《路基路面工程》

PavementEngineering2021/10/10星期日1PPT課件第二章路基土的特性及設計參數2021/10/10星期日2PPT課件主要內容第一節路基土的分類及工程特性第二節路基水溫狀況及干濕類型第三節路基的力學強度特性第四節路基的承載能力及材料參數2021/10/10星期日3PPT課件第一節

路基土的分類及工程特性核心內容路基土的分類路基土的工程性質路基填料的選擇2021/10/10星期日4PPT課件土是巖石經過風化后在不同條件下形成的自然歷史的產物搬運、沉積

風化巖石地球土地球形成過程形成條件物理、力學性質影響第一節

路基土的分類及工程特性2021/10/10星期日5PPT課件我國公路用土分類包括巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土四類，計12種。1、路基土的分類2021/10/10星期日6PPT課件1、路基土的分類不同粒組的劃分界限及范圍其中：以60mm作為粗粒組與巨粒組的分界；

以0.075mm作為細粒組與粗粒組的分界；

2mm是粗粒組中的礫與砂粒的區分界限；

0.002mm是粘粒與粉粒的區分界限。2021/10/10星期日7PPT課件土的基本代號1、路基土的分類2021/10/10星期日8PPT課件不均勻系數Cu和曲率系數Cc1、路基土的分類2021/10/10星期日9PPT課件1）巨粒土1、路基土的分類巨粒土2021/10/10星期日10PPT課件1、路基土的分類2）粗粒土試樣中巨粒組質量少于或等于15%，且巨粒組顆粒與粗粒組顆粒含量之和大于50%的土稱為粗粒土。粗粒土分礫類土和砂類土二種；礫粒組(2mm-60mm的顆粒)質量＞砂粒組質量的土稱為礫類土。礫粒組(2mm-60mm的顆粒)質量≤砂粒組質量的土稱為砂類土。2021/10/10星期日11PPT課件粗粒土粗粒土1、路基土的分類2021/10/10星期日12PPT課件3）細粒土細粒組(小于0.075mm的顆粒)質量不小于總質量50%的土總稱為細粒土。細粒土應按其在塑性圖（低液限wL<50%；高液限wL≥50%）中的位置確定土名稱。1、路基土的分類細粒土塑性圖2021/10/10星期日13PPT課件1、路基土的分類3）細粒土細粒土粉土2021/10/10星期日14PPT課件1、路基土的分類特殊土塑性圖特殊土包括黃土、膨脹土、紅黏土、鹽漬土和凍土。黃土、膨脹土和紅黏土按特殊土塑性圖定名。①黃土：低液限黏土（CLY），分布范圍大部分在A線以上，且wL<40%；②膨脹土：高液限黏土（CHE），分布范圍大部分在A線以上，且wL>50%；③紅黏土：高液限粉土（MHR），分布范圍大部分在A線以下，且wL>55%。鹽漬土分類表凍土分類表2021/10/10星期日15PPT課件認識清楚路基及路面底基層用土的工程性質，則可根據不同的土類采取不同的工程技術措施：級配良好的礫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；砂類土是施工效果最優的路基建材；粘質土是較常見、效果也較好的路基路面建材；粉質土屬于不良材料，最容易引起路基病害；特殊土用于路基時必須采取技術措施加以處理。2、路基土的工程性質2021/10/10星期日16PPT課件路基填料路基填料是路堤施工中符合要求的填方筑路材料。填料選擇要求路基填料應選擇強度高、水穩性好、壓縮性小，且運輸便利、施工方便的天然土源。路基填料選擇依據的指標是CBR值（表2-8）。

公路工程中常見的填料類型①漂石、卵石（巨粒土）與粗礫石②土石混合料③礫類土、砂類土3、路基填料的選擇節尾2021/10/10星期日17PPT課件第三節

路基的力學強度特性核心內容路基土的受力分析路基工作區路基土的受力特性重復荷載對路基土的影響2021/10/10星期日18PPT課件路基自重應力：

路基任意點：1、路基受力分析

1）均布荷載2）集中荷載車輪荷載應力：3）層狀體系理論求解均布荷載的應力進行計算更加準確2021/10/10星期日19PPT課件在路基某一深度Za處，當車輪荷載引起的垂直應力與路基土自重引起的垂直應力相比大于等于0.1時對應的深度，該深度Za范圍內的路基稱為路基工作區。概念：

該深度Za隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強度和厚度的增加而減小。

工作區內：強度、穩定性重要，壓實度提高。

討論工作區？對模量不同的路面結構

，應將路面折算為與路基同一性質的整體后，再進行計算。要求：

2、路基工作區（subgradeworkzone

）建議：

由于簡化公式誤差很大，建議采用層彈性體系程序計算荷載應力。2021/10/10星期日20PPT課件面層基層路基結構上路床下路床上路堤下路堤上基層底基層上面層中面層下面層30cm50cm~90cm70cm70～80cm路基工作區1、基本概念路面結構路床路堤路基設施路基材料結構必要的功能層2、路基工作區（subgradeworkzone

）2021/10/10星期日21PPT課件2、路基工作區(

subgradeworkzone

)路基工作區深度公路設計標準車：黃河JN150-后軸重100KN，壓力0.707MPa路基工作區計算算例路基工作區計算分析ppt2021/10/10星期日22PPT課件3、路基土的受力特性（1）路基土的非線性特性路基土的應力—應變關系除了非線性特性之外，還表現出彈塑性性質。2021/10/10星期日23PPT課件3、路基土的受力特性（2）路基土應力—應變狀態測定-模量路基在圓形承載板下的壓力與撓度分布曲線（a）柔性承載板（b）剛性承載板2021/10/10星期日24PPT課件3、路基土的受力特性（2）路基土應力—應變狀態測定-模量承載板試驗曲線2021/10/10星期日25PPT課件3、路基土的受力特性（2）路基土應力—應變狀態評定-模量（1）初始切線模量——應力值為零時的應力-應變曲線的正切，如圖①，代表加荷開始時路基土的應力-應變關系。（2）切線模量——某一應力級位處應力-應變曲線的斜率，如圖②，反映路基土在該級位應力-應變變化的精確關系。（3）割線模量——以某一應力值對應的曲線上的點同起始點相連的割線的斜率，如圖③，反映該應力范圍內的應力-應變關系的平均情況。（4）回彈模量——應力卸除階段應力-應變曲線的割線模量，如圖④，反映路基土在回彈變形范圍內的應力-應變關系的平均情況。

2021/10/10星期日26PPT課件3、路基土的受力特性（3）路基土的流變性質Rheologicalproperty路基土的變形隨時間變化的關系。路基土在荷載作用下的變形不僅與荷載大小有關，而且還與荷載作用的持續時間有關，是一種具有流變性質的材料。2021/10/10星期日27PPT課件4、重復荷載對路基土的影響隨著作用次數的增加，產生塑性變形的積累，總變形量逐漸增大-由此路面設計規定了路基頂面壓應變。節尾2021/10/10星期日28PPT課件第三節

路基的水溫狀況與干濕類型核心內容路基濕度的來源大氣濕度及其對路基水溫狀況的影響路基干濕類型路基土的基質吸力與飽和度2021/10/10星期日29PPT課件1、路基濕度的來源1）路基水的來源路基水的來源示意圖2021/10/10星期日30PPT課件1、路基濕度的狀況1）路基水的來源原始土具有自然含水率，路基水的主要來源有：大氣降水；地面水；地下水；毛細上升水；水蒸汽凝結水；薄膜移動水……2021/10/10星期日31PPT課件2、大氣溫度及其對路基水溫狀況的影響1）路基水溫狀況及其變化路基水溫狀況是濕度與溫度變化對路基產生的共同影響;地下水與溫度共同作用造成路基濕度的變化，最典型的是路基凍脹與翻漿現象。凍脹丘Pingo熱融thaw路基凍脹2021/10/10星期日32PPT課件2、大氣溫度及其對路基水溫狀況的影響溫度造成路基體的膨脹與收縮，甚至引起路基的凍脹；溫度造成水泥砼路面的溫度應力及條塊分割；溫度造成瀝青混凝土路面的塑性變形累積及低溫開裂。路面開裂2）路基水溫狀況變化相應的措施2021/10/10星期日33PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度1）采用基質吸力指標的原因JTGD30-2004采用平均稠度指標作為路基濕度評價指標，雖然綜合了土的塑性特性，包含了液限與塑限，也能反映土的軟硬程度。原因：對于塑性指數為零或接近于零的土組，土的平均稠度不能全面反映路基土的工作狀態。JTGD30-2015用路基工作區和地下水位確定濕度。2021/10/10星期日34PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度路基濕度設計狀態路基濕度平衡濕度狀況竣工2~3年路基實際的設計狀態→平衡濕度狀況，與回彈模量室內試驗條件不完全一致,因此：路基濕度設計狀態回彈模量室內試驗條件濕度（標準狀態）平衡濕度狀態下的路基回彈模量=

標準條件下的模量×濕度調整系數(TMI)1）采用基質吸力指標的原因2021/10/10星期日35PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度2)重力含水率(w)、體積含水率(θw)和飽和度(S)Gs和ρd一定時，三者均能有效表征路基濕度狀況。濕度變化導致土體體積變化，w不變而S和θw發生變化，S和θw表征路基濕度實際情況，故均可采用，因S直觀，采用飽和度S作為路基濕度的評價指標。三者關系式2021/10/10星期日36PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度3）土的基質吸力飽和土的孔隙中不但充填有水，而且還有空氣，水—氣分界面（收縮膜）具有表面張力，在非飽和土中，孔隙氣壓力ua與孔隙水壓力uw不相等，并且孔隙氣壓力大于孔隙水壓力?；|吸力為孔隙氣壓力ua與孔隙水壓力uw之差?；|吸力通常是描述非飽和土的力學性質的重要參數，水土特征曲線即基質吸力與土壤含水率的關系的曲線是描述基質吸力的重要指標。2021/10/10星期日37PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度基于非飽和土力學中土－水特性曲線理論預估路基濕度4）土的基質吸力與飽和度之間關系如何確定基質吸力？2021/10/10星期日38PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度

◆5）基質吸力影響因素路基相對高度大于1~2m時，路基土基質吸力主要與氣候指標相關，包括平均相對濕度、降雨天數和濕度指數TMI。2021/10/10星期日39PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度—建立TMI-wPI基質吸力hm(kPa)預估曲線和預估模型—參數標定地下水位控制的基質吸力預估模型氣候因素控制的基質吸力預估模型◆6）基質吸力計算方法2021/10/10星期日40PPT課件3、路基土的基質吸力與飽和度基質吸力預估模型回歸參數（α、β、γ、δ）與wPI有關wPIαβγδ00.300419.07133.4515.00.50.300521.50137.3016.050.300663.50142.5017.5100.300801.00147.6025.0200.300975.00152.5032.0500.3001171.20157.5027.8節尾2021/10/10星期日41PPT課件2.路基工作區4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法

路基工作區示意圖2021/10/10星期日42PPT課件路基的平衡濕度狀況路基平衡濕度狀況分為三種：

干燥、中濕、潮濕路基平衡濕度狀況確定方法潮濕類路基的路基工作區均處于地下水毛細潤濕影響范圍內，路基平衡濕度由地下水或地表長期積水的水位升降所控制。中濕類路基的路基工作區濕度兼受地下水和氣候因素影響，即地下水位較高，路基工作區被地下水毛細潤濕面分為上、下兩部分，下部受地下水毛細潤濕的影響，上部則受氣候因素影響。干燥類路基的路基工作區處于地下水毛細潤濕面之上，路基平衡濕度完全由氣候因素所控制。4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法

路基設計時依據毛細水上升高度（h0）、路基工作區相互關系確定濕度狀況類型。2021/10/10星期日43PPT課件路基干濕類型判別步驟：1）調查地下水位高程，確定地下水位到地面的距離hw；2）確定毛細水的上升高度h0；3）計算確定路基工作區深度Za；4）判別毛細濕潤面在路基工作區的位置（高,低,內部）?！毸仙叨扔珊Ｉ筋A估h0——毛細水上升高度（m）；e——土的空隙比；d10——土的有效粒徑；C——系數，一般取1×10-5～5×10-5（m2）。

毛細水上升高度，可采用推薦值，也可采用調查值。4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法2021/10/10星期日44PPT課件5、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法毛細水上升高度-潮濕類濕度推薦表0.62～0.9510.18～18.686～8.26粘土0.74～0.9911.17～18.923～3.36粉土0.90～1.0012.99～14.350.8~1.2粘土質砂0.81～0.9512.81～15.000.8~0.9砂飽和度Sr含水量ω（％）毛細水上升最大高度h0（m）土質類型潮濕類濕度推薦表2021/10/10星期日45PPT課件4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法路基平衡濕度時的飽和度潮濕類路基直接根據地下水位高度確定2021/10/10星期日46PPT課件4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法路基平衡濕度時的飽和度干燥類路基根據TMI確定-由區劃確定TMI2021/10/10星期日47PPT課件4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法路基平衡濕度時的飽和度干燥類路基根據TMI確定-由TMI確定飽和度2021/10/10星期日48PPT課件4、路基平衡濕度狀況和路基平衡濕度預估方法路基平衡濕度時的飽和度中濕類路基-由干燥和潮濕分別確定再加權先確定路基工作區上部和下部分別確定其平衡濕度再以厚度加權平均計算路基的平衡濕度。1）地下水毛細潤濕面以上的路基工作區上部，按路基土組類別和TMI值確定其平衡濕度；2）地下水毛細潤濕面以下的路基工作區下部，則按路基土組類別和距地下水位的距離確定其平衡濕度。

節尾2021/10/10星期日49PPT課件第四節

路基的抗變形能力及材料參數核心內容路基的抗變形能力參數路基材料參數試件荷載傳感器活塞桿球座鋼球外置LVDTLVDT托架活塞套管三軸室系桿試件底座O形環試件頂蓋多孔透水石真空引管重復荷載加載器多孔透水石橡皮膜2021/10/10星期日50PPT課件一、路基的抗變形能力參數（1）路基回彈模量resilientmodulusofsubgrade回彈模量能較好地反映路基所具有的部分彈性性質，可以用回彈模量表示路基在瞬時荷載作用下的可恢復變形性質。我國公路水泥混凝土路面、瀝青路面設計方法都以回彈模量E作為路基的剛度指標2021/10/10星期日51PPT課件一、路基的抗變形能力參數（1）路基回彈模量測定時宜采用逐級加載——卸載法（直徑30.0cm的板）。每一級荷載經過加載和卸載，取得穩定的回彈彎沉之后，再加下一級荷載，如此施加n級荷載后，即可點繪出荷載-彎沉曲線。在多數情況下，試驗曲線呈非線性。在確定模量時，可以根據路基實際受的壓力范圍或可能產生的彎沉范圍在曲線上取值。路面設計中，按1mm線性歸納法來確定路基的回彈模量。路基回彈模量計算算例2021/10/10星期日52PPT課件一、路基的抗變形能力參數（2）路基土動態回彈模量標準試驗方法路基土動態回彈模量是施加于試件的重復應力峰值與試件相應方向回彈應變峰值之比。動態加載10Hz對最大粒徑大于19mm的路基土與粒料，應篩除大于26.5mm的顆粒，采用振動或沖擊壓實成型，試件尺寸應符合直徑150mm±2mm，高300mm±2mm的要求。對最大粒徑不超過9.5mm，且0.075mm號篩通過百分率小于10%的路基土，應采用振動壓實成型，試件尺寸應符合直徑100mm±2mm，高200mm±2mm的要求。對最大粒徑不超過9.5mm，且0.075mm號篩通過百分率不小于10%的路基土，應采用沖擊或靜壓壓實成型，試件尺寸應符合直徑100mm±2mm，高200mm±2mm的要求。

2021/10/10星期日53PPT課件一、路基的抗變形能力參數（2）路基土動態回彈模量標準試驗方法應力幅值確定應變幅值確定動態回彈模量試件荷載傳感器活塞桿球座鋼球外置LVDTLVDT托架活塞套管三軸室系桿試件底座O形環試件頂蓋多孔透水石真空引管重復荷載加載器多孔透水石橡皮膜2021/10/10星期日54PPT課件一、路基的抗變形能力參數（3）路基反應模量ModulusofSubgradeReaction文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程師文克勒(Winkler)1876年提出的，其基本假定是地基上任一點的彎沉僅與作用于該點壓力p成正比，而與相鄰點處壓力無關。直徑76cm的剛性板測定。當路基較軟弱時，

取l=0.127cm時相對應的壓力p計算路基

反應模量；當路基較為堅硬時，取單位壓

力p=0.07MPa時相對應的彎沉值l計算

路基反應模量。

2021/10/10星期日55PPT課件一、路基的抗變形能力參數（4）加州承載比CBR(CaliforniaBearingRatio)加州承載比CBR是美國加利福尼亞州提出的一種評定基層材料承載能力的試驗方法。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用標準碎石的承載能力為標準，以相對值的百分數表示CBR值。2021/10/10星期日56PPT課件一、路基的抗變形能力參數（4）加州承載比-常用路基土的CBR值

2021/10/10星期日57PPT課件一、路基的抗變形能力參數（5）加州承載比-路基土的CBR要求值（大于等于）2021/10/10星期日58PPT課件資料來源關系式附注殼牌石油公司為動彈性模量為靜彈性模量英國TRRL為動彈性模量美國地瀝青協會法AI為動彈性模量二、路基材料參數（1）路基的設計參數的確定我國在測定路基回彈模量時，常采用直徑30.0cm的剛性承載板用加載－卸載的試驗方法。試驗通常在不利時期進行，并取有84.1％概率的回彈模量值作為路基回彈模量的計算值。規范給出我國路基回彈模量設計參數選用建議值。路基回彈模量與CBR的關系一直是世界各國在路基土研究中比較關心的內容。根據試驗給出了國內外部分路基回彈模量與CBR的關系，設計是可以根據實際參考選用。可以參考！2021/10/10星期日59PPT課件二、路基材料參數（2）路基回彈模量設計參數E0的取值新建公路新建公路路基回彈模量設計值E0可由標準狀態下的路基回彈模量MR通過濕度調整系數和模量折減系數確定。10Hz2021/10/10星期日60PPT課件二、路基材料參數（3）標準狀態下路基回彈模量設計參數MR的取值標準狀態下路基回彈模量值MR應綜合考慮公路等級和設計階段，根據路床深度范圍內路基土（或粒料）的回彈模量，按下列方法確定：路基土及粒料的回彈模量應根據路基結構應力水平，采用重復加載三軸壓縮試驗方法（10Hz），通過試驗獲得。當受試驗條件限制時，可按土組類別或粒料類型由表2-16和表2-17查取回彈模量參考值。初步設計階段，也可由路基土或粒料的CBR（%）值估算標準狀態下路基土或粒料的回彈模量值：2021/10/10星期日61PPT課件二、路基材料參數（3）標準狀態下路基回彈模量設計參數MR的取值新建公路-表2-172021/10/10星期日62PPT課件二、路基材料參數（3）標準狀態下路基回彈模量設計參數MR的取值新建公路-表2-18Ks的確定新建公路路基可根據路基相對高度、路基土組類別及毛細水上升高度，確定路基干濕類型，預估路基結構平衡濕度潮濕類-Ks可參照表2-19查取；干燥類-Ks可參照表2-20查??；中濕類-Ks以路基工作區上、下部的厚度加權得到2021/10/10星期日63PPT課件二、路基材料參數（3）標準狀態下路基回彈模量設計參數MR的取值2021/10/10星期日64PPT課件二、路基材料參數（4）路堤填土的強度參數的c，φ值實驗要求

①路基填土的強度參數c，φ值，可采用直剪快剪或三軸不排水剪試驗獲得。不同工況下試樣制備要求見表2-17。當路基填料為粗粒土或填石料時，應采用大型三軸試驗儀或大型直剪試驗儀進行試驗。②地基土的強度參數c，φ值，宜采用直剪固結快剪或三軸固結不排水剪試驗獲得。③分析高路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動的穩定性時，應結合場地條件，選擇控制性層面的土層試驗獲得強度參數c，φ值?？刹捎弥奔艨旒艋蛉S不固結不排水剪試驗。當存在地下水影響時，應采用飽水試件進行試驗。三軸不排水

示意圖三軸固結

不排水

示意圖2021/10/10星期日65PPT課件二、路基材料參數（5）路堤填土的強度參數的c，φ值試樣要求2021/10/10星期日66PPT課件二、路基材料參數（6）巖體邊坡的強度參數的c，φ建議值