04路基力学特性分析

砂性土： ER K1 K2
（P39式4-3）
天津城建大学 粘性土： ER K2 K K1 1 3 （P39式4-4）
四、应力重复作用 1.土基在车轮荷载的重复作用下，塑性变形逐渐积累， 总变形量逐渐增大。
总应变增长速率趋于稳定
学 两种结果： 总应变增长速率随重复荷载作用次数↗而 大 ↗（存在剪切变形），直至剪切破坏 城建 2.不同结果发生取决于 津 土的性质和状态(类型、含水量、密实度)； 天 相对荷载的大小(重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比) 荷载作用的性质(速度、持续时间、频率) （公路与停车场）
城 1.一般土颗粒越细，回弹模量值越低
津 粘土：20—30MPa
砂土：150—200MPa
天 2.回弹模量值通常随密实度↗而↗，随含水量↗而↘，
其中含水量影响特别大
修筑路基时须控制最佳含水量
年度中路基含水量变化可能引起病害
第二节 土基承载力指标 路基对路面起支承作用，它的承载力对道路结构的 安全运行起决定作用。土基承载能力的大小，取决于土 基的抗变形能力。表征路基承载力的指标，都是指在一 定应力级位下的抗变形能力。
软 土
学 （粗粒土，饱和度<90%的细粒土） 地
自重荷载作用下的固结沉降
基
大 （饱和或接近饱和细粒土）
处
理
城建 外荷载作用下土中孔隙水排出，土体因发生体积变 天津 化而压密的时间过程
三、路基土的应力应变特性 1.路基土的变形
变形过大的影响： 弹性变形部分过大：沥青及水泥砼面层疲劳开裂
学 塑性变形部分过大：沥青路面车辙，水泥砼路面开裂 建大 路基变形占路面结构总变形的70%—90%，因此必须 天津城 提高路基抗变形能力，保证结构强度与刚度。
天津城建大学 表面的压力范围较之柔性路面为大。
3.查表法 根据自然区划、土的类型、稠度确定。
二、地基反应模量
假定土基顶面任一点的弯沉l，仅同作用于该点的垂直
压力p成正比，而同其相邻点处的压力无关。符合这一
假定的地基如同由许多各不相连的弹簧所组成(P43图4-
6)。
学 地基反应模量：K
p kN
l
/ m3
通常以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。
第二节 土基承载力指标 1.柔性承载板法
天津城建大学
第二节 土基承载力指标 2. 刚性承载板法
天津城建大学
实际中，刚性承载板用得较多，因为它的挠度易于
量测，压力容易控制。
试验时宜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。回弹变形值超过1mm时，则停止加载。如
天津城建大学 量ER值。
四、应力重复作用
5. 动回弹模量测定
采用重复加载的三轴压缩试验
应力施加频率：20—30次/min，每次作用时间为
0.2—0.1s；作用600—1000次后的回弹应变确定回弹模
学 量ER值。 大 五、湿度和密实度的影响
建 土的回弹模量除随受力情况变化外，还是土的类型
和湿密情况的函数
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 ①初始切线模量（Eit）：应力值为零时的应力-应变曲 城 线的斜率，代表加荷开始时的应力-应变情况； 津 ②切线模量（Et）：某一应力级位处应力-应变曲线的 天 斜率，反映该级应力处应力-应变变化的精确关系；
③割线模量（Es）：以某一应力值对应点与起始点相连 的割线的斜率，反映土基在工作应力范围内的应力-应 变的平均状态，常用于路基沉降计算；
CBR p 100 单位压力
天津 ps
标准压力
相对某一贯入度，一般取0.254cm
三、加州承载比(CBR)
CBR试验设备有室内试验与室外试验两种。室内试 验试件按路基施工时的含水量及压实度制备。加载前饱 水4天。
学 野外试验直接在土基顶面进行。由于土壤含水量不 天津城建大 同（非饱水），野外CBR试验值须修正。
第四章 路基力学特性分析
第一节 路基土的变形特征
一、路基受力状况 路基承受荷载包括路基自重和车辆荷载
学 设计应使路基受力在其弹性范围内，以保持相对 大 稳定，不致破坏 建 1.车轮荷载引起的垂直应力 z
车轮荷载——圆形均布垂直荷载
城 路基——弹性均质半空间体
天津 z
1
p
2.5
Z D
2
均布荷载
深度 直径
征。
采用高质量标准碎石为标准，其他材料的参数值与
标准值之比为CBR值。
学 试验方法：用一个端部面积为19.35cm2的标准压
大 头，以0.127cm/min的速度压入土中。记录每贯入
0.254cm（0.1英寸）时的单位压力，直至压入深度达到
建 1.27cm时为止。标准压力值是用高质量标准碎石由试验
城 求得，其值如表4-1所示。
城建 路基工作区范围内，土强度和稳定性极为重要，
对其土质和压实度提出较高要求， z 上大下小，工作
津 区上部要求更高。当 Za H（填土高度）时，工作区 天 范围涉及天然地基，须对地基相关土层进行处理，充
分压实。
三、路基土的应力应变特性
1.路基土的变形
行车荷载反复作用下的累积变形 自重荷载作用下短期内压密沉降
1 10
1 5
时，
Za以内的
路基称为路基工作区，工作区内路基对支承路面结构
天津城建大学 和车轮荷载影响较大。
二、路基工作区 在某一深度处Za处，当
z B
1 10
1 5
时，
Za以内的
路基称为路基工作区，工作区内路基对支承路面结构
学 和车轮荷载影响较大。
Za
3
KnP
大 K:系数,取0.5；P:一侧轮重荷载（kN）；n:系数,取5 -10 随P增加，Za增加；路面刚度越大，Za越小
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 ④回弹模量（Er）：应力卸除阶段，应力-应变曲线的 城 割线模量，不同于前三种模量（包含残余应变），回弹 津 模量则仅包含回弹应变，部分地反映了土的弹性性质。 天 由于对路基路面结构内的应力和应变采用弹性理论，并
且在沥青路面中回弹应变量大小与面层的疲劳损坏有 关，回弹模量便成为路面结构分析中一项常用的参数。
第一节 路基土的变形特征 一、路基受力状况
路基承受荷载包括路基自重和车辆荷载
学 设计应使路基受力在其弹性范围内，以保持相对 大 稳定，不致破坏 建 2.路基自重引起的垂直压应力 B
城 B Z 津 路基内任一点垂直应力包括 天 z 和 B 的共同作用
二、路基工作区 在某一深度处Za处，当
z B
学 此，即可点绘出荷载-回弹弯沉曲线（P42图4-3）。 大 在多数情况下，试验 p l 曲线呈非线性。在确定
建 模量值时，可以根据实际可能出现的最大压应力级位，
或可能出现的最大弯沉范围，在曲线上选取合适的量值
城 按下式进行计算：
wenku.baidu.com
天津 E0
a
2
pi li
1 02
测定时通常用车轮的轮印当量圆直径作为承载板的 直径。但是对于刚性路面下的土基，有时采用较大直径 承载板进行测定，因为荷载通过刚性路面板施加于地基
四、应力重复作用 3.临界值：相对含水量下的相对荷载值
重复荷载高于临界值 重复荷载低于临界值
剪切破坏 总应变增长率趋于稳定
大学 4. 重复应力低于临界值时，总应变的累积规律在半对 天津城建 数(或对数)坐标上呈线性关系
四、应力重复作用 5. 动回弹模量测定
采用重复加载的三轴压缩试验 应力施加频率：20—30次/min，每次作用时间为 0.2—0.1s；作用600—1000次后的回弹应变确定回弹模
建大学 ①初始切线模量（Eit）：应力值为零时的应力-应变曲 天津城 线的斜率，代表加荷开始时的应力-应变情况；
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 ①初始切线模量（Eit）：应力值为零时的应力-应变曲 城 线的斜率，代表加荷开始时的应力-应变情况； 津 ②切线模量（Et）：某一应力级位处应力-应变曲线的 天 斜率，反映该级应力处应力-应变变化的精确关系；
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 路基土的力学性质不同于理想线性弹性体，根据实 城 际中大量的试验（压入承载板试验，三轴压缩试验）， 津 结果表明土基的回弹模量E并不是常数，不同级别的荷 天 载作用下，荷载与形变之比值不同，即应力应变呈非线
性关系。 而且应力消失后，土基存在残留变形，不能 恢复到原状态。
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 由于应力-应变关系的非线性特性，后三项模量参 城 数都是条件性指标，其量值随应力级位大小和取值方法 津 而不同。在进行结构分析时，应按照路基土实际受到的 天 应力级位选取模量值。
三、路基土的应力应变特性
3. 将回弹模量值以应力或应变的函数形式来表示
大 K值用承载板试验确定。承载板的直径D=76cm，采取
建 一次加载到位的方法。
地基软弱——控制 l 0.127cm
城 地基坚实——控制 p 70kPa
天津 据此确定的K值涉及的弯沉为总弯沉，包含回弹弯沉
和残余弯沉。只考虑回弹弯沉时，地基回弹反应模量
KR 1.77K
三、加州承载比(CBR)
承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 尽管如此，评定土基应力应变状态及设计路面时仍采 城 用模量值E表示，采用局部线性化，近似地将某一微小 津 线段内的曲线视为直线，其斜率作为模量值。 天 按照应力-应变曲线上应力取值方法的不同，模量有
以下几种：
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
学 表征路基承载力的参数指标包括：①回弹模量②地 天津城建大 基反应模量③加州承载比(CBR)。
第二节 土基承载力指标 路基对路面起支承作用，它的承载力对道路结构的 安全运行起决定作用。土基承载能力的大小，取决于土 基的抗变形能力。表征路基承载力的指标，都是指在一 定应力级位下的抗变形能力。
学 表征路基承载力的参数指标包括：①回弹模量②地 大 基反应模量③加州承载比(CBR)。 建 一、土基回弹模量（静回弹模量） 城 反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。 津 以回弹模量作为参数，可以应用于以弹性理论为基本 天 体系的各种设计方法中。