MEPDG路基土动态回弹模量预估模型参数标定——以山西省河运高速公路为例

为了得到某地区回弹模量的预估方程,采用英国GDS室内重复加载三轴试验系统研究了山西省河运高速公路黄土路基土在3种含水率(OMC-3％,OMC和OMC+3％)和3种压实度(91％,96％和100％)水平下的动态回弹模量值.试验方法采用AASHTO路基土与粒料回弹模量试验方法(T307-99)制定的三轴重复加载试验方法.利用测试得到的135个回弹模量值和对应的应力水平对力学经验法路面设计指南(MEPDG)推荐的路基土回弹模量预估模型进行了非线性回归参数标定,得到了研究地区的动态回弹模量预估表达式.     

基于径向基函数神经网络的路基土动态回弹模量

通过室内重复加载三轴试验测试某路基土在3个含水量(最佳含水量-3%、最佳含水量和最佳含水量+3%)和3个压实度(91%、96%和100%)下的动态回弹模量值,构建了基于径向基函数神经网络的路基土动态回弹模量预估模型,得到了模型的参数取值。模型参数重要性对比结果表明,影响路基土动态模量的因素的重要性顺序为:含水量压实度围压偏应力。     

黄土路基动态回弹模量与CBR相关关系

通过室内承载板法和重复加载三轴试验研究1种典型黄土路基土在最佳含水量、3种压实度下的回弹特性,分析了动态回弹模量与强度指标室内CBR的相关关系。重复加载三轴试验方法采用参照AASHTO路基土与未处治粒料回弹模量试验方法的三轴重复加载试验方法。研究结果表明,黄土路基动态回弹模量和CBR均随着压实度的增加而增加,动态模量与CBR和压实度呈幂函数关系。     

压实黄土路基静动态回弹模量相关关系研究

通过室内承载板法和重复加载三轴试验研究1种典型黄土路基土在最佳含水量、3种压实度下的回弹特性,分析了静动态回弹模量的相关关系.重复加载三轴试验方法参照美国AASHTO路基土与未处治粒料回弹模量试验规程(T307-99),制定了三轴重复加载测试方法.研究结果表明,黄土路基静动态回弹模量均随着压实度的增加而增加,而且静动态回弹模量相差比较大,动态回弹模量大约为静态回弹模量的3.8～4.5倍.     

不同含水率下应力级位对粘性土动回弹模量的影响

选取了一种土类,经过一系列的基础物性试验,判定为低液限粘土,将此类土作为试验土组,进行了动三轴试验,并对试验数据进行了分析.结果表明:在压实度一定,土样的含水率小于最佳含水率时,动态回弹模量对应力的敏感性较强,粘性土的动态回弹模量随着偏应力σd以及体应力θ的增加而增大;当含水率小于最佳含水率时,路基回弹模量值对体应力不敏感;当含水率大于最佳含水率时,路基土动态回弹模量值随着偏应力σd以及体应力θ的增加而急剧减小.     

掺粉煤灰气泡轻质土动态回弹模量特性研究

为了适应公路路基工程设计的需要,对掺粉煤灰气泡轻质土的动态回弹模量开展了室内试验研究.采用正交试验方案开展动三轴试验,对胶凝材料用量、粉煤灰掺加比例、水胶比影响气泡轻质土动态回弹模量的程度进行对比分析.结果 表明:胶凝材料用量影响最大,粉煤灰掺加比例次之;在不同围压和偏应力的组合加载条件下,当轴向应力和围压同步等量增大时,掺粉煤灰气泡轻质土的动态回弹模量随之增加;仅轴向应力增加时,动态回弹模量随之减小.并基于JTG D30-2015《公路路基设计规范》推荐的通用模型,建立掺粉煤灰气泡轻质土的动态回弹模量预估模型.     

循环荷载下压实粉土的回弹模量试验研究

通过动三轴试验,分析了循环加载的偏应力幅值、试样的含水量和压实度对路基粉土的动态回弹模量影响规律,并以动偏应力和土体的物理状态参量建立了压实粉土的回弹模量预估方程。研究表明,压实粉土的回弹模量随动偏应力增加逐渐降低,对于变形强化试样存在一个"临界回弹模量",但对于破坏试样回弹模量则一直减小;压实粉土的回弹模量随含水量增加而降低,且当压实度越低、含水量越接近于饱和、而动应力水平又越高时,降低速率越快;粉土的回弹模量随压实度提高而增大。依据试验回归得到的压实粉土回弹模量预估模型,与试验结果相比拟合效果较好,可为路基模量设计值的取用与路面结构力学响应的计算提供依据。     

高液限黏土动态回弹模量试验研究

高液限黏土具有天然含水率高、孔隙比大及结构性强等特点,属于特殊路基填料。为了获得高液限黏土的动态回弹性能,利用动三轴试验研究了高液限黏土动态回弹模量的影响因素及其规律,分析了动态回弹模量对偏应力、侧应力、体应力的依赖关系。研究表明,动态回弹模量随压实度和围压应力的增大而增大,而随循环偏应力的增大而减小。动态回弹模量受含水量影响较大,并在最佳含水量附近达最大值。试验结果为确定高液限黏土路基填筑含水量和压实度控制指标提供了依据。     

路基土动态回弹模量预估进展与展望

路基动态回弹模量是路面结构设计的重要参数,而路基土回弹模量MR的预估是确定路基回弹模量的基础。基于此,总结分析国内外路基土动态回弹模量预估模型的主要成果,并根据预估模型变量的不同,将典型预估模型分成了3类:第1类(A类)是以应力为变量的预估模型;第2类(B类)是将基质吸力耦合到应力变量中的预估模型;第3类(C类)是将基质吸力作为独立应力变量的预估模型。进而,从每类模型中选取2个被广泛接受的代表性模型,并采用3种土样的重复加载动三轴试验数据,对各类模型的适用性和特点进行分析。结果表明:A类模型形式简单,考虑了体应力、偏应力、八面体剪应力等应力变量对路基土动态回弹模量的影响,但对路基湿度状态的反映仅体现在k1,k2,k3等模型参数中;B类模型是基于微观力学理论和热力学定律或基于Bishop非饱和土的有效应力原理提出的,若通过试验确定有效应力参数,成本高且设备不易操作,若通过经验公式来确定则误差较大;C类模型又分为将基质吸力作为应力的增量和乘积2种形式,增量形式导致MR随基质吸力的变化不受围压、循环偏应力的影响,与实际情况不符,而乘积形式可避免该现象的产生;建议采用乘积的形式来反映基质吸力对路基土动态回弹模量的贡献。此外,为提出适用于中国路基路面设计体系的路基土回弹模量预估模型,应在加载序列、基质吸力测试、预估模型构建、干湿循环影响等方面开展进一步研究。     

不同湿度粘性路基土动态回弹预估研究

研究以滤纸法测量了粘性路基土基质吸力,获得了土水特性曲线。通过动三轴试验,研究了不同含水量下粘性路基土动态回弹模量,并于试验后以滤纸法测量土样的基质吸力,并探讨了粘性路基土动态回弹模量与基质吸力的关系。研究表明,粘性路基土动态回弹模量随循环偏应力和含水量的增大而减小,随基质吸力的增大而增大。鉴于动态回弹模量是偏应力和体应力的函数,在现有偏应力和体应力为变量的三参数复合模型基础上引人基质吸力的影响,进而提出综合反映湿度和应力状态的动态回弹模量预估模型。通过对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系,证明所选综合考虑应力和湿度影响的模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立,不仅为南方多雨地区评价路基土在环境和交通荷载作用下长期性能提供了依据,也为基于动力学的路面结构设计提供了参数。     

细粒类路基土动态回弹模量试验与本构关系模型

选用砂土、粉土和黏土三种具有代表性的路基土，对不同含水率和压实度下的路基土进行动态回弹模量试验。结果表明：动态回弹模量随围压的增大而增大，随偏应力的增加而减小，受围压的影响更为显著；随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大，受含水率的影响更为显著。采用美国路面结构力学——经验法设计指南所推荐的模型形式为基础，选用塑性指数、CBR、含水率、压实度、偏应力和围压等作为考虑因素，建立了具有较高精度和适用性的路基土动态回弹模量预估模型，可为沥青路面结构设计及路面结构的非线性分析提供参考。     

级配碎石刚度过渡层回弹模量的非线性特性

设置于路基与半刚性基层之间的级配碎石层起着重要的功能与结构刚度过渡作用,为了研究级配碎石模量的非线性特性,通过室内动三轴试验分析了含水率、压实度、最大粒径、围压和偏应力对动回弹模量的影响,发现级配碎石动回弹模量受含水率影响较为显著,压实度次之,集料最大粒径的影响程度不明显;动回弹模量随围压的增大而增大,随偏应力增大而缓慢增大。以既有的动回弹模量模型为基础,得到了非线性模型参数,建立了依赖于实际应力状态变化的级配碎石动回弹模量预估公式。研究结果表明:级配碎石动回弹模量具有明显的非线性特性,修正的基于八面体剪应力的回弹模量预估模型考虑了体应力和剪应力的影响,更适合于表征级配碎石回弹模量的应力依赖性。     

粉土动态回弹模量预估模型评估与改进

为了综合评估粉土动态回弹模量对围压和偏应力的显著依赖性,在既有粉土在不同含水率和压实度下的动三轴试验基础上,采用典型的应力相关复合模型对试验结果进行了参数回归和预测能力评价。为提高回弹模量预估模型的适用性,考虑八面体剪应力在预估模型中的比例,对已有模型进行了改进。结果表明,不同的回弹模量预估模型对试验数据的拟合效果有较大的差异,而改进的模型具有较高的决定系数,提高了回弹模量的预估准确度。     

冻融循环下重塑黄土动回弹模量演化规律

为明确季冻区黄土动回弹模量的演化规律,采用动三轴试验,研究了不同冻融循环次数下考虑不同应力条件、不同压实条件及不同湿度条件下重塑黄土动回弹模量的演化规律。结果表明:重塑黄土的动回弹模量随围压的升高而增大,随偏应力的增大而减小,并且围压对动回弹模量的影响大于偏应力。在不同的应力条件下,重塑黄土动回弹模量随冻融循环次数的增加先增大后减小,且减小趋势渐缓。在冻融循环第4～第6次的过程中非最佳含水量的重塑黄土动回弹模量变化较小。另外,综合研究含水量和冻融循环对重塑黄土的动回弹模量的影响,发现在冻融循环N≤6次时,含水量对冻融循环作用下重塑黄土的动回弹模量的演化规律影响较大。     

冻融循环下石灰处治软土动态回弹模量试验研究

通过重复加载动三轴试验测定石灰处治软土在不同含水率、压实度、应力状态、掺灰比和冻融循环次数下的动态回弹模量值,分析了石灰处治软土的动态回弹模量受各因素的影响规律和不同影响程度.以此为基础对优选的现有模型进行改进,建立了冻融循环作用下考虑因素较为全面的经验方程以预测石灰处治软土的动态回弹模量值.研究显示:掺灰比、压实度、...     

基于模拟退火的路基土动态回弹模量建模研究

针对湖南省西部山区某高速公路路基土,开展了一系列动态回弹模量试验,分析了应力状态对动态回弹模量的影响规律,提出了基于模拟退火进行回弹模量预估模型参数全局化搜索的方法,开发了相关建模程序,并与常规等效线性法建模的进行了对比。研究结果表明,围压和偏应力均对路基土的动态回弹模量均有显著影响,利用开发的模拟退火参数搜索程序,可以实现各种回弹模量模型的参数搜索,有助于克服等效线性法的缺点,能更便捷、准确地建立回弹模量预估模型。     

黄泛区中高液限黏土动、静态回弹模量及预估模型研究

土体回弹模量是路基填料的重要力学指标和路面结构的主要设计参数。针对黄泛区中高液限黏土，开展了3种压实度、3种含水率和3种围压、7种附加应力水平下的动、静三轴试验研究，分别获得了189组工况下的动、静态回弹模量及其相关关系。研究结果表明：土体回弹模量与物理状态和应力水平密切相关，且土体动态回弹模量普遍高于其静态值，动态回弹模量以及动、静回弹模量比均随着偏应力比（附加应力与围压比值）的增加而呈指数式衰减，并可划分为快速衰减区、过渡区和缓慢衰减区，对应的偏应力比分别为0.2~1.0，1.0~2.0和2.0~3.0；在此范围内，土体的动态回弹模量为其静态回弹模量的1.21~1.91倍；同时，获得了土体归一化动态回弹模量与回弹应变的相关关系，提出了黄泛区中高液限黏土归一化动态回弹模量表达式，在偏应力比为0.2~3.0范围内，土体的回弹应变为34×10^-6~2 200×10^-6，处于变化敏感的小应变水平，归一化动态回弹模量随着应变的增加而快速减小，最大衰减至0.54，计算路基顶部竖向压应变的设计指标时，需要考虑动态回弹模量的衰减；最后，对现行规范的土体动态回弹模量预估模型进行了修正，提出了适合黄泛区中高液限黏土的三参数经验公式，并且建立了土体双参数静态回弹模量预估模型，对9种不同物理状态下的土体静态回弹模量进行了可靠预测。     

考虑基质吸力的石灰改良土回弹模量简化预测模型研究

针对两种路基石灰改良土,利用滤纸法获取了相应的土水特征曲线,并利用循环荷载三轴试验,测定了改良土在不同含水率、围压、动偏应力下的回弹模量,分析了基质吸力对回弹模量的影响规律,最终在土水特征曲线SWCC、饱和含水率回弹模量M_(Rsat)、最优含水率回弹模量M_(Ropt)的基础上,建立了考虑基质吸力影响的回弹模量简化预测模型。研究表明:石灰改良土的回弹模量与含水率、基质吸力、外部应力状态存在明显的非线性关系,简化模型与其他预测模型相比,建模过程更加简化,可在试验数据较少条件下达到类似的预测精度,为定量预测湿度和基质吸力对石灰改良土路基回弹模量的影响提供了更便捷的工具。     

干湿和冻融共同作用下压实黏性土回弹模量试验研究

以山东济南和黑龙江大庆的两种低塑性黏性土为研究对象,在不同围压、动偏应力、含水率和冻融循环次数条件下,开展两种压实黏性土动三轴试验确定其回弹模量 M_R ,研究季节性冻土区域干湿、冻融共同作用对天然路基土M_R的影响规律。试验结果表明:试样冻融循环次数越多、含水率高,围压对M_R的贡献越大。动偏应力有两种刚度效应,即动偏应力下因土体逐渐压实产生的刚度增强效应和动偏应力反复剪切造成的土体结构破坏而产生的刚度衰减效应。高塑性土体M_R对含水率变化较为敏感,但敏感性随冻融循环作用显著降低。两种土的M_R在前3次冻融循环中衰减明显,随着冻融循环次数的继续增加,M_R基本保持不变。     

路基土动态回弹模量室内试验加载序列的确定

采用多层弹性体系理论计算分析了我国沥青路面路基土的受力水平,对国内139个实际路面结构进行了计算统计,并据此确定了路基土室内三轴重复加载试验的加载序列,为改进回弹模量室内试验方法提供了参考。