专利名称：公路土基回弹模量参数确定方法
技术领域：
本发明属于材 料技术领域，具体涉及一种公路土基回弹模量参数确定方法。
背景技术：
结合新一轮公路浙青路面设计规范要求，公路设计时路面各层材料参数均取动参数，即在进行路面结构设计时，路面各层回弹模量值由原来的静态回弹模量换为动态回弹模量。对于路基来说，要获得路基土动态回弹模量值，需做动三轴试验，目前能做动三轴试验的仪器有动三轴仪、大型材料试验机(MTS、UTM)，这三种试验仪器的共同点为设备昂贵、操作复杂、试验流程繁琐。但进行路面结构设计时，需要在公路沿线收集大量土样进行试验，采用实测方法获得路基回弹模量参数不好实现，即实际工程设计时无法完全采用实测的方法来获得回弹模量参数。国内外对与路基回弹模量预估有多种方法，本构模型预估方法根据所选应力变量的不同可分为3类仅考虑剪切影响的模型、仅考虑侧限影响的模型和综合考虑两种影响的复合模型。剪切类模型包括双线性模型(Bilinear Model)、双曲性模型(HyperbolicModel);侧限类模型包括围压模型、K- Θ模型；复合类模型包括Uzan模型、Tam-BiOwn模型、八面体剪应力模型、Superpave性能模型。基于物性指标的预估方法有USDA公式、Mississippi 模型 I、Kim 模型、Mississippi 模型 2。国内外学者和研究机构在深入分析回弹模量主要影响因素(土组类型、含水量、压实度和应力状况等)的基础上，分别从路基土的应力状况、土组基本物理性质和指标等不同角度出发，建立了相应的回弹模量预估模型。本构模型从应力-应变关系的角度，在回弹模量与应力状态之间建立函数关系，因而具有普适性，主要缺点在于仅考虑了体应力或剪应力对材料回弹模量的影响。事实上，大部分土与粒料的模量既随围压增加而增大，也随剪应力增加而减小，即回弹模量不仅是体应力的函数，也是剪应力或偏应力的函数。基于物性指标的预估模型考虑了土组因素的影响，但回弹模量值不仅与应力水平有关，与土组物性参数同样关系密切。综合分析，国内外虽然在路基土回弹模量参数预估上取得了一些成果和不少有益的经验，但这些经验关系式的使用有其局限性，使用时需考察使用条件与公式建立条件的相似性，不好操作，适用性差，不能准确预估回弹模量值。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种路基土回弹模量参数确定技术，该技术预估的回弹模量值准确度高、适应性强，可大大降低回弹模量参数取值的难度，减少相应的工作量，削减工程设计费用。本发明的技术方案一种公路土基回弹模量参数确定方法，它包括以下步骤
(I)采用国际通用BISAR计算软件结合路面结构与行车荷载计算得到路面结构下路基应力水平[P，τ oJ，根据路基所处深度结合《公路路基施工技术规范》，确定路基压实度范围CD。(2)在公路通过区域，选取典型路基土样，可同时选取多个典型土样，检测典型土样的物性指标，包括液限和含水量。采用液塑限联合测定仪检测典型土样的液限，采用电热鼓风干燥箱以及精密天平检测典型土样的含水量，严格按照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)提供的液限、含水量相应的检测方法进行检测。不同典型土样，得到的回弹模量值不同；
(3)根据步骤2的参数，结 合模型参数匕的预估公式，得到模型参数匕的范围[kn，ki2](i=l,2, 3)；
模型参数h的预估公式见式1-3 Ii1=-O. 142+0. 009 X CD-0. 025 X w+0. 005 XLL (式 I) k2=-0. 448+0. 003 X CD+0. 025 X w-0. 026 XLL (式 2 ) k3=l. 070+0. 006 X CD-0. 085 X w-0. 056 X LL (式 3)
(4)根据I和3按照公路土基回弹模量预估公式，得到所取土样的两个路基回弹模量值Me,将两个模量值取平均值，得到所取公路土基回弹模量值，回弹模量预估公式见式4。Mr=U1Pii ^ + 1 Cpa=IOOkPa) (式 4)
KpJ U- J
本发明与现有技术相比具有以下有益效果本发明提出了路基土回弹模量参数确定方法克服了实测回弹模量值遇到的设备昂贵、操作复杂、试验流程繁琐的缺点；本发明提出的回弹模量预估模型克服了其他预估模型需考察使用条件与公式建立条件相似性、适用性差，不好操作的缺点，同时也结合了公路所在区域的土质类型特性，本发明大大降低回弹模量参数取值的难度，既节约了设计成本、又提高了设计速度。
具体实施例方式一种公路土基回弹模量参数确定方法，它包括以下步骤
(1)根据公路等级结合典型路面结构，确定路基应力水平
,及路基压实度范围CD ；
例如XX高速公路，结合高速公路典型路面结构，采用BISAR计算软件计算得到路基应力水平为[55，4. 714]，根据路基所处深度确定压实度CD ；
(2)在公路通过区域，选取典型路基土样，检测典型土样的物性指标，包括液限和含水
量;
XX高速公路地处黄土高原北部，沿线土质类型多为低液限粉质粘土或粉土。在线路经过区域选择典型路基土样低液限粉质粘土和粉土，可同时选取多个典型土样，采用液塑限联合测定仪检测典型土样的液限，采用电热鼓风干燥箱及精密天平检测典型土样的含水量。不同典型土样，得到的回弹模量值不同。参数值见表I。表I XX高速公路典型土质物性指标及压实度范围
物性指标I低液限粉质粘土 I粉土
LL (%)29. 8_30. 2
~ω (%)16. 810. 4
CD (%)丨93-96|93-96~(3)根据2结合模型参数Iii的预估公式，计算得到模型参数Iii的范围[kn，ki2](i=l,2，3)；
模型参数h的预估公式见式1-3 Ii1=-O. 142+0. 009 X CD-0. 025 X w+0. 005 XLL (式 I) k2=-0. 448+0. 003 X CD+0. 025 X w-0. 026 XLL (式 2 ) k3=l. 070+0. 006 X CD-0. 085 X w-0. 056 X LL (式 3)
得到低液限粉质粘土的参数h的范围为Ic1 [O. 424，O. 451]，k2 [-0. 5238，-O. 5148]，k3[-1. 4688，-I. 4508]；
(4)根据I和3按照土基回弹模量预估公式，得到低液限粉质粘土两个路基回弹模量值崦[54. 19，57. 39],将两个模量值取平均值，得到低液限粉质粘土路基回弹模量55. 8MPa。回弹模量预估公式见式4。
权利要求
1.一种公路土基回弹模量参数确定方法，其特征是它包括以下步骤 (1)采用国际通用BISAR计算软件结合路面结构与行车荷载计算得到路面结构下路基应力水平[Θ，TtxJ,根据路基所处深度结合《公路路基施工技术规范》，确定路基压实度范围CD ； (2)在公路通过区域，选取典型路基土样，可同时选取多个典型土样，检测典型土样的物性指标，包括液限和含水量，采用液塑限联合测定仪检测典型土样的液限，采用电热鼓风干燥箱以及精密天平检测典型土样的含水量，严格按照《公路土工试验规程》(JTGE40-2007)提供的液限、含水量相应的检测方法进行检测，不同典型土样，得到的回弹模量值不同； (3)根据步骤(2)的参数，结合模型参数1^的预估公式，得到模型参数匕的范围[kn，ki2] (i=l, 2，3)； 模型参数h的预估公式见式(1-3)Ii1=-O. 142+0. 009 X CD-0. 025 X w+0. 005 XLL (式 I)k2=-0. 448+0. 003 X CD+0. 025 X w-0. 026 XLL (式 2 )k3=l. 070+0. 006 X CD-0. 085 X w-0. 056 X LL (式 3) (4)根据(I)和(3)按照公路土基回弹模量预估公式，得到所取土样的两个路基回弹模量值Μκ，将两个模量值取平均值，得到所取公路土基回弹模量值，回弹模量预估公式见式(4) (α ψ τ ψ Mk = k%p — ^-+1 (p -lOOkPa) (式 4)。 KpJ KPa J
全文摘要
本发明涉及一种公路土基回弹模量参数确定方法，它包括以下步骤(1)根据公路等级结合典型路面结构，确定路基应力水平[θ,τoct],及路基压实度范围CD；(2)在公路通过区域，选取典型路基土样，检测典型土样的物性指标，包括液限和含水量；(3)根据(2)结合模型参数ki的预估公式，计算得到模型参数ki的范围[ki1,ki2](i=1,2,3)；(4)根据(1)和(3)按照土基回弹模量预估公式，计算得到两个路基回弹模量值，将两个模量值取平均值，得到代表性土质路基回弹模量值。本技术可快速获得路基回弹模量值，节省做动态三轴试验的费用及时间，降低了试验操作的复杂程度，降低了回弹模量参数取值的难度，减少试验工程量，提高设计速度，节约设计成本。
文档编号G01N3/40GK102879286SQ20121025932
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者韩萍, 张晓燕, 段丹军, 黄琴龙, 徐晓波 申请人:山西省交通科学研究院, 山西交科公路勘察设计院