湿度状态对路基强度和低路堤高度的影响及试验结果分析

试验仪器内径152mm，高170mm的金属圆筒;直径151mm，高50mm的筒内垫块;高50mm的套环;直径50mm，高80mm的承载板;千分表2块;室内回弹模量测定仪。3)测定回弹模量:将预定的最大单位压力分成5份，作为每级加荷的压力。通过试验得到了5种不同含水量的土样在3种不同压实度下的回弹模量值。下面基于试验数据分析含水量及压实度对回弹模量的影响，并通过数值软件进行拟合，建立试验用土回弹模量与含水量和压实度之间的关系。

理论教育 2023-09-18

湿度对路基强度的影响与低路堤合理高度研究成果

试验得到了含水量分别为0.144、0.157、0.177、0.192和0.218的土样在1.70g/cm3、1.75g/cm3和1.80g/cm33种干密度下的回弹模量，如表3-7所示。当含水量较小时，含水量的变化对回弹模量的影响很大，随着含水量的增大，含水量的变化对回弹模量的影响逐渐减小。图3-13不同干密度下回弹模量随含水量的变化曲线以上试验结果表明，含水量和干密度均对土体的回弹模量产生影响。

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路基湿度状况对路基强度的影响研究

我国路基设计时，对路基湿度的考虑主要是根据路基土的液、塑限计算稠度，并按稠度对路基土干湿状态进行分界，或依照自然区划参照地下水位对路基土干湿程度进行分界［146-147］，然后根据路基土干湿状态采取相应措施。如前所述，路基湿度状况主要受气候因素和地下水位相对高度两个方面的控制。中湿类地下水位较高，路基工作区间内下部土层受到地下水的毛细润湿作用，但路基相对高度H仍大于毛细上升润湿区的高度H0。

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湿度对路基强度的影响及合理高度研究的试验验证

针对层状公路结构的动力响应，卢正进行了室内大型模型试验［175］。该模型长2.3m，横向顶宽2.0m，横向底宽3.6m，边坡坡度为1∶1。表6-1模型试验各结构层参数［175］试验选择的荷载分布符合《公路沥青路面设计规范》［151］的规定，即利用双圆均布加载模拟汽车交通荷载，荷载圆半径为R=0.1065m，两个圆心间距为3R。图6-2数值计算观察点图6-3竖向应力的计算与试验结果比较图6-4竖向位移的计算与试验结果比较

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研究路基湿度对强度变化与低路堤高度的影响

路基的强度与稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响公路的性能。在公路勘测设计中，确定路基的干湿类型需要在现场进行勘查，对于原有公路，按不同季节路槽底面以下80cm深度内土的平均稠度确定。根据c判别路基的干湿类型，要按照道路所在的自然区划和路基土的类型，通过查表，与分界稠度对比，并按不同区划界限确定道路所属的路基类型。

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外部环境因素对路基强度变化的研究

外部环境因素主要包括降雨量、蒸发量、温度及其季节变化、地下水位、湿度平衡时间。地下水位地下水位是影响路基湿度的另一个重要因素。Russam和Coleman［136］研究发现，地下水位较浅时，其对路基湿度状况影响较气候因素更为显著，但当地下水位很深时，地下水无法因为蒸发作用而聚集到路基顶部。此外，绝大多数情况下地下水位因气候变化而产生波动。

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土-水特征曲线对路基强度的影响

土-水特征曲线，又称水-土保持曲线，是表示非饱和土的基质吸力与重量含水量、体积含水量、饱和度或者有效饱和度之间的关系曲线。对照Fredlund等的土-水特征曲线，发现该曲线在进气值和残余含水量两个特征点之间近乎为一条直线。

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湿度状态影响路基强度变化特征与低路堤高度研究成果

考虑如图6-1所示的多层公路结构，连同路面在内的总层数为n+1层，整个公路结构置于刚性基岩上，第j层结构层用符号Lj表示，则最后一层表示为Ln+1。假设公路各结构层之间紧密连结，无相互滑动。根据波在层状弹性土体中的传播规律，子矩阵Ru为P波和S波在z=zj界面处的反射和透射矩阵，且各子矩阵的尺寸都为2×2。在得到各层的积分常数后，利用式即可得到弹性层状结构的应力、位移响应在变换域中的传递-反射矩阵解。

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含水量与净应力和吸力关系研究成果

由于在表示水相的本构关系时，采用的是水的体积比dVw/V0，故建立含水量与净应力和吸力的关系时选择体积含水量。在不同净应力下，体积含水量–吸力的关系曲线是不同的。将式代入式得到用净应力和吸力表示的体积含水量表达式:下面引用文献［156］中的试验数据对以上建立的含水量与净应力和吸力的关系，即式进行验证。图4-3为根据式得到的体积含水量-净应力-吸力三维曲面。

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湿度控制对路基强度的影响及合理高度研究

根据非饱和土毛细作用原理，通过对比防排水基层不同厚度设计下的路基湿度变化曲线可以看出，当毛细水在防排水基层内的上升高度小于防排水基层厚度，则毛细水将被完全地阻挡在路基范围以外，路基湿度得到了很好的控制。当防排水基层厚度无法阻止全部毛细水进入路基时，可通过在防排水基层上方设置防水土工布，进一步阻止毛细水进入路基内部。

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湿度对非饱和土强度的影响及低路堤合理高度研究

下面引用文献［156］的试验数据，分析含水量和净应力对非饱和土模量的影响。图中，净应力对弹性模量E的影响较大，这主要是因为试验用土的初始孔隙比为0.792，压实度为0.866，土体较松散，因此施加净应力能使得土体密实，显著提高其强度。图4-4常净应力下弹性模量E随吸力的变化曲线图4-5为常净应力下弹性模量E随质量含水量的变化曲线。dθ/ds表征的是吸力变化对体积含水量的影响。

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路基湿度状态对低路堤结构性能影响

分析公路结构层性质对其动力响应的影响对路面、路基结构设计与维护有重要意义。本小节以图6-2所示的典型层状公路结构为例，研究面层模量与厚度对公路结构动应力、动位移的影响规律。相对于竖向动应力而言，竖向动位移沿水平方向的衰减要缓慢得多。随着面层模量的增加，基层顶面竖向动应力及动位移随之减小，但减小的幅度也越来越小。

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湿度状态影响路基合理高度研究

表6-5和表6-6分别给出了两种典型路面结构在第一种地基情况下，满足路基顶面动变形要求的路基临界高度计算结果。将图6-10和图6-11进行比较，可以看出相同压实度和含水量下，路面结构二的路基临界高度均大于路面结构一的路基临界高度。

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路基回弹模量研究现状及湿度对路基强度与低路堤高度影响研究

李贵顺［11］根据不同路段春融期野外土基回弹模量与室内模拟土基回弹模量试验值，得出了野外土基回弹模量与室内模拟土基回弹模量的相关关系式，给出了一种以室内模拟土基回弹模量确定野外回弹模量的方法。一般至少应有6～8个试验值用来确定土基的设计回弹模量。土基的设计回弹模量定义为小于所有试验值60%、75%或87.5%

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湿度状态影响路基强度变化与低路堤高度研究

张强、陈雨人［122］进行了平原微丘区高速公路低路堤设计研究。南京市公路管理处、南京市公路管理处科研所和东南大学联合对长江漫滩低路堤高等级公路软土地基处理进行了研究［123］。江苏省交通规划设计院、同济大学对江苏省高速公路低路堤的可行性进行了研究［124］，分析了在平原微丘地区实施高速公路低路堤方案的技术可行性。

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土壤吸力对湿度状态与路基强度的影响研究

交界面两侧有一压力差，其中孔隙水压力为负，孔隙气压力为正，两者压力差称为基质吸力。如果选择20℃作为温度基准，上式的常数项为135022kPa，此时式可以改写成:根据相对湿度确定的土中吸力通常称为“总吸力”，它由两个组成部分，即基质吸力和溶质吸力。当非饱和土孔隙水中的矿物浓度对总吸力的影响不大，即渗透吸力可以忽略不计时，土中基质吸力即为总吸力。

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