劉大鵬楊曉華++王婧

摘要：通過模型試驗(yàn)研究了低路堤在車輛荷載作用下的應(yīng)力和應(yīng)變，分析得出：應(yīng)力隨著深度的增加而非線性衰減，隨荷載的增加近似線性增加；路基范圍內(nèi)的應(yīng)變隨著深度的增加而減小，地基范圍內(nèi)的應(yīng)變也隨著深度的增加而減小?？紤]了3種不同的地基狀態(tài)，得出結(jié)論：地基含水率越大，車輛荷載作用下低路堤各深度處的應(yīng)力越??；路基范圍內(nèi)各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)變?cè)叫。鼗秶鷥?nèi)各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)變?cè)酱蟆?/p>

關(guān)鍵詞：低路堤；車輛荷載；模型試驗(yàn)；應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U416.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Modelbased Testing of Response of Low Embankment Under Vehicle Load

LIU Dapeng1，2， YANG Xiaohua1， WANG Jing2

（1. School of Highway， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China； 2. School of Construction

Management， Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the response of low embankment under vehicle load， modelbased testing was adopted， and the following conclusion was made： the stress of low embankment under vehicle load attenuates nonlinearly when going deeper， whereas it increases linearly following the increase of load； strain within the subgrade and the foundation diminishes when depth increases. Another conclusion was drawn， stating that the stress of low embankment under vehicle load is lower when water in the foundation is richer； strain within the subgrade drops， while it increases within the foundation.

Key words： low embankment； vehicle load； modelbased testing； stress

0引言

低路堤指的是填土高度小于路基工作區(qū)深度的路堤。由于其填筑高度小，所需的路基填料以及占用的土地均較少，可節(jié)約寶貴的土地資源，且易與自然景觀融為一體，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境影響小，是一種資源節(jié)約型和環(huán)境友好型路堤，是中國(guó)公路建設(shè)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于低路堤的一部分地基位于路基工作區(qū)范圍內(nèi)，加之人們對(duì)低路堤在車輛荷載作用下的工程特性缺乏了解，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)過程中所選取的參數(shù)不準(zhǔn)確，使路基易出現(xiàn)早期破壞現(xiàn)象，產(chǎn)生較大的沉降且引起路面開裂，降低了道路的服務(wù)水平。因此，為了更好地使低路堤得到推廣應(yīng)用，首先需要明確低路堤在車輛荷載作用下的響應(yīng)。

對(duì)于路基在車輛荷載作用下的響應(yīng)問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方面進(jìn)行了較多的研究[12]。湯連生等基于傳遞矩陣的方法建立交通荷載作用下路基土應(yīng)力分析模型，得到了路基土不同深度處動(dòng)靜應(yīng)力的變化規(guī)律，并探討了相關(guān)因素對(duì)動(dòng)靜應(yīng)力的影響[3]。牛璽榮等基于布辛奈斯克理論分別計(jì)算了不同應(yīng)力擴(kuò)散角時(shí)集中輪載和分布輪載作用下路基不同深度和基底的應(yīng)力[4]。盧正等采用Fourier變換技術(shù)，將路面看作3層體系，分別計(jì)算了不同工況時(shí)的路基動(dòng)應(yīng)力[5]。數(shù)值模擬方面，陳劍等采用有限元軟件建立了路基三維分析模型，計(jì)算了路基土在不同類型交通荷載作用下的響應(yīng)，得出了交通荷載對(duì)路基土的影響范圍[6]。劉大鵬等基于新疆綠洲荒漠地區(qū)的路面結(jié)構(gòu)，建立了三維模型，分析了不同條件下路基不同深度處的應(yīng)力，并計(jì)算了路基工作區(qū)的深度[7]。鄒靜蓉等采用3種不同的路基材料，進(jìn)行了室內(nèi)大比例尺模型試驗(yàn)，分析了不同加載大小、加載次數(shù)和加載頻率時(shí)，動(dòng)應(yīng)力、應(yīng)變和累積塑性變形的變化規(guī)律[8]。王晅等測(cè)試了軸重不同和車速不同的重載交通在不同車道行駛時(shí)路基不同深度處的動(dòng)應(yīng)力[9]。石峰等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了重載交通荷載作用下季節(jié)性凍土地區(qū)路基不同深度處的動(dòng)應(yīng)力，并分析了軸重和車速對(duì)動(dòng)應(yīng)力的影響規(guī)律[10]。

對(duì)于低路堤在車輛荷載作用下的響應(yīng)問題，目前的研究還較少，本文通過1∶1模型，試驗(yàn)研究低路堤在車輛荷載作用下的應(yīng)力和應(yīng)變問題，分析地基濕度狀況對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的影響規(guī)律。

1試驗(yàn)

1.1模型尺寸

中國(guó)現(xiàn)行道路設(shè)計(jì)規(guī)范采用的標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ100，即雙輪組單軸軸重為100 kN，一側(cè)輪重為50 kN，輪距為1.8 m。考慮到模型造價(jià)和車輛荷載的傳遞情況，本次試驗(yàn)計(jì)算得到1個(gè)車輪荷載的擴(kuò)散范圍，依據(jù)該值并考慮富余量，按照1∶1的比例，設(shè)計(jì)了模型箱尺寸，具體尺寸為：長(zhǎng)3 m，寬15 m，高15 m。

在模型箱內(nèi)填筑地基和路基，厚度分別為70 cm和80 cm，基層厚度為40 cm，面層厚度為12 cm，基層和面層放置在模型箱的頂部。

1.2試驗(yàn)材料

面層采用AC16瀝青混凝土，基層采用水泥穩(wěn)定碎石，其中水泥含量為4%～6%。路基采用新疆綠洲荒漠地區(qū)的礫類土，地基采用西安黃土和風(fēng)積沙的混合料，風(fēng)積沙與黃土的質(zhì)量比為5∶1。