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1、 路基的力学强度表示 回弹模量 地基反应模量 CBR值 3土基的承载能力-荷载弯沉曲线 o 路基（或层状地基）顶面在局部荷载作用下的竖直变形（又称弯沉）特性，采用承载板试验测得的荷载弯沉关系确定一个单一的当量模量值。这个模量值相应于整个路基（或层状地基）内某种应力场的平均模量值。o 尽管柔性路面设计和刚性路面设计以不同的理论体系为基础，不同的设计方法有不同的假定前提，但是用于表征路基承载力的各种指标基本是相同的，都是采用土基在一定应力级位下的抗变形能力来表示o 用于表征土承载力的参数指标有回弹模量、地基反应模量和加州承载比（CBR）等。3.1 半无限体的荷载弯沉关系：借助布西奈斯克（Bouss
2、inesq）公式建立起理论公式：初始模量切线模量割线模量：回弹模量：应力卸除价段，应力应变曲线的割线或切线模量。1-3（P）0(c) 土的应力应变关系前1、2、3种模量取值时的应变值包括了残余应变和回弹应变在内的总应变，而回弹模量取值时的应变值是已扣除残余应变后的回弹应变。n在以弹性半空间地基模型表征土基的受力特性时，回弹模量是表示路基在瞬时荷载作用下具有的可恢复变形性质的量度。它应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。n在以弹性理论为基本体系的各种设计方法中，回弹模量得到应用。n为了模拟车轮印迹的作用,通常都以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。回弹模量的基本定义n有两种承载板可以用于测
3、定土基回弹模量，即柔性压板与刚性压板。用柔性压板测定回弹模量，土基与压板之间的接触压力为常量，而板下挠度不同。土基在圆形承载板下的压力与挠度分布曲线n用刚性承载板测定土基回弹模量，压板下土基顶面的挠度为等值，不随着坐标r而变化，但是板底接触压力则随r值的变化，成鞍形分布，如图（b）所示。其挠度r值与接触压力p值可分别按下两式计算。n ； n测得刚性板挠度之后，即可按上两式反算得到回弹模量E值。式中P为平均单位压力。 n在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为它的挠度易于测量，压力容易控制。试验时宜采用逐级加载卸载法，每级增加0.04Mpa，待卸载稳定1min 后读取回弹弯沉值，再加下一级荷载，回
4、弹变形值超过1mm时，则停止加载。如此，即可点绘出荷载一回弹弯沉曲线，如图图（E）所示。 n承载板直径的大小对测定结果也有影响，通常用车轮的轮印当量圆直径作为承载板的直径（目前采用承载板直径30cm）。但是对于刚性路面下的土基，有时采用较大直径承载板进行测定，因为荷载通过刚性路面板施加于地面表面的压力范围较柔性路面为大。n在多数情况下，试验曲线呈非线性。确定模量值时，可以根据实际可能出现的最大压应力级位，或可能出现的最大弯沉范围，在曲线上选取合适的量值按式进行计算。n （84年板）n (93与07年板)n式中： 、 分别为各级荷载的单位压力与相对应的回弹弯沉值，D 承载板直径。现场贝克曼梁测试
5、弯沉 现场承载板测路基模量 （g）土基在圆形承载板下的压力与挠度实测曲线 3.3 地基反应模量 n温克勒地基模型是捷克斯洛伐克工程师温克勒在1876年计算铁路钢轨地基承载力时提出的。其基本假定是地基上任一点的沉降 仅同作用于该点的压力强度 成正比，而与其相邻点所受的压力大小无关，压力强度 与沉降 之比称为地基反应模量。 n n根据上述假说，可以把地基看成无数彼此分割开的小土柱组成的体系，或者是一群互不相联的弹簧体系，这种地基又可称为稠密液体地基，地基反应模量K值相当于该液体的单位重。n用温克勒（E.Winkler）地基模型描述土基工作状态时，用地基反应模量K表征土基的承载力。根据温克勒地基假定
6、，土基顶面任一点的弯沉仅同作用于该点的垂直压力P成正比，而同其相邻点处的压力无关。符合这一假定的地基如同由许多各不相连的弹簧所组成（如图）。压力与弯沉之比称为地基反应模量K。即： KN/m3 n温克勒地基又称为稠密液体地基。地基反应模量K值相当于该液体的相对密度，路面板受到的地基反力相当于液体产生的浮力。o 温克勒假说，概念明确，在求解一些弹性地基板课题时，比较容易，便于工程使用，因此，被世界上大多数国家广泛采用。缺点：1)它低估了土的承载力。实际上地基在横向上是互相牵连互相制约的，一部分受力，相邻部位也受到影响，也发生沉陷 o 2)忽略了地基中的剪应力存在，使的地基的应力和变形囿于承载面下深
7、度方向而不能向外侧扩散。n地基反应模量K值用承载板试验确定。承载板的直径规定为76cm。测定方法与回弹模量测定方法相类似，但它是采取一次加载到位的方法。施加荷载的量值根据不同的工程对象，有两种方法供选用。当地基较为软弱时，用0.127cm的弯沉量控制承载板的荷载。因为，通常情况下混凝土面板的弯沉不会超出这一范围。假如地基较为坚实，弯沉值难以达到0.127cm时，则采用另一种控制方法，以单位压力P=70kpa控制承载板的荷载，这也是考虑到混凝土路面下土基承受的压力通常不会超过这一范围。n承载板直径的大小对K值有一定影响，直径越小，K值越大，但是由试验得到，当承载板直径大于76cm时，K值的变化很
8、小，如图（l）所示，因此规定以直径为76cm的承载板为标准。当采用直径为30cm的承载测定时，可按下式进行修正：K76=0.4K30n按上述方法确定的K值是一定荷载或沉降条件下的荷载应力与总弯沉之比，其中包含回弹弯沉和残余弯沉。如果只考虑回弹弯沉，则可以得到地基回弹反应模量KR。通常KR与总弯沉对应的地基反应模量K之间有如下关系：nKR=1.77K （l）地基反应模量K同承载板直径D的关系 76cm 3.4 加州承载比（CBR） n加州承载比CBR值（california bearing ratio ）是美国加利福尼亚州于1928至1929年间在进行沥青路面破坏情况调查时由波特尔（O.Jpor
9、ter）提出的一种评定土基及其它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CBR值。CBR值是被试验材料，按规定方法试验所得强度与标准材料强度的相对的比值。o 由于碎石材料强度既不受湿度影响，也与温度、龄期无关，故被作标准。为建立CBR设计法而开创的CBR试验法，作为土和粒料材料的相对强度的室内试验法，至今仍是室内试验的有效方法之一。o 试验时，用一个端部面积为19.35cm2的标准压头，以0.127cm/min的速度压入土中，记录每贯入0.254cm时的单位压力，直至压入深度达到1.27cm时为止。 室内CBR值实验
10、装置o 标准压力值是用高质量标准碎石由试验求得，其值如表1所示。 标准压力值Ps 表1 贯贯入度（cm）0.2540.5080.7621.0161.270标标准压压力（kpa）703010550133601617018230o CBR值按下式计算： o 式中：P对应于某一贯入度的土基单位压力，kPa； o Ps相应贯入度的标准压力（见上表），KPa。o 计算CBR值时，取贯入度为0.254cm的CBR值。但是，当贯入度为0.254cm时的CBR值小于贯入度为0.508cm时的CBR值时，应采用后者为准。o CBR试验设备有室内试验与室外试验两种。室内用CBR试验装置如图（m）所示。试件按路基施
11、工时的含水量及压实度要求在试筒内制备，并在加载前在水中饱水4天。为了模似路面结构对土基的附加压力，在浸水过程中及压入试验时，在试件顶面施加环形法码，其重量应根据预计的路面结构重量来确定。o CBR值野外试验方法基本上与室内试验相同，但其压入试验直接在土基顶面进行。有时，野外试验结果与室内试验结果不完全相同，这主要是由于土壤含水量不一样。室内试验时，试件处于饱水状态；野外试验时，土基处于施工时的湿度状态。所以对野外试验结果必须加以修正，换算成饱水状态的CBR值。 n表2所列为常用路基土的CBR值。 土类CBR（%）级配良好的砾石，砾石一砂混合料60-80级配差的砾石，砾石一砂混合料35-60均匀颗粒的砾石或砂质砾石粉质砾石，砾石一砂一粉土混合料40-80粉土质砾石，砾石一砂一粘土混合料；级配良好的砂；粉质砂，砂一粉土混合料20-40级配差的砂或砾石质砂15-25粘土质砂，石砂粘土混合料10-20粉土，砂质粉土，砾石质粉土；贫粘土，砂质粘土，砾石质粘土，粉质粘土5-15无机质粉土，贫有机质粘土，云母质粘土或硅藻土4-8有机质粘土，肥粘土，有机质粉土3-5
