路基土的特性及设计参数演讲版
路基土的特性及设计参数
小组讨论讨论一：路基工作区计算时荷载应力有两种计算方法：1）用简化布辛尼斯克公式进行计算；2）用层状体系计算软件计算，请结合习题7和8讨论荷载大小、不同路面结构工作区深度的影响、应力计算方法对工作区深度的影响。
答：荷载大小对工作区深度的影响：由工作区深度计算公式可知：Za=√(3&KnP/γ)。
荷载大小与工作区深度成正比。
因此荷载越大，工作区深度越深。
不同路面结构对工作区深度的影响：路面结构的强度和模量远大于路基土，路面材料的容量也不同于路基土。
路面结构的存在，使轮载传递到路基顶面的附加应力显着减小。
因为路面结构和一定厚度的路基共同承担车辆荷载，路面结构与路基工作区组成了道路的工作区，也就是工作区深度=路面结构厚度+路基工作区深度。
因此路面结构的厚度越大，道路工作区的深度也就越小。
应力计算方法对工作区深度的影响：（1）路基工作区深度的计算，布辛尼斯克公式与层状体系理论程序计算结果相差较多，轴重100KN时，n=5相差为；n=10相差为；轴重120KN时，n=5相差为；n=10相差为。
（2）根据“公路低路堤设计指南”提出的情况，布辛尼斯克修正公式所得的路基工作区深度过小，而层状体系理论程序所得的比辛尼斯克修正公式所得的路基工作区深度为大。
（3）根据“公路低路堤设计指南”规定n=10，在采用层状体系理论公式后，采用n=5或n=10为宜，尚需再论证。
讨论二：请讨论路基顶面综合模量E和路基反应模量K的意义和在路面设计中的作用，如何结合路基湿度的变化选择路基顶面综合模量E或路基反应模量K。
答：路基顶面综合模量E：即路基回弹模量。
用路基回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形能力，因而可以应用弹性立论公式描述荷载与变形之间的关系。
以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以在以弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。
路基反应模量K：使用温克勒（E. Winkler）低级模型描述土基工作状态时，用路基反应模量K表征路基的承载力。
04路基力学特性分析
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 ①初始切线模量（Eit）：应力值为零时的应力-应变曲 城 线的斜率，代表加荷开始时的应力-应变情况； 津 ②切线模量（Et）：某一应力级位处应力-应变曲线的 天 斜率，反映该级应力处应力-应变变化的精确关系；
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 尽管如此，评定土基应力应变状态及设计路面时仍采 城 用模量值E表示，采用局部线性化，近似地将某一微小 津 线段内的曲线视为直线，其斜率作为模量值。 天 按照应力-应变曲线上应力取值方法的不同，模量有
以下几种：
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
城建 路基工作区范围内，土强度和稳定性极为重要，
对其土质和压实度提出较高要求， z 上大下小，工作
津 区上部要求更高。当 Za H（填土高度）时，工作区 天 范围涉及天然地基，须对地基相关土层进行处理，充
分压实。
三、路基土的应力应变特性
1.路基土的变形
行车荷载反复作用下的累积变形 自重荷载作用下短期内压密沉降
三、路基土的应力应变特性 2. 路基土的应力应变关系
建大学 路基土的力学性质不同于理想线性弹性体，根据实 城 际中大量的试验（压入承载板试验，三轴压缩试验）， 津 结果表明土基的回弹模量E并不是常数，不同级别的荷 天 载作用下，荷载与形变之比值不同，即应力应变呈非线
性关系。 而且应力消失后，土基存在残留变形，不能 恢复到原状态。
通常以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。
第二节 土基承载力指标 1.柔性承载板法
泡沫轻质土路基设计讲义
泡沫轻质土路基设计讲义一、泡沫轻质土的性能特点1. 低密度：泡沫轻质土的密度通常在0.5-1.0g/cm³之间，比传统土工材料轻巧许多，可降低路基自身荷载。
2.高剪切强度：泡沫轻质土利用泡沫剂的添加可以增加其内聚力，提高剪切强度，减少松动度。
3.抗冻融性能：由于泡沫轻质土具有较好的透水性，能够有效排水，减少水分在土体中的滞留，从而降低冻融对路基的损害。
4.透水性：泡沫轻质土具有优良的透水性，能够增加路基的透水性能，减少积水和渗流压力。
二、泡沫轻质土路基设计流程1.路基设计要求分析：根据道路工程的具体要求和设计标准，确定泡沫轻质土路基设计的目标和要求。
2.泡沫轻质土配比设计：按照材料的特性，通过试验和实践经验，确定适宜的泡沫剂用量和比例。
3.路基断面设计：根据路基设计要求和土质条件，确定路基的高度、宽度和形状。
4.压实试验：在实验室或现场进行压实试验，确定最佳的压实方式和压实参数，保证泡沫轻质土的压实度和稳定性。
5.施工工艺设计：根据泡沫轻质土的特性，确定施工工艺和施工顺序，保证施工质量和工期。
6.施工监督和质量控制：对泡沫轻质土路基施工过程进行监督和质量控制，确保施工质量符合设计要求。
7.路基验收和评估：对已完成的泡沫轻质土路基进行验收和评估，检查路基的平整度、密实度和强度等指标，保证路基的安全和可靠性。
三、泡沫轻质土路基设计的优势1.轻质土路基的自重较轻，能够减小土体的沉降和变形，提高了道路的稳定性和耐久性。
2.透水性和排水性好，能够有效预防积水，减少水分对路基的侵蚀和破坏。
3.路基的再生利用性好，可以将泡沫轻质土回收再利用，减少对自然资源的消耗。
4.泡沫轻质土施工简便，可以采用各种机械设备进行施工，提高工作效率。
5.泡沫轻质土具有较好的抗冻融性能，减少了冻融对路基的损害，提高了道路的使用寿命。
四、泡沫轻质土路基设计的注意事项1.根据实际情况选择合适的泡沫剂，避免剂量过多或过少导致路基性能不稳定。
路基土的特性及设计参数
土称为砂类土。
School of Transportation Southeast University，China
东南大学道路与铁道工程国家重点学科
1、路基土的分类
粗粒土
粗粒土
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3.耐久性( Durability) 车辆往复荷载和大气水温周期的反复作
用下性能的变化特征。道路工程有较长的使用年限，因此路基路面工 程要求有很好的耐久性能。
4.表面平整度 (Surface Smoothness) 道路表面纵向凸凹量的
差值。是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。
5.表面抗滑性能 (Skid Resistance) 表面抗滑能力的大小，
重力含水率(w)、体积含水率(θw)和饱和度(S)
➢Gs和ρd一定时，三者均能有效表征路基湿度状况。
湿度变化导致土体体积变化，w不变而S和θw发生变 化，S和θw表征路基湿度实际情况，故均可采用，因 S直观，采用饱和度S作为路基湿度的评价指标。
三者 关系式
S
w
ws
s d
1
w d
w 1
Gs
w1ds S1GsdwS
1、路基土的分类
土颗粒级配曲线的坡度与形状可用： 不均匀系数Cu 和曲率系数Cc
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东南大学道路与铁道工程国家重点学科
1、路基土的分类
1）巨粒土
➢试样中巨粒组粗颗粒(大于60mm的颗粒)质量多于总
路基用土类型其工程性质
综合数据巨粒土包括漂石(块石)土和卵石(小块石)土，有很高的强度和稳定性，是填筑路基很好的材料。
级配良好的砾石混合料，由于粒径较大，内摩擦系数也大，容易压实，其强度和稳定性能很好地满足要求；级配不良的砾砂混合料，不容易达到规定的密实程度。
砂土无塑性，透水性强，毛细水上升高度很小，具有较大的内摩擦系数，采用砂土修筑路基，强度和水稳性均较好。
但砂土由于粘性小，易于松散，压实困难，需用振动法才能压实，经充分压实的砂土路基压缩变形小。
在有条件时，可掺加一些粘土，以提高其稳定性，改善路基的使用质量。
砂质土既含有一定数量的粗颗粒，具有足够的内摩擦刀，又含有一定数量的细颗粒，使其具有一定的粘聚力，其强度和稳定性等都能满足要求，是修筑路基的理想材料。
例如：细粒土质砂土，其颗粒组成接近最佳级配，渗水性好，不膨胀，遇水不粘着，雨天不泥泞，晴天不扬尘，在行车作用下，易被压实成平整坚实的路基。
粉质土含有较多的粉土颗粒，干时虽有粘性，但易于破碎而扬尘，湿时容易成为流动状态。
粉质土的毛细水上升高度大(可达1.5m)，在季节性冰冻地区容易造成冻胀、翻浆等病害。
粉质土属于不良的公路用土，应尽量避免使用。
如果无法选择，只能用粉质土填筑路基，则应采取技术措施改良土质，并加强排水，采取隔离水等措施。
粘质土中细颗粒含量多，内摩阻角小而粘聚力大，透水性小，吸水能力强，具有较大的可塑性、粘结性和膨胀性，毛细水上升现象显著。
粘质土干燥时坚硬，不易破碎，浸湿后水分不易挥发，承载能力降低。
粘质土需要在最佳含水量条件下，充分压实，并做好排水设计，才能达到强度和稳定性要求。
在季节性冰冻地区，在不良水温状况下，应采取措施防止粘质土路基出现冻胀、翻浆病害。
高液限土的塑性指数与液限都很高，其工程性质与一般粘质土相似，但受粘土矿物成分影响较大，如粘土中含高岭石其性质最好，含伊利石次之，含蒙脱石最差。
重粘土不透水，粘聚力极强，膨账性和塑性都很大，干燥时很坚硬，施工时难以挖掘与破碎。
第2章 路基土的特性及设计参数
2.1 路基土的分类及工程特性
2.1.1 路基土的分类 (1) 巨粒土
巨粒组（粒径大于60mm ）质量少于或等于总质量15%的 土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。
2.1 路基土的分类及工程特性
10 0
累积曲线
d60
d30
d10
粒径(mm)
2.1 路基土的分类及工程特性
2.1.1 路基土的分类
土的塑性指标
液限
土从流动状态转变为可塑状态的界限 含水率，用WL表示。
塑限
土由可塑状态转变为半固体状态的界 限含水率，WP表示。
塑性 指数
液限与塑限的差值，IP=WL -WP
液性指数：
IL
W WP WL WP
2.3 路基水温状况及干湿类型
2.3.3 路基土的基质吸力与饱和度
《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）: 路基存在四种干湿状态：干燥、中湿、潮湿、过湿。
路基干湿类型的划分指标：
平均稠度：
c
L L P
缺点： 对于塑性指数为零或接近于零的土组，土的平均稠
度不能全面反应路基的工作状态。
图1土基中沿深度的应力分布
令 则 土基自重引起的压应力： 土基中任一点受到的竖向压应力：
2.2 路基的力学强度特性
2.2.2 路基工作区 在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力与
路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为 1/10~1/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。
该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚 度的增加而减小。
第四章 路基力学特性分析
二、重复荷载对路基土的影响 、重复荷载对路基土的影响
重复荷载对路基土的影响： 重复荷载对路基土的影响：一种是土体逐渐压密，土体颗 粒之间进一步靠拢，每一次加载产生的塑性变形量愈来愈 小，直至稳定，这种情况不致形成土基的整体性剪切破坏； 另一种是荷载的重复作用造成了土体的破坏，每一次加载 作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土 体整体破坏的剪裂面，最后达到破坏阶段。 土基在重复荷载作用下产生的塑性变形积累，最终将导致 何种状况，主要取决于：
模量有以下几种： 模量有以下几种： （1）初始切线模量：应力值为零时的应力———应变曲 ）初始切线模量：应力值为零时的应力———应变曲 线的斜率，如图4 1c）中的① 线的斜率，如图4-1c）中的①所示； （2）切线模量：某一应力级位处应力——应变曲线的斜 ）切线模量：某一应力级位处应力——应变曲线的斜 率，如图4 1c）中的②所示，反映该级应力处应力一应变 率，如图4-1c）中的②所示，反映该级应力处应力一应变 变化的精确关系； （3）割线模量：以某一应力值对应的曲线上的点同起始 点相连的割线的斜率，如图4 1c）中③ 点相连的割线的斜率，如图4-1c）中③所示，反映土基在 工作应力范围内的应力一应变的平均状态； （4）回弹模量：应力卸除阶段，应力——应变曲线的割 ）回弹模量：应力卸除阶段，应力——应变曲线的割 线模量，如图4 1c）中④ 线模量，如图4-1c）中④所示。 前三种模量中的应变值包含残余应变和回弹应变，而回弹 模量则仅包含回弹应变，它部分地反映了土的弹性性质。
（1）土的性质（类型）和状态（含水量、密实度、结构状态）； （2）重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比 来表示，即相对荷载； （3）荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时 间以及重复作用的频率。
公路路基设计中的土壤力学参数确定
公路路基设计中的土壤力学参数确定公路建设是国家基础设施建设的重要组成部分，而土壤力学参数的准确确定在公路路基设计中起着至关重要的作用。
土壤力学参数是指描述土壤在受力作用下的力学性质的参数，包括土壤的压缩特性、剪切特性等，是公路路基设计中考虑的关键因素之一。
下文将介绍在公路路基设计中土壤力学参数的确定方法。
一、场地勘测在进行土壤力学参数确定之前，首先需要进行场地的勘测工作。
通过实地勘测，了解地质情况、土层分布、地下水位等信息，为后续实验提供必要的数据基础。
同时，对场地的地质构造、地质构造暴露情况等进行详细观测，可以为土壤力学参数的合理确定提供依据。
二、室内试验在进行室内试验时，通常采用标准试验方法对采集的土壤样本进行实验分析。
常见的试验包括压缩试验、剪切试验等，通过这些试验可以获取土壤的力学参数数据。
在进行室内试验时，需要严格控制试验条件，保证试验结果的准确性。
三、现场试验为了更准确地确定土壤力学参数，通常还需要进行现场试验。
现场试验包括动力触探、原位压缩试验等，通过这些试验可以更真实地了解土壤力学参数的实际情况。
现场试验结果与室内试验结果相互印证，可以提高土壤力学参数确定的准确性。
四、参数校核在确定土壤力学参数后，需要对参数进行校核验证。
比较实测数据与试验数据，对土壤力学参数进行修正和调整，确保参数的准确性和可靠性。
参数校核是确定土壤力学参数的最后一道工序，也是保证公路路基设计准确性的重要环节。
五、结论综上所述，公路路基设计中土壤力学参数的确定是一个复杂而重要的工作。
通过场地勘测、室内试验、现场试验和参数校核等环节，可以准确确定土壤力学参数，并为公路路基设计提供可靠的数据基础。
土壤力学参数的准确确定对于公路工程的建设和运营具有重要意义，希望相关工程师能够在实践中不断总结经验，提高参数确定的准确性和有效性。
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1、路基土的分类
➢土的基本代号
1、路基土的分类
➢不均匀系数Cu 和曲率系数Cc
1、路基土的分类
• 1）巨粒土
巨粒土
1、路基土的分类
• 2）粗粒土
试样中巨粒组质量少于或等于15%，且巨粒组颗粒与 粗粒组颗粒含量之和大于50%的土称为粗粒土。 粗粒土分砾类土和砂类土二种；
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量＞砂粒组质量的土称为砾类土。
21
3、路基土的受力特性
• （1）路基土的非线性特性
路基土的应力—应变关系除了非线性特性之外，还表 现出弹塑性性质。
3、路基土的受力特性
• （2）路基土应力—应变状态测定-模量
pr 1 pa
2 a2 r2
pr
P r2
路基在圆形承载板下的压力与挠度分布曲线 （a）柔性承载板 （b）刚性承载板
• 3）细粒土
细粒土
粉土
1、路基土的分类
• 特殊土
– 包括黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土和冻土。 – 黄土、膨胀土和红黏土按特殊土塑性图定名。
• ①黄土：低液限黏土（CLY），分布范围大部分在A线以上，且wL<40%；②膨胀土：高液限黏土（CHE），分布范 围大部分在A线以上，且wL>50%；③红黏土：高液限粉土（MHR），分布范围大部分在A线以下，且wL>55%。
3、路基填料的选择
• 路基填料
路基填料是路堤施工中符合要求的填方筑路材料。
• 填料选择要求
路基填料应选择强度高、水稳性好、压缩性小，且运输便利、 施工方便的天然土源。
路基填料选择依据的指标是CBR值（表2-8）。
• 公路工程中常见的填料类型
①漂石、卵石（巨粒土）与粗砾石 ②土石混合料
③砾类土、砂类土
节尾
第三节 路基的力学强度特性
• 核心内容
– 路基土的受力分析 – 路基工作区 – 路基土的受力特性 – 重复荷载对路基土的影响
1、路基受力分析
车轮荷载应力： 1）均布荷载
z
1
p 2.5
Z
2
D
2）集中荷载
Z
K
P Z2
,
一般K 0.5
路基自重应力： B Z
路基任意点： Z B
3）层状体系理论求解均布荷载的应力进行计算更加准确
路
下面层
面
结 构
基层
上基层 底基层
路 基
路床 上路床 30cm
下路床 50cm~90cm
结
上路堤 70cm
构 路堤
下路堤 70～80cm
路基
路基设施 必要的功能层
路基工作区
材料 结构
• 路2基、工路作区基深度工作区( subgrade workzone )
路基工作区计算算例
• 公路设Za计标3 准Kn车P：,一黄般河KJN01.550-后路轴重基1工00作KN区，计压力算0分.70析7MpPpat
盐渍土分类表
特殊土塑性图
冻土分类表
2、路基土的工程性质
➢ 认识清楚路基及路面底基层用土的工程性质，则可根据不同 的土类采取不同的工程技术措施：
级配良好的砾石混合料是良好的路基路面材料； 巨粒土是良好的路基材料；
砂类土是施工效果最优的路基建材； 粘质土是较常见、效果也较好的路基路面建材；
粉质土属于不良材料，最容易引起路基病害； 特殊土用于路基时必须采取技术措施加以处理。
路面折算为与路基同一性质的
整体后，再进行计算。
h
n 1
h E i 2.5 i
E i 1
0
建议： 由于简化公式误差很大， 建议采用层弹性体系程序 计算荷载应力。
要求：工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。 讨论工作区？
2、路基工作区（ ） 1、基本概念
subgrade workzone
上面层
面层 中面层
3、路基土的受力特性
• （3）路基土的流变性质 Rheological property
路基土的变形随时间变化的关系。路基土在荷载作用下的变 形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间有 关，是一种具有流变性质的材料。
lr0
2 pa
1 E0
02
lra
4 pa 1 02 E0
l 2 pa 1 02
E0
4
3、路基土的受力特性
• （2）路基土应力—应变状态测定-模量
– 承载板试验曲线
3、路基土的受力特性
• （2）路基土应力—应变状态评定-模量
（1）初始切线模量——应力值为零时的应力-应变曲线的正切，如图① ，代表加荷开始时路基土的应力-应变关系。
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量≤砂粒组质量的土称为砂类土。
1、路基土的分类
粗粒土
粗粒土
1、路基土的分类
• 3）细粒土
细粒组(小于0.075mm的颗粒)质量不小于总质量50%的 土总称为细粒土。
细粒土应按其在塑性图（低液限wL<50%；高液限 wL≥50%）中的位置确定土名称。
细粒土塑性图
1、路基土的分类
第二章
路基土的特性及设计参数
主要内容
– 第一节 路基土的分类及工程特性 – 第二节 路基水温状况及干湿类型 – 第三节 路基的力学强度特性 – 第四节 路基的承载能力及材料参数
第一节 路基土的分类及工程特性
• 核心内容
路基土的分类 路基土的工程性质
路基填料的选择
第一节 路基土的分类及工程特性
岩石 地球
（2）切线模量——某一应力级位处应力-应变曲线的斜率，如图②，反 映路基土在该级位应力-应变变化的精确关系。
（3）割线模量——以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线 的斜率，如图③，反映该应力范围内的应力-应变关系的平均情况。
（4）回弹模量——应力卸除阶段应力-应变曲线的割线模量，如图④， 反映路基土在回弹变形范围内的应力-应变关系的平均情况。
2、路基工作区（ ） subgrade workzone
概念：在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自
重引起的垂直应力相比大于等于0.1时对应的深度，该深度Za 范围内的路基称为路基工作区。
该深度Za随车辆荷载增大而 增大，随路面的强度和厚度
的增加而减小。
对模量不同的路面结构 ，应将
风化 搬运、沉积
土 地球
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
形成过程 影响
形成条件
物理、力学 性质
1、路基土的分类
➢我国公路用土分类包括巨粒土、粗粒土、细粒 土和特殊土四类，计12种。
1、路基土的分类
不同粒组的划分界限及范围
其中：以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界； 以0.075mm作为细粒组与粗粒组的分界； 2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限； 0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。