一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法，具体为：根据路面结构进行二维有限元建模，各层均视为纯弹性体，采用标准轴重的移动荷载加载，获取路基内的加载时长范围；根据路基内的加载时长范围确定加载、卸载时长组合，进而确定加载序列；选取目标土样，制备不同压实度、不同含水率的试样，按照加载序列进行动三轴试验，得到不同压实度、含水率下的动态回弹模量；建立综合考虑压实度、含水率、应力状态、加载时长的黏弹性回弹模量预估模型；预估路基土的回弹模量。本发明专利技术充分考虑路基土的黏弹性质，与路基土实际情况更接近，能够更加准确的预估路基土动态回弹模量，同时能够预估不同行车速度下的路基土回弹模量值，适用性更强。适用性更强。适用性更强。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法


[0001]本专利技术属于道路工程
，涉及一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法。

技术介绍

[0002]路基土动态回弹模量作为路面设计中路基土刚度参数，反映了路基土在行车荷载作用下的应力
‑
应变非线性特性。我国现行《公路路基设计规范》(JTG D30
‑
2015)将路基土动态回弹模量作为路面设计的路基刚度参数。
[0003]目前，获取路基土动态回弹模量的方法分为两种。第一种为试验法，通过动三轴试验，获取所需路基土不同工况下的应力应变响应，进而计算其动态回弹模量值。第二种为预估方法，通过大量的试验研究，建立路基土动态回弹模量预估方程，建立完回弹模量预估方程后，当要获取某种未知土质的动态回弹模量时，便可以只通过少量的试验，预估任意工况下的路基土动态回弹模量值，节省人力物力，节约时间，且精确度高。因此，第二种方法被广大国内外学者所研究。
[0004]然而，目前路基土动态回弹模量试验及预估方法仅考虑了路基土的弹性性能，而实际上，路基在运营过程中存在明显的黏弹性质，导致了现有的动态回弹模量试验及预估方法得到的路基土回弹模量值与实际值存在偏差。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法，充分考虑路基土的黏弹性质，与路基土实际情况更接近，能够更加准确的预估路基土动态回弹模量，同时能够预估不同行车速度下的路基土回弹模量值，适用性更强，解决了现有技术中存在的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法，具体按照以下步骤进行：
[0007]步骤1：根据路面结构进行二维有限元建模，各层均视为纯弹性体，采用标准轴重的移动荷载加载，获取路基内的加载时长范围；
[0008]步骤2：根据路基内的加载时长范围确定加载、卸载时长组合，进而确定加载序列；
[0009]步骤3：选取目标土样，制备不同压实度、不同含水率的试样，按照步骤2的加载序列进行动三轴试验，得到不同压实度、含水率下的动态回弹模量；
[0010]步骤4：建立综合考虑压实度、含水率、应力状态、加载时长的黏弹性回弹模量预估模型，见式(1)～(3)：
[0011][0012][0013][0014]其中：M
RT
为加载时长T下的动态回弹模量；ω为圆频率，ω＝2π/T；T为加载时长；E为杨氏模量，η为黏滞系数；K为压实度；w为含水率；w
opt
为最佳含水率；θ
m
为最小体应力，θ
m
＝θ
‑
σ
d
＝3σ3，θ为体应力，σ
d
为循环偏应力，σ3为围压；τ
cot
为八面体剪应力；p
a
为大气压强，A为参考黏度，k0～k4、α1～α4为模型参数；
[0015]步骤5：根据步骤3得到的动态回弹模量试验结果对式(1)～(3)进行拟合，确定模型参数k0～k4、α1～α4；采用式(1)～(3)预估路基土的回弹模量。
[0016]进一步的，所述步骤1中，路基内的加载时长范围为0.40s～4.01s。
[0017]进一步的，所述步骤2中，加载、卸载时长组合分别为：
①
组合的加载、卸载时长分别为0.2s、0.8s，
②
组合的加载、卸载时长分别为0.6s、0.8s，
③
组合的加载、卸载时长分别为1.4s、0.8s，
④
组合的加载、卸载时长分别为2.6s、0.8s，
⑤
组合的加载、卸载时长分别为4.2s、0.8s。
[0018]进一步的，所述步骤3中，制备试样的压实度分别为90％、93％、96％、99％，制备试样的含水率分别为0.9OMC、OMC、1.1OMC、1.2OMC、1.3OMC，OMC为最佳含水率；进行动三轴试验时，先高频后低频预加载，预加载结束后，每个加载序列的应力水平按照
①
组合的加载、卸载时长进行加载，再按照
②
组合的加载、卸载时长进行加载，依此类推，并取每个序列最后5次循环的平均动态回弹模量作为试验动态回弹模量值。
[0019]进一步的，所述步骤4中，式(1)根据以下方法确定：
[0020]考虑黏弹性的Kelvin模型，见式(4)：
[0021][0022]式中：σ为循环偏应力；E为杨氏模量；ε为应变；η为粘滞系数；为应变率；
[0023]路基土承受交通荷载，所受循环偏应力为半正弦波，见式(5)：
[0024][0025]式中：σ
max
为荷载幅值；ω为圆频率，ω＝2πf；f为加载频率，f＝1/T；T为加载时长；t为时间；
[0026]联立式(4)和(5)，建立平衡方程为：
[0027][0028]解式(6)得：
[0029][0030][0031]式中：δ为相位角；
[0032]由式(7)得到应变ε曲线中的峰值，即位移幅值ε
max
为：
[0033][0034]考虑粘弹性，通过荷载幅值和位移幅值的比值表征回弹模量，见式(10)：
[0035][0036]M
R
为路基土的回弹模量，当ω＝2π/T，T为加载时长，M
RT
为路基土加载时长T下的动态回弹模量，即得式(1)。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038]本专利技术将考虑黏弹性的Kelvin模型与路基土承受交通荷载的循环偏应力曲线结合，得到了含有黏滞系数的路基土粘弹性回弹模量，并综合考虑含水率w、压实度K、围压σ3、循环偏应力σ
d
对黏滞系数的影响，构建黏滞系数函数f(w,K,σ3,σ
d
)，即式(3)；将动三轴试验结果中随加载时长的变化回弹模量稳定时的值作为Kelvin模型中的杨氏模量；建立综合考虑压实度、含水率、应力状态、加载时长的黏弹性回弹模量预估模型，充分考虑路基土的黏弹性质，与路基土实际情况更接近，能够更加准确的预估路基土动态回弹模量。
[0039]本专利技术建立的黏弹性回弹模量预估模型考虑加载时长的影响，不同行车速度下，路基土荷载的作用时长不同，因此，通过本专利技术建立的黏弹性回弹模量预估模型能够预估不同行车速度下的路基土回弹模量值，解决了现有技术无法考虑不同行车速度下路基土模量值偏差的问题。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1是本专利技术实施例流程图。
[0042]图2是本专利技术不同加载时长的动态回弹模量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤1：根据路面结构进行二维有限元建模，各层均视为纯弹性体，采用标准轴重的移动荷载加载，获取路基内的加载时长范围；步骤2：根据路基内的加载时长范围确定加载、卸载时长组合，进而确定加载序列；步骤3：选取目标土样，制备不同压实度、不同含水率的试样，按照步骤2的加载序列进行动三轴试验，得到不同压实度、含水率下的动态回弹模量；步骤4：建立综合考虑压实度、含水率、应力状态、加载时长的黏弹性回弹模量预估模型，见式(1)～(3)：型，见式(1)～(3)：型，见式(1)～(3)：其中：M
RT
为加载时长T下的动态回弹模量；ω为圆频率，ω＝2π/T；T为加载时长；E为杨氏模量，η为黏滞系数；K为压实度；w为含水率；w
opt
为最佳含水率；θ
m
为最小体应力，θ
m
＝θ
‑
σ
d
＝3σ3，θ为体应力，σ
d
为循环偏应力，σ3为围压；τ
cot
为八面体剪应力；p
a
为大气压强，A为参考黏度，k0～k4、α1～α4为模型参数；步骤5：根据步骤3得到的动态回弹模量试验结果对式(1)～(3)进行拟合，确定模型参数k0～k4、α1～α4；采用式(1)～(3)预估路基土的回弹模量。2.根据权利要求1所述一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法，其特征在于，所述步骤1中，路基内的加载时长范围为0.40s～4.01s。3.根据权利要求1所述一种考虑路基土黏弹性质的回弹模量预估方法，其特征在于，所述步骤2中，加载、卸载时长组合分别为：
①
组合的加载、卸载时长分别为0.2s、0.8s，
②
组合的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭俊辉，张军辉，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：