1、第二章路基基本性质第二章路基基本性质授课内容 1公路自然区划 2路基土的工程分类 3路基土的应力应变关系 4路基承载力 5路床设计 1公路自然区划自然区划分类 自然地理区划：综合自然区划、部门区划专业自然区划：农业、建筑、生态、公路区划目的我国幅员辽阔，各地自然条件和道路的工程性质差异很大。区分不同地理区划自然条件对公路工程影响的差异性，便于道路工作者在路基路面 结构类型选择以及设计、施工养护中采取合适的设计参数和技术措施，保证 路基路面的强度和稳定性。根据水、土、温度因素（相似性），在一定区域内，定性地确定公路工程的特 点（即土基回弹模量，由干湿类型和土性质决定）。区划原则以自然气候的综合性
2、和主要性相结合为原则1、公路工程特征相似的原则：在同一区划内，在同样的自然因素下筑路具有相似性。2、地表气候区划差异性的原则：地表气候是地带性差异和非地带性差异的综合结果。3、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则：自然气候变化是各种因素综合作用的结果，但其中又有某种因素 起主导作用。公路自然区划划分（1）二级区划：潮湿系数k（2）三级区划：1、水热、地理和地面；2 、地表地貌、水文和土质各自然区划的筑路特点I区-北部多年冻土区：道路设计原则-保温U区-东部湿润季冻区：路面结构要突出-防冻胀与翻浆川区-黄土高原干湿过渡区：筑路主要问题是黄土的冲蚀与遇水湿陷W区-东南湿热区：筑路主要问题是水毁、
3、冲刷和滑坡V区-西南潮暖区：土基湿软，注意路基整体稳定性切区-西北干旱区：气候干燥，砂石搓泥、松散，沙漠地区风蚀和沙埋 叫区-青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，沥青路面易老化 评价(1)侧重于为低等级道路服务，病害主要考虑冻胀与翻浆。目前高等级公路的冻胀与翻浆已经不是主要的病害(2)影响因素仅是水、热，没有考虑地貌、地质等。(3)不能很好地为公路服务，服务范围不明确目前有用的仅是土基模量、最小路基高度、稠度参照该区划； 2路基土的工程分类 分类的基本原则(1)应选用对土的工程性质、最能反映土的基本属性 和便于测定的指标作为分类依据(2)要有一定的逻辑性(3)应能反映土在不同工作条件下的特性
4、 土的工程分类标准(GB-T 50145-2007)分类体系(1)划分指标：土的颗粒组成及其特征 土的塑性指标：液限、塑限和塑性指数 土中有机质含量(2)粒组定义：工程上常把大小相近的土粒合并为组 粒组划分：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土200 60 20 S 2 0 5 Q.25 WS 0-002(fnm)“ 1 1 i _1 :粗粒组- 1 - -揺粒SB涯石弗石砂粉粒(块石)1密|中醐E | 中 fll图粒组划分(3)颗粒级配特征：不均匀系数Cu和曲率系数Ccd i、d30和d6是指土的特征粒径，分别是指小于该粒径的土粒质量为土总质量的10% 30呀口 60%(4)划分方法：按不同粒组的
5、相对含量划分：巨粒类土、粗粒类土和细粒类土巨粒类土：按粒组划分粗粒类土：按粒组、级配、细粒土含量划分细粒类土：按塑性图、所含粗粒类别及有机质含量划分(5)卡萨格兰德塑性图(Cassagrande plasticity chart )液限Wl(%)图中的液限呵 为川碟式仪测定的蔽眼含水率或用质桶76皿角为：”的 液限仪锥尖人土棵度17mm对应的奔水率。土的分类巨粒类土15%50%巨粒含童奇75%耐H 療石霑a卵石含卵石d 廉石割t峯卵石含量混舎土農石覘 石含1H合土罪石Cb创 禅石含量吨鼻石含at石齬土SIB 漂石含卵石卸t聊石混合SiCb 9W含話卵石含養离港限苗土 CH25%z(m(他-30
6、网 2?希土4枷-20减Iy4低港磴鮎土 （X心50%OKmlyL50% 腐土咸粉上CL-MLMIXIL冇机肮上有机质含痂10%50%有机上 疽机质含 含彌也上碗爼書童A砂頼组含量CHG1GlJGTMHGTMir_含砂删t七含俱雎土砾救组含量耳砂粒坦含.CHSCLSJUfiJLS土的工程性状评价（1） 巨粒土良好（强度、稳定性好）（2） 粗粒土良好（3） 砂土强度、稳定性好，压实困难；（4） 砂性土强度、稳定性好，压实容易；（5） 粉性土粘性小，毛细作用强，水稳定性差，易产生冻胀和翻浆;（6） 粘性土粘性大，水稳定性优于粉土，毛细作用强；(7)重粘土不透水，粘聚力大，干燥时很坚硬，不易施工 3
7、路基土的应力应变关系 路基受力状态静载：路基自重 - -活载：汽车轮重 a、集中荷载：鲍辛尼斯公式r 2 &P 2 pdF u- rd8-dr九=K =K- =-. b、均布荷载： 9 : 02n , r : 0R（p为均布荷载，R乍用半径）=pQ_ MF路基工作区117 )(7o iniU ，路基工作区a、 汽车荷载大小不同，乙不同b、 乙随路面强度增大而递减C、当路基工作区乙大于路基填土高度时路基工作区-汽车荷我应力与路基土自吏应力之比 大于CL1 ( -0.2 ) E勺深度范围-AASHTO ( 1993 ) : 1.5m-实测:102.3m (取应力比0.15 )-40种典型沥青詰而结
8、构取95%寒计 频率的数值计算结果杀円購定标A对应的略基工柞隊探底(mJtr/ -0 Ch-.r-厂迅巳._.=洸.-裁路床-路床厚度二路基结构(Subgrade )号度二路基工作区深岌-与路面协调设计的核心结构层-决是了路基的设计指标和参数-路床厚度-轻、中等及重交通:0.8m-特匪极車交涌:L2m-特种轴载公路：单独讣算3.2.1路床厚度应根据交通量及其轴载组成确定。对特种轴载的公路,应里 独计算路基工作区深度，确定路床厚度应力应变关系CF = / (7)e非线性弹塑性、流变特性流变性由于车辆荷载作用短，一般不考虑 弹塑性在计算路基的永久变形时考虑 非线性的考虑方法一局部线性化方法1初始切
9、线模量2切线模量3割线模量4回弹模量非线性的考虑方法一将回弹模量表示成应力或应变的函数如砂性土回弹模量:Ef=Ki 0K2式中：E f土基回弹模量；0 全应力，即 0 = C l+ C 2+ G 3K 1, K 2回归常数。圈卜代网諒橙俺与庇力的扶岳榆线）砂性土tttLt重复荷载对路基土的影响 塑性变形累积每次荷载作用之后，回弹变形一即时消失塑性变形不能消失，残留在土基之中重复荷载对路基土的影响 两种状态土体逐渐被压密，每次塑性变形量逐渐减小，直至最后稳定。这种不会导致 土体产生剪切破坏 每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土体整体 破坏的剪裂面，最后达到破坏。重复荷载对
10、路基土的影响何种状态，取决于：土的性质（类型）和状态（含水率、密实度、结构状态）重复荷载大小：重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比 荷载作用性质：重复荷载施加速度、作用持续时间及频率 土侧向应力大小 4路基承载力路基作为路面基础，它是抵抗车轮荷载能力的大小，主要取决于路基顶面一 定应力级位下的抗变形能力。用于表征土基承载力的参数有：回弹模量地基反应模量加州承载比 土基回弹模量优点：反映土基瞬时荷载作用下的可恢复变形。因而可以用弹性理论 公式描述荷载与变形之间的关系。测定方法：（1）柔性承载板法M）二厶土基与压板之间接触应力压板中心处挠度压板边缘处挠度pgh)如（2）刚性承载板法 板底接触应力
11、随r呈鞍形分布I = 2pa（l-A2） y?（r）二丄 皿E 4 2如一严2逐级加载法，每级增加0.04MPa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1m时，贝M亭止加载。点绘荷载-弯沉曲线。地基反应模量定义与特点适用于温克勒(E.Winkler )地基。假定土基顶面任一点的弯沉仅同作用于该点的垂直压力成正比，而同其相邻 点处的压力无关。即地基可以认为由许多各不相连的弹簧组成。一般刚性路面下路基采用Winkler地基。测定方法 与承载板法测回弹模量相似，区别：(1) 一次加荷到位；(2)承载板的半径为76cm两种加载方法：(1)当地基较软弱时，控制弯沉值为1.27m
12、m通常情况下砼路面的弯沉不会超 出这一范围(2)当地基较硬时，弯沉值难以达到1.27mm控制单位压力为70KPa 影响因素承载板直径的大小对k值有一定影响，直径越小，k值越大。当承载板大于76cm k值变化很小，故规定直径以76cm勺承载板为标准。6匸加州承载比定义与特点由美国California提出的一种评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石 为标准，以它们的相对比值表示CB值。测定方法CB值有室内测试与现场测试直径152.4mm高114.3mn土样顶面，用直径49.5mnt勺刚性压头，以1.27mm/min 的速度压入土中，记录
13、每贯入2.54mm寸的单位压力，直至压入深度达到 12.7mrr时为止。计算CBR通常取贯入度0.254cm,但是当贯入度为0.254cm时的CBRb于0.508 贯入度时的CBR6时，应取后者。m之.工4 CBR试验話IT室内试验：a 、按路基施工时的含水量及压实度要求再试筒内制备b 、加载前再水中浸泡4dc 、为了模拟路面结构对土基的附加压力，在浸水过程和压入试验时，在试件 顶面施加环形砝码，其重量应根据预计的路面结构重量来确定。野外试验：基本上与室内试验相同，但其压入实验直接在土基顶面进行 野外实验与室内试验结果不一致原因：含水量不一样，所以，对野外实验结 果必须加以修正，换算成饱水状态
14、的CBR 5路床设计 与力学经验法相适应的路基设计指标票用性能力学方石至力学经瞪去的本质路基设计指标-路基（广义）抗剪强度：稳定性控制-路基动态回弹摸屋胶虑：弹性娈形控制-路基顶面竖向压应变.:塑性变形控制设计意图的实现 _-三轴重复加载试验确定标准状态下的路基回弹模量r井经湿度调整 -垠于安宦翌论控制路垠应力或应变水平r进而控制路基永久变形 -旋工：皿住控制材料；藍实现路皋接近标准压实状态路基顶面（即路床顶面）的回弹模量一一路面结构分析与设计中表征路基结构的指 标CBR填料选择指标，表征材料的水稳定性和抵抗局部压入变形能力的指标 压实度 施工控制指标CB!和压实度均非路基结构设计指标（或参数
15、） 路基回弹模量的设计值必须通过填料的合理选择和压实度的有效控制得以实现。322路床壇料应均匀，其最小承载比应符合表322的规定表3.2.2路床填料最小承载比要求路基部位路而底面 以卜深度(tn)填料址小承载比(CBR) (%)高速、一级公路级公路二、四级公路上路床0-0.3865下用床轻.中等及亟交通0. 3-0. 8543特匝、圾垂交通0. 3-1.234- ”最小强度改为最小承裁比”-路床顶面竖向压应变特征p = ci +bls. NCBR测试方法对干旱半干旱地区的局限性：年平均降雨量小于400mm地区，路 辜样水良好的非浸水路基,通过试验论证可采用平衡湿麼状态的含水率作为CBR 试验条
16、件cp(N)Tseng-Lyrron Model =Chai Miura Model 巧=。(鱼孑(1 + 鱼孑 屮-沥青路面：H于安定理论.分层控制车辙-水泥路面:不作控制,但对柔性墓层伙泥路面必须注窟！路基永久变形引起的水泥路面疲劳寿命折减(幻埒基 I. (MPa)30400柔性基层30%21%16%半刚性基层16%6%6% 3.2, 5新建公路路基回弹槿童设计值E曲按式(3.2 5-1)确定Eq =K&*K亍血 (3.25-1)式中：Eq 平衡湿度状态下腔基回弾樟量iSi+E (MPa);坏 标准状态下路基动恵回弹樓量值(MP);瓦踣基回弹楼盘湿度调整系数；g 干湿皓坏就东融循坏条件下路
17、墓土輕拆减系数.通过试验确定.-对于多层不同类型土质路墓，采用参层弹性层状地華理论r按照穹沉效的原则，将多 展孑議皓化成当单层*訥后”再计算路珠基顶面当量回弹*11.路基平衡湿度是指公路建成通车后，路基在地下水、降雨、蒸发、冻结和融化等因 素作用下，湿度达到相对稳定的平衡状态3.2,6标准状志卜监基回理樟量值应按卜列厅林矩:1路基壇料的回弹樟遗应狡附录A通过试验荻得。2受试验条件限制时可抜附录B ,按土组类别及粒料类型由表盯、B.2査取回 弹樟量参考值。3初步设计阶段也可1$式(326J . ( 3.2 6-2 )由埴料的CBRfflte算标准 状态下填料回弾幄量值：17.6C5A0W (2C
18、BR12 ) ( 3,2.6 1)Mr=22ACBR5 (12 CBR3Q) 32 6-2 )-思路：分层况分阶按的确定方法-CBRfea決同NCHRP1-37A重复加载三轴试验确定路基土动态回弹模量(附录 A)路基土动态回弹模量取值表（附录 B）哀A1标堆状态下路基土回弾模參者H1;纠W 汁! MPa?蒔（G1L0-135岂细粒上砾GF）100-)30恂 1IUMJ10CK125:- !.-.V- - GO95-120& s)95 d25含細粒土砂（SF）80-115粉上颅砂（SM）fiS-W斟 kjit* SC60-P0怅浹限粉+【磧50-90低液限黏t （CL）50-85厨液限粉 .MH
19、J34冗iJ： 720-50粒料类型取值范M （MPa）级配碎石180-400水师分碎石180220级配砾石150-300天然砂碑100-140B-2标准状态下粒科旦弾按呈参老值-基本原理预加載：30k巾围压、66kPaS由向半正矢脉;中荷 栽1000次按目标应力值力哦10Hz r 100次,取最后5次-试鲨中试件总垂总永久变形5%停止试鲨对班和砂.D60 （通过率.160%时的颗粒粒径）大时取高值D60小时取低值口 对冥他含细较旳土组r小十0,075口山軸粒含量大和塑性指数高时腳比值，陛之（ 取高值.-同号茶件下,轻、中等及更交通荷載时取较小值恃重、极重交通条件下孜较夫值-路皋土动态回弹模呈
20、本构榄型巴 大乙広锂绝时堂谊當吐育100 (kPa);令体晁力第一应力茶童童F商三金主应力之和.即 占二5+巧亠巧r* 九面倬剪应力CkPaJ . h( I yik J % A f+呼-JB * 一：丘?(lFFs 萍Hl 严 7 DD 二IT葺彩捲R-y年的水径流量DFy-y年的缺水量PEy-y年的潜在蒸发量表G 0. 3-2务路基土组在不同TMI信旺的饱和痘(%)土殂i-50-30-1010305020-5025-5527-6030-5J2-67320尉匕瓯砂盟145-48626S73-SO80-S6S4-StJ$7-90希丄顾砂SC低液限粉土 ML4】765S-6475-7784*869
21、142低Kft -CT39-415-64776S6919；-94岛潢限粉.卜MH41-4261S76-79S5SSgg：924两浪隈扣mH知158-6985-748M29i-y594-97-对砂,D60大时(接近2mm )取低值* D6W卜时身近0,25mm取高他-粉土质砂、粘土质砂或细粒土的饱和席取值与细粒土含量不喳性垢数相关a 粒土含量亀建性指数大时取覘頁反NHX高值.-中湿类路皋収毛細润湿直（毛细水上升高度，将路基工作区分为上t卜两部分上部分畫按路基土组类别和I值确定Jt平衡湿度下部分：按路基土组类别和距地下水位的距离确定其平衡湿悄炸 珞基平衢湿度，丄*下部分湿度的厚度加权平均1ffii
22、rfl-E1墓惰氓力榕即r %X*q L声甲走f恫q r ： m、r、i1 XI星JftF水明x1r路基回弹模量湿度调整系数取值（附录 D-潮湿夹路据do. 1 潮萬类路基的回弾模/湿度调整聚救上喷类刑砂地检土喷砂粉质土劉质土路基匚柞区顶面0R0.90,5-0160 Z r0*41.0|路基T件帆底曲0-5A.0.4-0.50.4-0.6-砂：DE0大时取葛肩，D60/I甘t取彳氏偵*-细粒上陡砂:细粒含吐匕 塑性指数刖取低偵f反上凋整条数耿宜值亠粉風土和黏质土 ：路基高度彳勒寸取低值,反之取高值.-干燥真路基衣D 0. 7 干燥类浦墓的回彌冷星湿度调整蘇散土纽TM1厂0-101030501J0-1L14-L601.02-1.7T0.93- 1,730.86-J.690,8-1.61粉上质0SM郵土喷砂$C1 59A.651.101.260.530.9
