公路路基荷载

利用BISAR程序模拟路堤土中不同深度z处 的竖向应力P
河海大学查文华、洪宝宁则从路基土工程 特性和耦合动力学的角度，建立路基动力 分析耦合力学模型，推导出耦合运动方程， 同样连盐高速公路为研究背景，建立路基 的耦合动力模型
他们得到了20t和2t两种不同车型下路基振 动加速度沿深度方向的衰减情况：随车型自 重的加大，加速度和传递深度也相应增大， 车重较大时，振动加速度传递影响深度约为 6 m,峰值接近0.06 m/s2，车重较小时，加 速度最大值只有0. 015 m/s2 。
车速的影响
河海大学的模型计算 结果显示：路基中的 竖向最大动应力随行 车速度增加而增大, 但速度的提高对路基 最大竖向动应力的影 响并不显著,并且增 加的幅度随速度的增 大而减小
东南大学的研究结果：
东大从路堤动应力峰值和路堤振动位移峰值 两方面研究了车速对路堤的动态作用，随着 行车速度的增加影响深度也在增加。 由于车速越高振动频率越高，而高频主要是 对车辆自身的振动产生影响，对路基的影响 较小，因此动应力峰值随着行车速度的增加 而增大的程度不太明显。 与河海大学的模型计算结果是一致的。
图3、加载频率与永久应变关系曲 线
动应力的影响深度研究
单景松、黄晓明等人采 用有限元方法对沥青路 面在移动荷载下的响应 进行分析。对于正常行 驶情况，取行驶速度为 30 m/s，有限元模型中 只考虑垂直均布荷载。 荷载移动带中心线下， 当荷载经过时，最大垂 直应力 位于表面0~6 cm范围内，随深度继 续增加,最大 迅速减小。 最大竖向压应力 随路面深 度的变化规律
（4）临界型曲线所对应的动应力定义为 “临界动应力” ，它是衰减型和破坏型的动 应力分界点，也可以作为土体动强度指标。 将土体受到的动应力与土体的临界动应力之 比定义为动应力水平。
加载频率的影响
加载时，土体的结构要受到破坏， 卸载时，土体结构部分恢复，破坏 结构的恢复需要一定的时间，加载 频率较低，结构能部分或大部分恢 复，加载频率较高，结构只能小部 分或很小部分得以恢复，加载频率 达到一定程度后，结构没有恢复时 间，完全不能恢复，土体的临界动 应力不再变化。
加载方式对路基的影响
河海大学利用模型计算研 究了加载方式对路基的影 响：在矩形波荷载作用下， 引起的振动影响范围约为 7 m左右，7 m以下几乎 不产生振动；正弦荷载作 用下约为6. 5 m左右；恒 载作用下影响深度则更小。
不同加载方式下加速 度沿深度的变化曲线
路面结构的影响
王国昀通过现场试验研究了路面的影响，其 所用的路基断面如图所示：
（1）动应力水平小时表现为衰减型曲线 （1、2、3、4、5），加载初期，应变增加较 快，到一定次数后，试样密度达到一定程度， 能够抵抗外荷载的作用，试样只产生弹性应变， 永久应变基本趋于稳定。 （2）破坏曲线如图1中曲线9、10、11、 12。试样的永久应变随加载次数非线性增加， 一定的加载次数后，由于重复加载导致试样的 结构破坏，试样强度降低，变形增量迅速增加， 直到破坏。 （3）介于衰减型与破坏型之间的曲线为临 界型(图1中曲线6、7、8)，其特点是:应变有时 变化较大，有时变化较小，处于波动状态，表 明土体处于稳定与破坏的临界状态，是区分变 形稳定与破坏的界限。
动荷载的影响
1、路基填土在动荷载作用下具有临界动 应力路基填土的永久变形是否随重复加载 次数而稳定取决于路基填土的临界动应力 与荷载产生的路基动应力。 2、路基填土的临界动应力不仅与填土本 身的物理力学性质(如含水量、容重、颗粒 级配等)有关，而且还与重复荷载的特征有 关，例如荷载的重复次数、荷载频率和荷 载幅值等。
汽车荷载当量计算
1.边坡稳定性分析时 1.边坡稳定性分析时 将车辆按最不利情况排列， 将车辆按最不利情况排列，将车辆的设 计荷载换算成当量土柱高( 计荷载换算成当量土柱高(即以相等压力 的土层厚度来代替荷载) 表示。 的土层厚度来代替荷载)，以h0表示。
NQ h0 = γBL
N − −横向分布的车辆数，单 车道 N = 1, 双车道 N = 2； Q − −每一辆车的重力， KN ；
2、公路路基挡土墙 土压力计算 作用于墙后破裂棱体上的车辆荷载，使 土体中出现附加的竖直应力，从而产生 附加的侧向压力。 均布荷载
车辆荷载换算 按墙高确定的Βιβλιοθήκη Baidu加荷载强度进行换算 1 按墙高确定的附加荷载强度进行换算
h 0＝
q
γ
2 根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算
h0
∑Q =
γB0 L
L = L0 + ( H + 2a )tg 30°
不同车型的影响
赵俊明、刘松玉等人 结合连盐高速低路堤， 采用如左图路基模型， 对路堤进行了动应力、 振动响应等现场测试， 分析了路基中附加动 应力及振动位移的变 化规律
在水泥稳碎石基层和面层未施工的情况下， 从底基层顶面算起,沿路基深度选取0.5、1.0、 1.5、2.0、2.5m共5个测点进行动应力测试, 选取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0m共5个测试 点进行振动测试，采用20t和2t两种不同车 辆和车速进行试验
图2、加载频率与临界动应力的关系曲线
相同动应力水平时，相同加载次数 的永久应变随加载频率线性降低(左 图)，而且次数多的斜率大，这说明 永久应变不仅与加载频率和动应力 水平有关，而且还与动应力大小有 关，相同动应力水平时，由于对应 加载频率高的临界动应力小，因而 实际的动应力小，因此，永久应变 小。
结果显示：
河海大学利用模型计 算了不同路面基层刚 度对路基的影响
以上两者的研究均表明在交通荷载的动应 力影响下路面对路基有一定的保护作用， 刚性较大的路面结构能对车辆荷载产生扩 散作用 路基中竖向最大动应力随着基层刚度的 增加而降低，但基层刚度并不是越大越好， 基层的模量必须保持在一个合理的范围内， 才能从整体上获得好的路用性能
蔡英、曹新文利用室内动三轴试验，研 究荷载频率、荷载大小及围压对路基填土 的临界动应力和永久变形的影响
图1是无侧限条件下、加载频率为5Hz时， 永久应变与重复加载次数的关系曲线，根 据曲线特点，可分为三类即衰减型、破坏 型和临界型。有侧限情况，永久应变与重 复次数的关系具有相同特点
图1. 永久应变与加载次数关系曲线
γ − − 路基填料的容重， KN / m 3；
L − −汽车前后轴（或履带） 的总距， m ； 对汽 − 10级和汽 − 15级， L = 4.2 m ，汽 − 20级重车， L = 5.6 m ； B − −横向分布车辆轮胎最外 缘之间总距， m ； B = Nb + ( N − 1) d 其中： b − − 每一车辆的轮胎外缘之 间的距离， m ；