歐陽衛(wèi)鋒 王業(yè)駒 王志鑫

（1.新疆交通科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830000;2.廣州博廈建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510623）

一、引言

回彈模量是路基設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，靜態(tài)回彈模量操作方便，應(yīng)用范圍較廣泛。但在車輛反復(fù)動(dòng)力荷載的作用下，路基土的回彈模量在不同應(yīng)力狀態(tài)和外界環(huán)境作用下有較大差異。

本文以湖南永州地區(qū)的紅黏土為研究對(duì)象，紅黏土的基本物理力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1 路基土的性質(zhì)參數(shù)

關(guān)于紅黏土路基的回彈模量研究主要存在以下問題：

采用室內(nèi)小承載板法測(cè)定的靜態(tài)回彈模量沒有考慮不同級(jí)位側(cè)向壓力的作用，測(cè)定的力學(xué)特性與路基土現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)力狀態(tài)不一致；現(xiàn)場(chǎng)承載板法工序繁雜，較少采用。

紅黏土路基對(duì)應(yīng)力狀態(tài)有依賴性，不同的圍壓、偏應(yīng)力等指標(biāo)均會(huì)影響路基土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。用承載板法測(cè)定靜態(tài)回彈模量時(shí)，圍壓是恒定不變的。

二、試驗(yàn)

通過承載比試驗(yàn)測(cè)定的CBR值可推算出路基土材料的模量值；通過小承載板法可直接測(cè)得土的靜態(tài)回彈模量；通過重復(fù)加載三軸試驗(yàn)，可對(duì)試件施加不同的圍壓和偏應(yīng)力，測(cè)得動(dòng)態(tài)回彈模量。

經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)，不同應(yīng)力狀態(tài)下材料的回彈模量值有較大浮動(dòng)。針對(duì)同一種路基土填料，采用不同的回彈模量測(cè)試方法對(duì)比不同試驗(yàn)方法得到的回彈模量值，有助于進(jìn)一步分析路基土材料的應(yīng)力-應(yīng)變特性。

鑒于此，本文采用傳統(tǒng)方法測(cè)定材料的靜態(tài)回彈模量，采用重復(fù)加載三軸試驗(yàn)的方法測(cè)定路基土的動(dòng)態(tài)回彈模量，并分析了不同試驗(yàn)方法下試驗(yàn)結(jié)果的差異性。

（一）靜態(tài)回彈模量試驗(yàn)

通過基本的物理力學(xué)性能試驗(yàn)，得出路基土材料的最佳含水率和最大干密度，進(jìn)而測(cè)定最佳含水率狀態(tài)下路基土的加州承載比。CBR值與回彈模量具有相關(guān)性，通過CBR值可推算出路基土的靜態(tài)回彈模量值。

本文采用承載板法測(cè)定了最佳含水率和93%壓實(shí)度條件下的靜態(tài)回彈模量值。

1.CBR試驗(yàn)

加州承載比是一個(gè)表示路基及路面材料強(qiáng)度的指標(biāo)，能夠表征材料局部抵抗塑性變形的能力。以達(dá)到某一變形水平時(shí)路基土材料所能承受的力與標(biāo)準(zhǔn)碎石所能承受的力的比值來表示。本文測(cè)定的最佳含水率條件下的路基土CBR值的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 最佳含水率條件下土的CBR試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)測(cè)得最佳含水率條件下紅黏土路基的CBR值為13.96%，通過《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D30-2015中規(guī)定的CBR值與回彈模量的關(guān)系得到回彈模量為94.2MPa。

2.靜態(tài)回彈模量試驗(yàn)

室內(nèi)靜態(tài)回彈模量的測(cè)試方法有承載板法和強(qiáng)度儀法。本文中采用承載板法測(cè)試紅黏土路基靜態(tài)回彈模量，紅黏土路基靜態(tài)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 紅黏土路基靜態(tài)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

采用承載板法測(cè)得紅黏土路基單位壓力下的回彈變形量，計(jì)算得出三組平行試件的回彈模量分別為102.9MPa、102.1MPa和108.2MPa，平均值為104.4MPa。

（二）重復(fù)加載三軸試驗(yàn)

本文采用動(dòng)三軸儀進(jìn)行重復(fù)加載三軸試驗(yàn)，試件尺寸為Φ100mm×200mm的圓柱形試件，成型方法為靜壓成型。三軸試驗(yàn)加載波形為半正弦波，加載頻率為1HZ，加載時(shí)間為0.2s，間歇時(shí)間為0.8s，作用次數(shù)為150次，預(yù)載次數(shù)為1500次。

本文擬定采用的圍壓為10kPa、20kPa、30kPa、40kPa；偏應(yīng)力為10kPa、20kPa、30kPa、40kPa。體應(yīng)力為3倍圍壓和偏應(yīng)力之和，偏應(yīng)力的范圍為40kPa～160kPa，試驗(yàn)所取的應(yīng)力范圍基本涵蓋了紅黏土路基的應(yīng)力狀態(tài)。

在計(jì)算回彈模量時(shí)，應(yīng)測(cè)定在93%壓實(shí)度和最佳含水率時(shí)，不同應(yīng)力狀態(tài)下的回彈模量值，并在各應(yīng)力級(jí)位下分別加載150次，取最后5次回彈模量的平均值作為該應(yīng)力級(jí)位下的回彈模量。在93%的壓實(shí)度，23%的含水率時(shí)，不同應(yīng)力狀態(tài)下的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同應(yīng)力狀態(tài)下路基土動(dòng)態(tài)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，動(dòng)三軸試驗(yàn)的動(dòng)模量結(jié)果分布范圍為98.08MPa～163.36MPa，浮動(dòng)值為65.28MPa，應(yīng)力狀態(tài)對(duì)回彈模量有較大影響。在圍壓為20kPa，偏應(yīng)力為40kPa時(shí)的動(dòng)回彈模量為106.78MPa；在圍壓為10kPa，偏應(yīng)力為20kPa時(shí)的動(dòng)回彈模量為100.9MPa。

承載板法測(cè)得的靜態(tài)回彈模量平均值為104.4MPa，與動(dòng)三軸在圍壓為20kPa，偏應(yīng)力為40kPa時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果相比相對(duì)較小，可以反映出在較不利的應(yīng)力狀態(tài)下路基土的回彈模量，即圍壓較小偏應(yīng)力較大時(shí)的情況。

三、結(jié)論

本文采用不同的試驗(yàn)方法得到了不同的回彈模量值，對(duì)比總結(jié)如下：

通過承載比試驗(yàn)測(cè)得最佳含水率條件下紅黏土路基的CBR值為13.96%，出回彈模量為94.2MPa;通過室內(nèi)承載板法測(cè)得最佳含水率和93%壓實(shí)度下的紅黏土靜態(tài)回彈模量為104.4MPa；通過模量的動(dòng)三軸試驗(yàn)可知，在不同壓實(shí)度和含水率條件下，動(dòng)態(tài)回彈模量有較大的浮動(dòng)范圍，模量在84MPa～173MPa之間變化。

不同應(yīng)力狀態(tài)下路基土回彈模量的浮動(dòng)值為65.28 MPa，以室內(nèi)測(cè)得的某種特定條件下的回彈模量對(duì)路基進(jìn)行設(shè)計(jì)，不具備代表性?？紤]到應(yīng)力狀態(tài)的動(dòng)態(tài)回彈會(huì)有較大浮動(dòng)，有必要對(duì)回彈模量準(zhǔn)確預(yù)估，并給出動(dòng)模量參考值。

承載板法測(cè)得的靜態(tài)回彈模量平均值為104.4MPa，與動(dòng)三軸在圍壓為20kPa，偏應(yīng)力為40kPa時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果基本相當(dāng)。

由CBR值計(jì)算得出的回填模量值和承載板法測(cè)得的回填模量值相對(duì)較小，可以反映出在較不利的應(yīng)力狀態(tài)下路基土的回彈模量，即圍壓較小偏應(yīng)力較大時(shí)的情況，用于工程相對(duì)保守。