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。     

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。     

含水率对级配碎石动回弹模量影响的试验研究

为了更好地确定含水率对级配碎石动回弹模量的影响,通过室内动三轴试验测定得到不同含水率和应力状态下级配碎石材料的动回弹模量。试验分析可得,随着含水率的不断增加,级配碎石动回弹模量逐渐减小,在98%的压实度下,当含水率从OMC+1%减小到OMC-1%时,级配碎石动回弹模量平均增大幅度为20. 9%;当含水率从OMC减小到OMC-1%时,级配碎石动回弹模量平均增大幅度为14. 6%。在沥青路面结构设计中,采用的动回弹模量是基于最佳含水率条件下的试验值,研究表明:道路运营期间的级配碎石含水率往往大于设计时采用的最佳含水率,其动回弹模量小于设计采用的动回弹模量值;动回弹模量的折减会削弱改善路基的效果,难以发挥提高路基顶面回弹模量的改善作用,可能造成路面结构早期破坏。     

分层铺筑与反挖试验条件下级配碎石结构模量特性

为了客观揭示级配碎石模量的结构服役状态相关性,采用室内动三轴材料试验和足尺结构试验开展级配碎石的模量特性研究,室内动三轴试验通过控制含水率、密实度、围压及偏应力等指标探究级配碎石在不同服役状态下的动回弹模量。研究发现,级配碎石的动回弹模量随着含水率的增大而减小,随着密实度、围压及偏应力的增大而增大。采用承载板和便携式落锤弯沉仪(PFWD)测试方法,通过分层铺筑与反挖2种室外足尺试验对级配碎石层顶面当量模量及该层结构模量进行测试与对比分析。分层铺筑测试结果表明：采用承载板法和PFWD方法测试得到级配碎石顶面当量模量和其结构模量均随铺筑层厚度的增加而增加,但增长速度随铺筑厚度增大而减小;级配碎石顶面模量随着下承层的顶面当量模量的增大而增大,但增长速度逐渐降低。反挖测试结果表明,由于上部级配碎石层的影响,反挖处级配碎石顶面当量模量先增加后减小,在开挖深度为20 cm时达到峰值,随着开挖深度的增加逐渐降低,但降低速度逐渐减小。对比室内三轴材料试验和足尺现场结构试验结果发现,级配碎石在足尺路面结构中的结构模量大于其三轴试验测试结果,将三轴模量测试结果用于路面结构设计将低估其承载能力,并产生较大的设计偏差。反挖方法同时考虑了下承层与上覆结构层自重及摩擦力的影响,与其实际服役条件相符。     

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。     

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。     

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。     

级配碎石回弹变形特性

级配碎石具有非线性的应力-应变特性,回弹模量是有效描述这一特性的参数,通过室内动三轴试验能够得到较好的模拟级配碎石回弹模量的模型。分析了影响级配碎石回弹变形特性的各种因素,并进行了试验验证。通过数据拟合发现,Uzan模型能更好地反映级配碎石的非线性回弹变形特性,且模型中的回归参数与级配中小于0.075mm筛孔的质量分数有一定的关联性。并针对影响级配碎石回弹模量的两个重要参数：级配中小于0.075mm筛孔的质量分数和含水质量分数,提出相应的取值范围建议。     

透水性级配碎石基层填料永久变形特性及预估模型

透水性级配碎石基层填料因其大而连通的孔隙可有效增强道路系统的排水和生态功能,对“海绵城市”建设意义重大,但其在交通荷载重复作用下的变形稳定性仍有待深入研究。针对由颗粒堆积理论提出的石砂比(G/S)指标所设计的5种不同的透水性级配碎石填料试样，开展了室内动-静三轴试验,研究了级配和应力状态对填料抗剪强度和累积塑性(永久)应变特性的影响,相应地提出了基于级配和剪应力比的力学-经验法预估模型,验证了模型的准确性。研究结果表明：相同G/S值的填料试样在同一围压水平下的轴向累积塑性应变随剪应力比的增大而增大,在同一剪应力比水平下的轴向累积塑性应变随围压的增大而增大；G/S=1.6~1.8的级配碎石填料抗剪强度和抗永久变形性能均最佳,预估模型对于不同G/S值、剪应力比和围压水平下透水性级配碎石填料轴向累积塑性应变的预测具有较高的准确性。     

设置级配碎石功能层的沥青路面有限元模拟

级配碎石功能层指在半刚性基层与沥青面层之间铺筑10~15 cm厚的级配碎石,形成的倒装结构。级配碎石具有典型的非线性力学特性。利用有限元法,建立级配碎石功能层的沥青路面三维有限元模型,通过数值计算,得到沥青面层层底最大拉应力、沥青面层内剪应力以及半刚性基层底部最大拉应力。计算结果表明:级配碎石功能层厚度设计为10~15 cm,回弹模量设置超过300 MPa比较合理。     

级配碎石基层沥青混凝土路面非线性力学响应分析

为了明确级配碎石柔性基层沥青混凝土路面结构层位功能,就沥青混凝土面层厚度、级配碎石基层厚度和模量3个路面结构参数对级配碎石柔性基层沥青混凝土路面进行非线性力学响应分析,结果表明:面层厚度增大,基层最大剪应力降低,且面层厚度为9 cm时面层剪应力最不利,12 cm时面层层底拉应力最不利;基层厚度对基层剪应力影响不显著,且当基层厚度为30 cm时,面层剪应力、层底拉应力均出现最小值;当增大基层模量时,面层最大剪应力、层底拉应力和基层最大剪应力均有不同程度降低.     

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。     

碎石基层沥青路面性能非线性分析

针对现行沥青路面设计规范中关于碎石基层路面结构设计方法的不足和广西路网工程碎石基层工程应用中的质量问题,开展碎石基层材料非线性回弹模量及其对沥青路面结构性能影响的研究。设计了3种级配的级配碎石,通过动三轴试验,测得了不同应力状态下碎石材料的动回弹模量,并建立非线弹性动回弹模量模型,回归得到有关的模型参数;在此基础上,针对广西路网工程试验路铺筑的柔性基层、组合式基层和半刚性基层等4种沥青路面结构,通过非线性有限元计算,根据路表弯沉等效原理,确定了不同基层组合沥青路面结构中不同级配碎石基层的等效回弹模量;通过有限元计算,对比分析了不同级配碎石基层沥青路面结构的剪应力,提出了不同基层类型时沥青路面结构可能的破坏形式,即采用柔性基层时应控制沥青面层底部弯拉开裂和柔性基层自身剪切滑移破坏,采用组合式基层时应控制沥青面层剪切开裂破坏。     

黄土状路基土动态回弹模量特性研究

通过室内重复加载三轴试验研究一种典型黄土路基土在最佳含水量、90%压实度下的回弹特性,分析回弹模量对侧向应力、偏应力的依赖关系。试验方法采用参照美国AASHTO路基土与未处治粒料回弹模量试验规程(T307-99)的三轴重复加载测试方法。研究结果表明,黄土路基动态回弹模量有较强的围压应力依赖性,围压越高,回弹模量值越大。而且黄土路基动态回弹模量有一定的偏应力依赖性,偏应力越高,回弹模量值越大,但相对于对围压的依赖则较弱。     

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.     

压实度及含水率对路基回弹模量影响规律研究

以湖南省某高速公路路基红黏土为研究对象,采用静压成型方法制作不同压实度、含水率的标准试件,采用室内承载板法进行路基回弹模量测试,分析了压实度及含水率对路基回弹模量的影响规律。研究表明,路基回弹模量随路基压实度的降低而降低,随含水率的增加而降低;随着压实度的增加,路基回弹模量增加幅度逐渐降低;而随着含水率的升高,路基回弹模量降低幅度呈先减小后增大的趋势;路基含水率对路基回弹模量的影响比路基压实度对路基回弹模量的影响大,压实度一定时,含水率每增加2%,路基回弹模量降低10~15 MPa;含水率一定时,路基压实度每降低2%,路基回弹模量降低3~7 MPa。     

级配碎石无侧限抗压回弹模量影响因素分析

级配碎石具有不传递拉应力、拉应变的特性,能有效阻止半刚性底基层的反射裂缝,是一种性能优良的基层材料。该文通过室内试验得到了不同影响因素下级配碎石的模量值,并利用灰关联理论对级配碎石模量的各个影响因素进行了敏感性分析。结果表明:对级配碎石无侧限抗压回弹模量影响最大的因素是压实度,其次为细集料级配,含水量影响最小。此外,还首次提出了矿料级配的量化表征方法。     

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。     

砂砾材料非线性承载力研究

对砂砾材料进行击实特性、回弹变形特性研究,结果表明:砂砾材料在最佳含水率状态和泡水极限含水率状态的回弹模量都随单位压力的增大而增大,应力应变关系表现出明显的非线性。利用Ansys有限元软件建立几何模型提取单元的大小主应力σ1、σ3,按最小二乘法原理,计算砂砾材料在不同最大粒径、不同级配组成、不同含水率条件下LC非线性承载力模型E=(a+bσ0.53)σ0.51+c的参数a、b、c,即推导出砂砾材料LC非线性承载力模型,从而为粒料基层沥青路面整体结构非线性承载力研究提供理论支撑。     

高铁无砟轨道基床级配碎石渗透稳定性研究

为研究高水力梯度下级配碎石渗透稳定特性,通过改进的渗透仪开展了路基基床级配碎石渗透稳定特性试验研究.结果表明:级配碎石渗流速度随水力梯度增加分为线性增长、非线性增长,渗透破坏急剧增长,随细颗粒含量增加明显降低,随压实度增大逐渐减小;临界水力梯度随细颗粒含量增大呈非线性增长,粒径小于0.1 mm的细颗粒含量超过5.5％时...