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1、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,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,搬运、沉积,风化,岩石,地球,形成过程形成条件,物理、力学性质,影响,第一节 路基土的分类及工程特性,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
2、。,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,不均匀系数Cu 和曲率系数Cc,1、路基土的分类,土的基本代号,1、路基土的分类,土类区分的依据一般以主成分粒组进行定义，控制主成分粒组的比例在50%以上，而特殊土则分为黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土和冻土，前三者按特殊塑性图上的位置定名，盐渍土按含盐百分率分类。碎石在土类中的位置碎石是人工开采的土类，一般与砾相近。,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
3、定名。,1、路基土的分类,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二种；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,3）细粒土细粒组(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wL50%；高液限wL50%）中的位置确定土名称。,细粒土塑性图,1、路基土的分类,细粒土,1、路基土的分类,3）细粒土,1、路基土的分类,特殊土塑性图,特殊土包括黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土和冻土。黄土、
4、膨胀土和红黏土按特殊土塑性图定名。黄土：低液限黏土（CLY），分布范围大部分在A线以上，且wL50%；红黏土：高液限粉土（MHR），分布范围大部分在A线以下，且wL55%。,盐渍土分类表,冻土分类表,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。,2、路基土的工程性质,3、路基填料的选择,路基填料路基填料指的是路堤施工中的填方筑路材料。填料
5、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漂石、卵石（巨粒土）与粗砾石土石混合料砾类土、砂类土,第二节 路基的水温状况与干湿类型,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,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
6、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。,冻胀丘 Pingo,热融thaw,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。,路面开裂,3、路基的干湿类型,路基的干湿状态 路基分为四种干湿状态：干燥、中湿、潮湿和过湿路基干湿状态的要求 一般要求处于干燥或中湿状态路基干湿类型的划分指标-稠度 以分界稠度c1、c2、c3作为划分指标路基干湿类型的最新划分指标建议 以土的基质吸力作为划分指标,3、路基的干湿类型,各自然区划路基干湿分界稠度,下页续,
7、表2-7,各自然区划路基干湿分界稠度,接上页,3、路基的干湿类型,3、路基的干湿类型,老路：求算平均稠度，查表确定干湿类型原有道路的土基以下80cm范围内的平均稠度，应在不利季节测定。如当地有非不利季节与不利季节的路基湿度换算关系时，可在非不利季节测定，再换算为不利季节的数值使用。,3、路基的干湿类型,路基干湿类型的划分标准表2-7,路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面，路基高度,过湿,路基上部土层处于地下水或地表积水毛细影响区内，路基高度,潮湿,路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内，路基高度,中湿,路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表积水影
8、响。路基高度,干燥,一般特性,路基平均稠度 与分界相对稠度的关系,路基干湿类型,3、路基的干湿类型,新路：以路基临界高度为判别标准,与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。即：H1相对应于wc1，为干燥和中湿状态的分界标准；H2相对应于wc2，为中湿与潮湿状态的分界标准；H3相对应于wc3，为潮湿和过湿状态的分界标准。,图 路基临界高度与路基干湿类型,H1、H2、H3见表2-9,4、路基土的基质吸力与饱和度,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：,路基湿度设计状态,回弹模量室内试验条件湿度（标准状态）,平衡湿度
9、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),4、路基土的基质吸力与饱和度,采用基质吸力指标的原因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。对于塑性指数为零或接近于零的土组，土的平均稠度不能全面反映路基土的工作状态。,4、路基土的基质吸力与饱和度,重力含水率(w)、体积含水率(w)和饱和度(S)Gs和d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w发生变化，S和w表征路基湿度实际情况，故均可采用，因 S直观，采用饱和度S作为路基湿度的评价指标。,三者关系式,4、路基土的基质吸力与饱和度,
10、基于非饱和土力学中土水特性曲线理论预估路基湿度,土的基质吸力与饱和度之间关系,如何确定基质吸力？,4、路基土的基质吸力与饱和度,基质吸力影响因素,路基相对高度大于12m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TMI。,4、路基土的基质吸力与饱和度,建立TMI-wPI基质吸力hm(kPa)预估模型 参数标定,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,4、路基土的基质吸力与饱和度,基质吸力预估模型回归参数,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,路基自重应力：,路基任意点：,一、路基受力情况,车
11、轮荷载应力：1）均布荷载 2）集中荷载,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重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/101/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。,概念：,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。,工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。讨论工作区？,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。,要求：,二、路基工作区（work zone）,二、路基工作区（work zone）,路基工作区深度公路设计标准车：黄河JN150-后轴重100KN，压力0.707MPa,三、路基土的受力特性,1、土的非线性
12、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,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,三、路基土的受力特性,2、路基土应力应变状态评定-模量压实试验曲线,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，代表加荷开始时土的应力-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，反映土在该级位应力-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线的斜率，如图，反映在该应力级范围内
13、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，反映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、土基的流变性质 Rheological property土的变形随时间变化的关系。土在荷载作用下的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,一、路基的承载力参数,（1）土基回弹模量 resilient modulus of subgr
14、ade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,一、路基的承载力参数,（2）土基回弹模量测试测定时宜采用逐级加载卸载法（直径30.4cm的板）。每一级荷载经过加载和卸载，取得稳定的回弹弯沉之后，再加下一级荷载，如此施加n级荷载后，即可点绘出荷载-弯沉曲线。在多数情况下，试验曲线呈非线性。在确定模量时，可以根据土基实际受的压力范围或可能产生的弯沉范围在曲线上取值。路面设计中，按1mm线性归纳法来确定土基的回弹模量。,一、路基的承载力参数,（3）地基反应模量 rea
15、ction modulus of subgrade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压力p成正比，而与相邻点处压力无关。直径76cm的刚性板测定。当地基较软弱时，取l=0.127cm时相对应的压力p计算地基反应模量；当地基较为坚硬时，取单位压力p=0.07MPa时相对应的弯沉值l计算地基反应模量。,一、路基的承载力参数,（4）加州承载比CBR California Bearing Ratio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
16、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。,一、路基的承载力参数,（4）加州承载比-常用路基土的CBR值,一、路基的承载力参数,（4）加州承载比-路基土的CBR要求值,一、路基的承载力参数,（5）土基的设计参数的确定我国在测定土基回弹模量时，常采用直径30.4cm的刚性承载板用加载卸载的试验方法。试验通常在不利时期进行，并取有84.1概率的回弹模量值作为土基回弹模量的计算值。规范给出我国土基回弹模量设计参数选用建议值。土基回弹模量与CBR的关系一直是世界各国在路基土研究中比较关心的内容。根据试验给出了国内外部分土基回弹模量与CBR的关系，设计是可以根据实际参考选用。,一
17、、路基的承载力参数,（6）土基设计参数的取值,二、路基材料参数,（7）路堤填土的强度参数的c，值,路堤填土采用的强度指标,三轴不排水示意图,三轴固结不排水示意图,二、路基材料参数,（8）岩体边坡的强度参数的c，值,结构面抗剪强度指标准值,边坡岩体内摩擦角折减系数,小组讨论,（1）路及工作区计算时荷载应力有两种计算方法：用简化布辛尼斯克公式进行计算；用层状体系计算软件计算，请结合习题8 和9 讨论荷载大小、不同路面结构工作区深度的影响、应力计算方法对工作区深度的影响。（2）请讨论路基顶面综合模量E 和路基反映模量K 的意义和在路面设计中的作用，如何结合路基湿度的变化选择路基顶面综合模量E 或地基
18、反映模量K。,1、我国公路用土如何进行类型划分？土的粒组又如何区分？2、不同路基土有何工程特点？如何根据因地取材的原则选择路基填料？3、什么是路基干湿类型和路基临界高度？如何确定路基的干湿类型和路基临界高度？4、何谓路基工作区?当工作区深度大于路基填土高时应采取何措施？为什么？5、一公路修建在4 区，黏性土，经测定路基80cm 范围内的平均稠度wc 为1.18，请问干湿类型出于什么状态？当wc 为1.30、1.08 时，路基干湿类型又处于什么状态？6、一公路修筑在1 区，粉性土，请问当路基高度分别为2.5m、2.0m、1.5m 时，路基干湿类型可能处于什么状态？7、已知道路路面结构为4cmAC
19、+6cmAC+8cmAC+38cm 水泥稳定碎石+20cm 二灰土，抗压模量分别为1800MPa、1600MPa、1400MPa、1900MPa、和900MPa，路基模量为45MPa，路基高度为3.0m，请计算路基工作区范围。（荷载规定：黄河JN150 后轴100kN，压力0.707MPa，轮印直径30cm）,练习与讨论,练习与讨论,8、已知道路路面结构为4cmAC+6cmAC+18cm 水泥稳定碎石+20cm 二灰土，抗压模量分别为1600MPa、1200MPa、1900MPa、和900MPa，路基模量为45MPa，路基高度为2.0m，请计算路基工作区范围。（荷载规定：黄河JN150 后轴100kN，压力0.707MPa，轮印直径30cm）9、何为路基顶面综合模量E 和地基反映模量K？什么是CBR？10、请说明路基顶面综合模量E 和地基反映模量K 的测试要求？,
