的变形占主要部分。

参考文献

[1]凌建明,王伟,邬洪波.行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究[J].同济大学学报(自然科学版),2002,30(11):1315-1320.

[2]张克前.行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究[J].城市建筑,2014,30(8):326-326.

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