02路基土的特性及设计参数
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度不能全面反映路基土的工作状态。
JTG D30-2015用路基工作区和地下水位确定湿度。
3、路基土的基质吸力与饱和度
路基湿度设计状态
竣工2~3年 路基湿度 平衡湿度状况
回弹模量室内试验条 件湿度（标准状态）
路基湿度设计状态 路基实际的设计状态→平衡湿度状况，与回弹模量室内试 验条件不完全一致,因此：
①黄土：低液限黏土（CLY），分布范围大部分在A线以上，且wL<40%；②膨胀土：高液限黏土（CHE），分布范
围大部分在A线以上，且wL>50%；③红黏土：高液限粉土（MHR），分布范围大部分在A线以下，且wL>55%。
盐渍土分类表
特殊土塑性图
冻土分类表
2、路基土的工程性质
认识清楚路基及路面底基层用土的工程性质，则可根据不同
的土类采取不同的工程技术措施：
级配良好的砾石混合料是良好的路基路面材料； 巨粒土是良好的路基材料； 砂性土是施工效果最优的路基建材； 粘性土是较常见、效果也较好的路基路面建材； 粉性土属于不良材料，最容易引起路基病害； 特殊土用于路基时必须采取技术措施加以处理。
3、路基填料的选择
1、路基土的分类
2）粗粒土
试样中粗粒组含量大于50%的土称为粗粒土，粗粒
土分砾类土和砂类土两种；
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量多于砂粒组质量的土称为
砾类土。
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量少于或等于砂粒组质量的
土称为砂类土。
1、路基土的分类
粗粒土
粗粒土
1、路基土的分类
3）细粒土
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
路基水温状况及其变化
路基水温状况是湿度与温度变化对路基产生的共同影响; 地下水与温度共同作用造成路基湿度的变化，最典型的是路基冻胀与
翻浆现象。
热融thaw
冻胀丘 Pingo
路基冻胀
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀； 温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割； 温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。
第二章
路基土的特性及设计参数
主要内容
第一节 路基土的分类及工程特性 第二节 路基水温状况及干湿类型 第三节 路基的力学强度特性
第四节 路基的承载能力及材料参数
第一节 路基土的分类及工程特性
核心内容
路基土的分类 路基土的工程性质
路基填料的选择
第一节 路基土的分类及工程特性
岩石 地球 风化 搬运、沉积 土 地球
度由地下水或地表长期积水的水位升降所控制。 中湿类路基的路基工作区湿度兼受地下水和气候因素影响，即地下水位较 高，路基工作区被地下水毛细润湿面分为上、下两部分，下部受地下水毛 细润湿的影响，上部则受气候因素影响。 干燥类路基的路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，路基平衡湿度完全 由气候因素所控制。
我国公路用土分类包括巨粒土、粗粒土、细粒
土和特殊土四类，计12种。
1、路基土的分类
土的基本代号
1、路基土的分类
不均匀系数Cu 和曲率系数Cc
1、路基土的分类
1）巨粒土
试样中巨粒组粗颗粒(大于60mm的颗粒)质量多于总
质量15%的土称为巨粒土。如果巨粒组土粒质量少于 或等于总质量15%的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细 粒土的相应规定分类定名。 巨粒土
路基任意点：
B Z
P , 一般 K 0.5 2 Z
Z B
二、路基工作区（work zone）
在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自 概念： 重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/5~1/10时， 该深度Za范围内的路基称为路基工作区。 该深度Za随车辆荷载增大而 增大，随路面的强度和厚度 的增加而减小。
线的斜率，如图③，反映该应力范围内的应力-应变关系的平均情况。
（4）回弹模量——应力卸除阶段应力-应变曲线的割线模量，如图④
，反映路基土在回弹变形范围内的应力-应变关系的平均情况。
三、路基土的受力特性
3、路基土的流变性质 Rheological property
路基土的变形随时间变化的关系。路基土在荷载作用下的
数，水土特征曲线即基质吸力与土壤含水率的关系的 曲线是描述基质吸力的重要指标。
3、路基土的基质吸力与饱和度
土的基质吸力与饱和度之间关系
如何确定 基质吸力？
基于非饱和土力学中土－水特性曲线理论预估路基湿度
3、路基土的基质吸力与饱和度
◆ 基质吸力影响因素
700 600
基质吸力(kPa)
500 400 300 200 100 0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0
4、路基土的基质吸力与饱和度
土的基质吸力
饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气，水
—气分界面（收缩膜）具有表面张力，在非饱和土中
，孔隙气压力与孔隙水压力不相等，并且孔隙气压力
大于孔隙水压力，收缩膜承受着大于水压力的空气压
力，这个压力差值称为基质吸力。
基质吸力通常是描述非饱和土的力学性质的重要参
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基平衡湿度时的饱和度
潮湿类路基直接根据地下水位高度确定
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
源自文库
路基平衡湿度时的饱和度
干燥类路基根据TMI确定-由区划确定TMI
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基平衡湿度时的饱和度
干燥类路基根据TMI确定-由TMI确定饱和度
地下水位控制的基质吸力预估模型 气候因素控制的基质吸力预估模型
测试数据 wPI=0 wPI=0.5 wPI=5 wPI=10 wPI=20 wPI=50
1000000
100000
基质吸力（kPa）
10000
1000
100
10
1
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 TMI
20
30
40
50
60
路面开裂
3、路基土的基质吸力与饱和度
采用基质吸力指标的原因 JTG D30-2004采用平均稠度指标作为路基湿度评价
指标，虽然综合了土的塑性特性，包含了液限与塑限
，也能反映土的软硬程度。
wc ( wL w ) ( wL wP )
( wL wP ) 0
对于塑性指数为零或接近于零的土组，土的平均稠
路基填料
路基填料是路堤施工中的填方筑路材料。
填料选择要求
路基填料应选择强度高、水稳性好、压缩性小，且运输便利
、施工方便的天然土源。 路基填料选择依据的指标是CBR值。
公路工程中常见的填料类型
①漂石、卵石（巨粒土）与粗砾石 ②土石混合料 ③砾类土、砂类土
第二节 路基的水温状况与干湿类型
p r
P r2
路基在圆形承载板下的压力与挠度分布曲线 （a）柔性承载板 （b）刚性承载板
lr 0 lr a
2 pa 1 02 4 pa 1 02 E0
2 pa 1 02 l E0 4
E0
三、路基土的受力特性
2、路基土应力—应变状态评定-模量
70
80
3、路基土的基质吸力与饱和度
基质吸力预估模型回归参数（α、β、γ、δ）与wPI有关
wPI 0 0.5 α 0.300 0.300 β 419.07 521.50 γ 133.45 137.30 δ 15.0 16.0
5
10 20 50
0.300
0.300 0.300 0.300
663.50
变形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间 有关，是一种具有流变性质的材料。
四、重复荷载对路基土的影响
随着作用次数的增加，产生塑性变形的积累，总变形
量逐渐增大。
第四节 路基的承载能力及材料参数
核心内容
路基的承载力参数 路基材料参数
压实试验曲线
三、路基土的受力特性
2、路基土应力—应变状态评定-模量
（1）初始切线模量——应力值为零时的应力-应变曲线的正切，如图
①，代表加荷开始时路基土的应力-应变关系。
（2）切线模量——某一应力级位处应力-应变曲线的斜率，如图②，
反映路基土在该级位应力-应变变化的精确关系。
（3）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
801.00 975.00 1171.20
142.50
147.60 152.50 157.50
17.5
25.0 32.0 27.8
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基的平衡湿度状况
路基平衡湿度状况分为三种： 干燥、中湿、潮湿
路基平衡湿度状况确定方法
潮湿类路基的路基工作区均处于地下水毛细润湿影响范围内，路基平衡湿
,一般K 0.5
公路设计标准车：黄河JN150-后轴重100KN，压力0.707MPa
三、路基土的受力特性
1、路基土的非线性特性
路基土的应力—应变关系除了非线性特性之外，还
表现出弹塑性性质。
三、路基土的受力特性
2、路基土应力—应变状态评定-模量
p r 1 pa 2 a2 r2
对模量不同的路面结构 ，应将 路面折算为与路基同一性质的 整体后，再进行计算。 n 1 Ei h hi 2.5 E0 i 1 要求：工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。 讨论工作区？
二、路基工作区（work zone）
路基工作区深度
Za 3 KnP
路基工作区计算算例 路基工作区计算分析ppt
S直观，采用饱和度S作为路基湿度的评价指标。
S w s w s w 1 w 1 d d Gs
三者 关系式
d w 1 s
d S 1 S Gs w
w
wd
w
w S Gs e
平衡湿度状态下的路基回弹模量=
标准条件下的模量×湿度调整系数(TMI)
3、路基土的基质吸力与饱和度
重力含水率(w)、体积含水率(θw)和饱和度(S)
Gs和ρd一定时，三者均能有效表征路基湿度状况。
湿度变化导致土体体积变化，w不变而S和θw发生变
化，S和θw表征路基湿度实际情况，故均可采用，因
细粒组(小于0.075mm的颗粒)质量不小于总质量
50%的土总称为细粒土。
细粒土应按其在塑性图（低液限wL<50%；高液限
wL≥50%）中的位置确定土名称。
细粒土塑性图
1、路基土的分类
3）细粒土
细粒土
粉土
1、路基土的分类
特殊土
包括黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土和冻土。 黄土、膨胀土和红黏土按特殊土塑性图定名。
基土组类别和距地下水位的距离确定其平衡湿度。
第三节 路基的力学强度特性
核心内容
路基受力情况 路基工作区 路基土的受力特性 重复荷载对路基土的影响
一、路基受力情况
车轮荷载应力： z 1）均布荷载
p Z 1 2.5 D
2
2）集中荷载 Z K 路基自重应力：
核心内容
路基湿度的来源 大气湿度及其对路基水温状况的影响
路基干湿类型
路基土的基质吸力与饱和度
1、路基湿度的来源
1、路基湿度的状况
路基水的来源
原始土具有的自然含水量，路基水的主要来源有：
大气降水； 地面水； 地下水； 毛细上升水； 水蒸汽凝结水；
薄膜移动水 ……
地下水位(m)
路基相对高度大于1~2m时，路基土基质吸力主要与气候指标 相关，包括平均相对湿度、降雨天数和湿度指数TMI。
3、路基土的基质吸力与饱和度
— 建立TMI-wPI基质吸力hm(kPa)预估曲线和预估模型
h y w — 参数标定 m β/ TMI γ h α e δ m
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基平衡湿度时的饱和度
中湿类路基-由干燥和潮湿分别确定再加权
先确定路基工作区上部和下部分别确定其平衡湿度
再以厚度加权平均计算路基的平衡湿度。
1）地下水毛细润湿面以上的路基工作区上部，按路基
土组类别和TMI值确定其平衡湿度；
2）地下水毛细润湿面以下的路基工作区下部，则按路
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
形成过程 形成条件
影响
物理、力学 性质
1、路基土的分类
不同粒组的划分界限及范围
其中：以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界；
以0.075mm作为细粒组与粗粒组的分界；
2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限；
0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。
1、路基土的分类
JTG D30-2015用路基工作区和地下水位确定湿度。
3、路基土的基质吸力与饱和度
路基湿度设计状态
竣工2~3年 路基湿度 平衡湿度状况
回弹模量室内试验条 件湿度（标准状态）
路基湿度设计状态 路基实际的设计状态→平衡湿度状况，与回弹模量室内试 验条件不完全一致,因此：
①黄土：低液限黏土（CLY），分布范围大部分在A线以上，且wL<40%；②膨胀土：高液限黏土（CHE），分布范
围大部分在A线以上，且wL>50%；③红黏土：高液限粉土（MHR），分布范围大部分在A线以下，且wL>55%。
盐渍土分类表
特殊土塑性图
冻土分类表
2、路基土的工程性质
认识清楚路基及路面底基层用土的工程性质，则可根据不同
的土类采取不同的工程技术措施：
级配良好的砾石混合料是良好的路基路面材料； 巨粒土是良好的路基材料； 砂性土是施工效果最优的路基建材； 粘性土是较常见、效果也较好的路基路面建材； 粉性土属于不良材料，最容易引起路基病害； 特殊土用于路基时必须采取技术措施加以处理。
3、路基填料的选择
1、路基土的分类
2）粗粒土
试样中粗粒组含量大于50%的土称为粗粒土，粗粒
土分砾类土和砂类土两种；
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量多于砂粒组质量的土称为
砾类土。
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量少于或等于砂粒组质量的
土称为砂类土。
1、路基土的分类
粗粒土
粗粒土
1、路基土的分类
3）细粒土
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
路基水温状况及其变化
路基水温状况是湿度与温度变化对路基产生的共同影响; 地下水与温度共同作用造成路基湿度的变化，最典型的是路基冻胀与
翻浆现象。
热融thaw
冻胀丘 Pingo
路基冻胀
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀； 温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割； 温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。
第二章
路基土的特性及设计参数
主要内容
第一节 路基土的分类及工程特性 第二节 路基水温状况及干湿类型 第三节 路基的力学强度特性
第四节 路基的承载能力及材料参数
第一节 路基土的分类及工程特性
核心内容
路基土的分类 路基土的工程性质
路基填料的选择
第一节 路基土的分类及工程特性
岩石 地球 风化 搬运、沉积 土 地球
度由地下水或地表长期积水的水位升降所控制。 中湿类路基的路基工作区湿度兼受地下水和气候因素影响，即地下水位较 高，路基工作区被地下水毛细润湿面分为上、下两部分，下部受地下水毛 细润湿的影响，上部则受气候因素影响。 干燥类路基的路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，路基平衡湿度完全 由气候因素所控制。
我国公路用土分类包括巨粒土、粗粒土、细粒
土和特殊土四类，计12种。
1、路基土的分类
土的基本代号
1、路基土的分类
不均匀系数Cu 和曲率系数Cc
1、路基土的分类
1）巨粒土
试样中巨粒组粗颗粒(大于60mm的颗粒)质量多于总
质量15%的土称为巨粒土。如果巨粒组土粒质量少于 或等于总质量15%的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细 粒土的相应规定分类定名。 巨粒土
路基任意点：
B Z
P , 一般 K 0.5 2 Z
Z B
二、路基工作区（work zone）
在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自 概念： 重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/5~1/10时， 该深度Za范围内的路基称为路基工作区。 该深度Za随车辆荷载增大而 增大，随路面的强度和厚度 的增加而减小。
线的斜率，如图③，反映该应力范围内的应力-应变关系的平均情况。
（4）回弹模量——应力卸除阶段应力-应变曲线的割线模量，如图④
，反映路基土在回弹变形范围内的应力-应变关系的平均情况。
三、路基土的受力特性
3、路基土的流变性质 Rheological property
路基土的变形随时间变化的关系。路基土在荷载作用下的
数，水土特征曲线即基质吸力与土壤含水率的关系的 曲线是描述基质吸力的重要指标。
3、路基土的基质吸力与饱和度
土的基质吸力与饱和度之间关系
如何确定 基质吸力？
基于非饱和土力学中土－水特性曲线理论预估路基湿度
3、路基土的基质吸力与饱和度
◆ 基质吸力影响因素
700 600
基质吸力(kPa)
500 400 300 200 100 0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0
4、路基土的基质吸力与饱和度
土的基质吸力
饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气，水
—气分界面（收缩膜）具有表面张力，在非饱和土中
，孔隙气压力与孔隙水压力不相等，并且孔隙气压力
大于孔隙水压力，收缩膜承受着大于水压力的空气压
力，这个压力差值称为基质吸力。
基质吸力通常是描述非饱和土的力学性质的重要参
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基平衡湿度时的饱和度
潮湿类路基直接根据地下水位高度确定
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
源自文库
路基平衡湿度时的饱和度
干燥类路基根据TMI确定-由区划确定TMI
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基平衡湿度时的饱和度
干燥类路基根据TMI确定-由TMI确定饱和度
地下水位控制的基质吸力预估模型 气候因素控制的基质吸力预估模型
测试数据 wPI=0 wPI=0.5 wPI=5 wPI=10 wPI=20 wPI=50
1000000
100000
基质吸力（kPa）
10000
1000
100
10
1
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 TMI
20
30
40
50
60
路面开裂
3、路基土的基质吸力与饱和度
采用基质吸力指标的原因 JTG D30-2004采用平均稠度指标作为路基湿度评价
指标，虽然综合了土的塑性特性，包含了液限与塑限
，也能反映土的软硬程度。
wc ( wL w ) ( wL wP )
( wL wP ) 0
对于塑性指数为零或接近于零的土组，土的平均稠
路基填料
路基填料是路堤施工中的填方筑路材料。
填料选择要求
路基填料应选择强度高、水稳性好、压缩性小，且运输便利
、施工方便的天然土源。 路基填料选择依据的指标是CBR值。
公路工程中常见的填料类型
①漂石、卵石（巨粒土）与粗砾石 ②土石混合料 ③砾类土、砂类土
第二节 路基的水温状况与干湿类型
p r
P r2
路基在圆形承载板下的压力与挠度分布曲线 （a）柔性承载板 （b）刚性承载板
lr 0 lr a
2 pa 1 02 4 pa 1 02 E0
2 pa 1 02 l E0 4
E0
三、路基土的受力特性
2、路基土应力—应变状态评定-模量
70
80
3、路基土的基质吸力与饱和度
基质吸力预估模型回归参数（α、β、γ、δ）与wPI有关
wPI 0 0.5 α 0.300 0.300 β 419.07 521.50 γ 133.45 137.30 δ 15.0 16.0
5
10 20 50
0.300
0.300 0.300 0.300
663.50
变形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间 有关，是一种具有流变性质的材料。
四、重复荷载对路基土的影响
随着作用次数的增加，产生塑性变形的积累，总变形
量逐渐增大。
第四节 路基的承载能力及材料参数
核心内容
路基的承载力参数 路基材料参数
压实试验曲线
三、路基土的受力特性
2、路基土应力—应变状态评定-模量
（1）初始切线模量——应力值为零时的应力-应变曲线的正切，如图
①，代表加荷开始时路基土的应力-应变关系。
（2）切线模量——某一应力级位处应力-应变曲线的斜率，如图②，
反映路基土在该级位应力-应变变化的精确关系。
（3）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
801.00 975.00 1171.20
142.50
147.60 152.50 157.50
17.5
25.0 32.0 27.8
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基的平衡湿度状况
路基平衡湿度状况分为三种： 干燥、中湿、潮湿
路基平衡湿度状况确定方法
潮湿类路基的路基工作区均处于地下水毛细润湿影响范围内，路基平衡湿
,一般K 0.5
公路设计标准车：黄河JN150-后轴重100KN，压力0.707MPa
三、路基土的受力特性
1、路基土的非线性特性
路基土的应力—应变关系除了非线性特性之外，还
表现出弹塑性性质。
三、路基土的受力特性
2、路基土应力—应变状态评定-模量
p r 1 pa 2 a2 r2
对模量不同的路面结构 ，应将 路面折算为与路基同一性质的 整体后，再进行计算。 n 1 Ei h hi 2.5 E0 i 1 要求：工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。 讨论工作区？
二、路基工作区（work zone）
路基工作区深度
Za 3 KnP
路基工作区计算算例 路基工作区计算分析ppt
S直观，采用饱和度S作为路基湿度的评价指标。
S w s w s w 1 w 1 d d Gs
三者 关系式
d w 1 s
d S 1 S Gs w
w
wd
w
w S Gs e
平衡湿度状态下的路基回弹模量=
标准条件下的模量×湿度调整系数(TMI)
3、路基土的基质吸力与饱和度
重力含水率(w)、体积含水率(θw)和饱和度(S)
Gs和ρd一定时，三者均能有效表征路基湿度状况。
湿度变化导致土体体积变化，w不变而S和θw发生变
化，S和θw表征路基湿度实际情况，故均可采用，因
细粒组(小于0.075mm的颗粒)质量不小于总质量
50%的土总称为细粒土。
细粒土应按其在塑性图（低液限wL<50%；高液限
wL≥50%）中的位置确定土名称。
细粒土塑性图
1、路基土的分类
3）细粒土
细粒土
粉土
1、路基土的分类
特殊土
包括黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土和冻土。 黄土、膨胀土和红黏土按特殊土塑性图定名。
基土组类别和距地下水位的距离确定其平衡湿度。
第三节 路基的力学强度特性
核心内容
路基受力情况 路基工作区 路基土的受力特性 重复荷载对路基土的影响
一、路基受力情况
车轮荷载应力： z 1）均布荷载
p Z 1 2.5 D
2
2）集中荷载 Z K 路基自重应力：
核心内容
路基湿度的来源 大气湿度及其对路基水温状况的影响
路基干湿类型
路基土的基质吸力与饱和度
1、路基湿度的来源
1、路基湿度的状况
路基水的来源
原始土具有的自然含水量，路基水的主要来源有：
大气降水； 地面水； 地下水； 毛细上升水； 水蒸汽凝结水；
薄膜移动水 ……
地下水位(m)
路基相对高度大于1~2m时，路基土基质吸力主要与气候指标 相关，包括平均相对湿度、降雨天数和湿度指数TMI。
3、路基土的基质吸力与饱和度
— 建立TMI-wPI基质吸力hm(kPa)预估曲线和预估模型
h y w — 参数标定 m β/ TMI γ h α e δ m
4、路基平衡湿度状况和路基平衡湿度预估方法
路基平衡湿度时的饱和度
中湿类路基-由干燥和潮湿分别确定再加权
先确定路基工作区上部和下部分别确定其平衡湿度
再以厚度加权平均计算路基的平衡湿度。
1）地下水毛细润湿面以上的路基工作区上部，按路基
土组类别和TMI值确定其平衡湿度；
2）地下水毛细润湿面以下的路基工作区下部，则按路
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
形成过程 形成条件
影响
物理、力学 性质
1、路基土的分类
不同粒组的划分界限及范围
其中：以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界；
以0.075mm作为细粒组与粗粒组的分界；
2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限；
0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。
1、路基土的分类