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1、路基填料力学控制指标及其标准路基填料的主要力学控制指标包括抗剪强度、压缩模量、无侧限抗压强度和 CBR 值 等。研究表明，采用 CBR 值作为路基填料的力学控制指标是合理可行的。CBR试验是美国加利福尼亚州承载比试验的英文缩写，是1928年美国加州在进行沥青 路面破坏调查时，为比较材料的强度而提出的，此后，它作为评价路基土和路面材料强度 及稳定性的重要技术指标而列入美国公路建设规范，成为柔性路面设计的主要依据。美国 材料试验协会(ASTM)标准CBR标准试验方法(D193 93)指出，试验的目的是用于评估 公路基层、底基层及垫层材料(最大颗粒尺寸小于 19mm 的粘性材料)的潜在强度，它是柔
2、性路面设计方法的一个组成部分。日本在1970年也将其列入国家土质试验规程。我国 1995 年发布的交通行业建设标准公路路基施工技术规范(JTJ033 95 )和公路路基设计 规范(JTJ01395)中修订了 1986年版本的规定，明确将CBR值作为技术要求列入规范, 公路路基施工技术规范(JTJ03395 )和公路路基设计规范(JTJ01395 )则延用 了 95版规范的CBR值规定。在此之前，公路土工试验规程(JTJ051 93 )中则规定了 CBR试验的程序。公路路基设计规范(JTG D302004 )仍继续沿用此标准。1、路基填料力学控制指标研究从多种角度出发，对路基填料各种不同力学指标
3、进行比选，分析CBR值作为控制指标 的合理性和可行性。2、CBR试验内在机理分析通过理论和实践相结合的手段，根据CBR试验过程中土体的实际受力状况对CBR试验 的内在机理进行初步的分析，并对CBR值与土体抗剪强度、内摩擦力和粘聚力等参数的关 系进行较为系统的研究。3、CBR值的影响因素分析通过在陕西、宁夏和甘肃等地现场采集的土样所进行的大量室内试验，对含水量、压 实度和浸水时间等影响因素与CBR值的关系进行详细的分析研究，从而为路基填料CBR值 新标准的研究和制定提供充分的试验基础。4、CBR值与压实度和回弹模量关系研究通过室内和现场的回弹模量试验，结合CBR试验结果对CBR值与路基压实度K和
4、回弹 模量E0进行回归分析。5、路基CBR值标准研究通过理论计算和试验研究,结合现有路基 CBR 值情况的调查分析，提出适用于路基填料的 CBR 值标准。加州承载比（CBR ）的概念加州承载比（CBR）,是起源于美国加利福尼亚州的一种以材料抵抗局部荷载压入变形 的能力表征其承载能力的试验方法。在直径15.24cm、高11.43cm的土试样顶面，用直径 4.95cm的刚性压头，以每分钟压入变形1.27mm的速率施加荷载，测定试样的贯入量一单 位压力关系曲线。取压入变形为2.5mm的压力值p （MPa）,除以标准碎石在此变形量时的2.5压力值（7.0MPa），变得到土样的CBR值：pCBR 二5
5、xioo （%）7.0同时，计算贯入量为5mm时的承载比：pCBR = x100 （%）10.5如贯入量为5mm时的承载比大于2.5mm时的承载比，则试验需要重做，如结果仍然如 此，则采用5mm时的承载比。根据CBR试验得出的贯入量一单位压力关系曲线（如图1）可见，该曲线与常规固结 不排水剪切试验（CU ）破坏前的应力应变曲线（如图2 ）较为接近，具有一定的相似性， 均服从双曲线分布，同时，从两者的试验条件及试验过程来看，可以认为CBR试验是一个 简化了的三轴剪切试验，反映了受压土体在周围土体提供的侧向压应力o的作用下，轴向3应变与主应力差&-o ）的关系（如图3）。因此，CBR值从一定程度上
6、反映了土体抵抗局13部剪切破坏的能力，即土体的抗剪强度。由于CBR的试验方法简单，设备造价低廉，在许多国家得到了广泛应用。采用CBR设 计法确定沥青路面厚度，有配套的图表，应用十分方便，受到了广大工程技术人员的欢迎。图 1 CBR 试验的贯入曲线图 2 固结不排水剪切试验的应力应变图3 CBR试验土体受力情况示意图各类土的CBR值的大致范围，见表1。各类土的CBR值表1土类CBR 值(%)级配良好砾石，砾石-砂混合料（GW）60100级配不良砾石，砾石-砂混合料（GP）35 60均匀颗粒的砾石或砾石质砂粉质砾石，砾石-砂-粉土混合料（GM）4080粘土质砾石，砾石-砂-粘土混合料（GC）；级配
7、良好 砂，砾石质砂（SW）;粉质砂，砂-粉土混合料（SM）2040级配不良砂，砾石质砂（SP）12 25粘土质砂，砂粘土混合料（SC）1020粉土，砂质粉土，砾石质粉土 （ML）贫粘土，砂质粘土，砾石质粘土，粉质粘土（ CL ）515无机质粉土，贫有机质粘土，云母质粘土或硅藻土（MH）48有机质粉土（0H），肥粘土（CH），有机质粘土（Pt）35通过上述各项指标的对比分析不难发现，压缩模量和无侧限抗压强度都不宜作路基填 料的力学控制指标。相对而言，土体的抗剪强度和CBR值是更加适合黄土路基填料的力学 控制指标，由于土体的抗剪强度和CBR值的内在关系，可以认为CBR值也部分反映了压密 土体的局部
8、抗剪强度。其次，CBR值也是现行路基设计和施工技术规范对路基填料明确提 出的要求，采取 CBR 值作为路基填料的力学控制指标，也可以与现行规范保持一致。同时， CBR 试验简单易行、设备造价低廉，因此更有利于大规模地推广应用。而抗剪强度(或者 内聚力C和内摩擦力申)一般由三轴剪切试验仪测定，设备复杂，操作麻烦，测试难度大。 此外，国外应用CBR值比较广泛和普遍，许多国家或设计方法都采用CBR值作为路基填料 的力学控制指标，有些许多国家或设计方法采用CBR值作为路面材料的力学控制指标，甚 至作为路面结构的设计指标，因此采用CBR值还有助于同国际接轨，有利于学习和借鉴国 外的先进技术和成熟的经验，
9、便于学术交流与合作，所以，以CBR值作为路基填料的力学 控制指标是更加合理可行的。小结：(1) 路基填料的主要力学控制指标包括抗剪强度、压缩模量、无侧限抗压强度和CBR 值等。此外还有反映其湿陷性的指标一湿陷系数等重要性能指标。通过对这些指标的对 比分析，同时结合路基填料密实度大、空隙率低等特点，确定以CBR值作为路基填料的控 制标准，这样既可以与现行规范保持一致，也便于与国际接轨，促进对外学术交流与合作。 此外，由于其试验设备简单，便于大规模推广应用，因此， CBR 值作为路基填料的力学控 制指标是合理可行的。(2) 通过对 CBR 试验贯入曲线与固结不排水剪切试验的应力应变曲线的对比分析，
10、 发现两者均服从双曲线分布，且从两者的试验条件与过程来看， CBR 试验可看作简化了的 三轴剪切试验，CBR值反映了土体的局部抗剪切能力。(3) 通过三种不同类型土样的 CBR 试验发现，对于碎石土而言，由于其抗剪强度主 要由内摩阻力提供，因此，浸水后仍具有较高强度。但对粘性土而言，由于浸水后土颗粒 间凝结强度的消失和结合水膜润滑作用的增强，内聚力C急剧下降从而导致其抗剪强度和 CBR 值的大幅度下降。砂性土则介于两者之间。(4) 对于南方多雨地区而言，由于气候潮湿、降雨量大，因此，土基的含水量较高， 因此，为使CBR试验能更好地模拟路基土的实际潮湿状况，在进行贯入试验之前，必须进 行水浸泡试
11、验。路基填料CBR值影响因素分析(以黄土路基为例)( 1)黄土的土颗粒结构特征和物理化学性质对其 CBR 值具有一定影响，在黄土分布 地区内，从西北至东南，随着土颗粒由粒状过渡至集合体状，土样CBR值总体来说有逐渐 增大的趋势，此外土样的CBR值随着石膏和易溶盐含量的增大而减小，随着碳酸钙含量的 增大而增大。(2) 黄土颗粒的CBR值随压实度的增大而增大，压实度为90%91%左右时，土样的 CBR值集中在1.5左右，当压实度上升到95%时，CBR值上升至3.5%4.5%左右，当压实度 增大到99%时，CBR值增至最大值约6%7%左右。对于一般公路而言，黄土作为路基填料其 CBR值基本能够满足现
12、行路基规范的要求，然而对于高等级公路，则需要做适当处理。( 3)随着土样含水量的增大，其不浸水的 CBR 值呈先增大，后减小的趋势。在最佳 含水量下，土体的CBR值达到最大值。当含水量小于最佳含水量时，CBR值减小的趋势较 小，当含水量大于最佳含水量时，CBR值急剧减小。根据黄土地区的实际气候和降雨特点， 路基土的含水量一般均小于其最佳含水量，因此，其CBR值将接近其在最佳含水量下的最 大值。(4) 提高黄土填料 CBR 值的途径主要有提高压实度和掺外加剂。其中，通过提高压 实度以提高 CBR 值的方法具有技术和经济上的局限性。而通过掺加 2%3%的生石灰，可以 使得土样在90%93%压实度下
13、的CBR值达到20%左右，95%压实度下的CBR值达到30%以上， 不仅可以使黄土填料的 CBR 值达到规范要求的标准，同时，可以减少基层厚度，具有较好 的经济效益。(5) 根据对黄土地区已建和在建的部分高速、一级公路的调查，可以发现黄土路基 春融不利季节路基土 080cm内的含水量分布在6%20%之间，而且其中大部分含水量分布 在13%16%之间，稠度大多在1.1以上,处于干燥状态。在进行室内CBR试验过程中，测得 黄土土样经过4d的水浸泡试验后，其含水量将增大至25%左右，这与黄土路基的实际潮湿 状况存在着一定的差异，因此，可以考虑将CBR试验的浸水时间适当缩短，从而使其更符 合黄土地区的
14、实际情况。(6) 浸水时间对黄土的CBR值具有显著的影响。与粘性土填料相比，黄土填料的CBR 值随浸水时间的增长而减小的速度更快、趋势更加明显。因此，虽然黄土填料和粘性土填 料在不浸水、浸水1d和浸水2d的条件下CBR值相差不大，但在浸水3d和4d后，两者的 CBR 值却存在着较大的差距。黄土填料CBR值与压实度及回弹模量的关系(1)黄土填料的 CBR 值和压实度之间存在良好的指数关系，由于土基的 CBR 值随压 实度的增加呈指数急剧增大，因此，提高土基的压实度对于路基填料CBR值的提高具有重 大的影响。(2)黄土土样的室内模拟回弹模量E和压实度K服从指数分布，且相关性良好，当 0土样压实度由
15、90%增大至99%时，土样未浸水的室内模拟模量由30MPa36MPa增加至58MPa99MPa, 土样浸水4d的室内模拟回弹模量由2.0MPa4.0MPa增加至ll.IMPa13.1MPa。(3) 黄土路基的室内模拟回弹模量E和土样的CBR值之间近似服从指数分布，浸水096h后，土体室内模拟回弹模量急剧降低，从30Mpa65Mpa降低至2MPa14Mpa。(4) 黄土路基的现场回弹模量和按标准方法浸水 96h 的 CBR 值之间近似服从指数分 布关系，当路基土的压实度在90%95%范围内变化时，CBR值为1.5%3.5%左右，土基在 雨后最不利情况下的现场回弹模量大约为 23Mpa38Mpa 左右，正常条件下的现场回弹模 量大约为 56Mpa 111Mpa 左右。黄土填料CBR值标准研究(1) 通过 CBR 设计法的经验公式和理论计算分析，对 CBR 值和路面结构层厚度的关 系进行了分析，结果显示，对于我国大部分高速、一级公路而言，6%的CBR值可以满足路 面结构层厚度的要求。(2) 对 CBR 值与路基顶面弯沉和路表弯沉的关系进行了分析，结果显示，对于黄土 路基而言，当CBR值大于2.5%时，回弹模量值将大于30MPa，对路基顶面弯沉和路表弯沉不 会带来不利影响。( 3)根据相关试验结果，结合黄土填料和南方地区
