路基路面工程第3章.ppt
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1、路基路面工程,授课教师:韦璐,第三章 道路建材的力学性质,1,2,3,4,8,路基土的基本力学特征,土基承载能力指标,路面材料的基本力学特性,材料的疲劳特性,目 录,一、土的应力应变关系,3.1 路基土的基本力学特征,土基变形包括弹性变形和塑性变形。主要研究方法一般采用圆形刚性承载板法(图a)和三轴试验法(图b)。 应力与回弹变形的关系:非线性 应力-应变特性:非线性、弹塑性,由图c可见,当荷载卸除,应力恢复到零时,曲线由A回到B,0B即为塑性或残余变形。,(一)土的非线性特性,图 土的应力应变关系曲线,3.1 路基土的基本力学特征,用模量值E来评定土基的应力-应变状态,有四种模量值: 初始切
2、线模量:应力值为零时的应力-应变曲线的斜率,如图c中的; 切线模量:某应力级位处应力-应变曲线的斜率,如图c中的,反映该级应力处应力-应变的精确关系。 割线模量:以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率,如图c所示,反映土基在工作应力范围内的应力-应变的平均状态; 回弹模量:应力卸除阶段,应力-应变曲线的割线斜率,如图c中所示。,3.1 路基土的基本力学特征,(二)土基的模量,二、重复荷载下路基土变形特征,3.1 路基土的基本力学特征,一般呈如下规律:每一次荷载作用之后,回弹变形即行消失,而塑性变形不再消失,并随荷载作用次数的增加而累积逐渐加大,但随着荷载作用次数的增加,每一次产生
3、的塑性变形逐渐减小。 结果:土粒进一步靠拢,土体进一步逐渐密实而稳定; 累积变形逐步发展成剪切破坏。 出现哪一种结果取决于三种因素: 土的类别和所处的状态(含水量、密实度、结构状态)。 应力水平(亦称相对荷载)。相当于一次静载作用对的应力 极 限极重复作用的应力程度。 荷载作用的性质。即重复荷载的施加速度、作用的的持续时间和重复作用频率。,3.2 土基承载能力指标,土基的承载能力是采用一定应力级别下的抗变形能力来表征的,它是保证土基能安全使用并且变形在容许范围内,土基所能承受的最大荷载值。 常用的土基承载能力的参数指标:回弹模量、地基反应模量和加州承载比。,3.2 土基承载能力指标,一、路基回
4、弹模量,回弹模量能较好地反映土基所具有的部分弹性性质,可以用回弹模量表示土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。我国公路水泥混凝土路面、沥青路面设计方法都以回弹模量E作为土基的刚度指标。,路基模型:弹性半空间体,测定方法:现场承载板试验和弯沉试验,3.2 土基承载能力指标,承载板实测,由于刚性承载板试验中,压板下等值的扰度易于测量,压力容易控制,因此在实测中用得较多。试验时采用逐级加载卸载法,每级增加0.04MPa,待卸载稳定1min后读取回弹弯沉值,再加下一级荷载,回弹变形超过1mm时停止加载。按规定取=1mm以内的测点用线性归纳法整理。 路基回弹模量计算公式如下:,3.2 土基承载能力指标,
5、路基回弹模量值表示垂直荷载作用下土基抵抗垂直变形的能力。 若荷载为定值,回弹模量大,则产生的垂直变形小; 若垂直变形为定值,回弹模量大,则土基承载能力大。,3.2 土基承载能力指标,二、地基反应模量K,3.2 土基承载能力指标,文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程师文克勒(Winkler)1876年提出的,其基本假定是地基上任一点的弯沉仅与作用于该点的压力p成正比,而与相邻点处的压力无关。,路基模型:文克勒地基(弹簧地基),测定方法:承载板试验测定(一次加载到位),文克勒地基模型,地基反应模量值按规定用直径为76cm的圆形刚性承载板试验确定。与土基回弹模量测定方法不同的是一次加载到位。 承载板直
6、径的大小对值的影响:直径越小,值越大,当承载板直径大于76cm时,值变化很小。 当采用直径为30cm承载板测定时,可按下式修正:,3.2 土基承载能力指标,3.2 土基承载能力指标,三、加州承载比(CBR),加州承载比CBR是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并采用标准碎石的承载能力为标准,以相对值的百分数表示CBR值。,CBR试验装置示意图,3.2 土基承载能力指标,标准压力值,试验时19.35cm2标准压头,以0.127cm/min压入土体,记录每压入0.254cm时的单位压力,直至深度达到1.270cm为止。标准压力值
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