第四章机场道面设计 土基

粉质土 粉质土
黏质土 黏质土
有机质土
含砾（砂）高低 高（低）液 含砾（砂）高低 高（低）液 液限粉土粗粒 液限粉土粗粒 限粉土粗 限粉土粗 组含量＞25%， 粒组含量 粒组含量 组含量＞25%， ≤50% ≤50% ≤25% ≤25% 砾粒 砾粒 ≥砂粒 ＜砂粒
MH ML
含砾（砂）高 含砾（砂）高 （低）液限黏 高(低)液限黏 高(低)液限黏 （低）液限黏 土粗粒组含 土粗粒组含 土粗粒组含 土粗粒组含 量＞25%， 量＞25%， 量≤25% 量≤25% ≤50% ≤50% 砾粒 ≥砂粒 CH CL CHG CLG 砾粒 ＜砂粒 CHS CLS
第二节 土基的变形特性 § （2）土基的流变性质 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。
道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性
§ （3）重复荷载作用下土基的变形特征 § ——土基承受机轮荷载的重复作用。每一次荷载作用， 土基均发生弹性变形和塑性变形。弹性变形随荷载消失 而恢复，塑性变形形成残余变形。残余变形随荷载重复 作用次数的增加而累积，但累积速率随作用次数的增加 而减缓。 § ——导致的结果：1）土体逐渐压密而变稳定；2）荷 载的重复作用造成土体剪切变形不断发展，形成整体破 坏的剪切面，最终破坏。 § ——影响重复荷载作用下土体变形累积的因素：1）土 的性质和状态；2）重复荷载的大小；3）荷载作用的 强度、持续时间和频率；4）土基中侧向应力的大小
道路工程——土木工程系
第四节 我国公路自然区划
§ 二级区划： § § § 三级区划： § § 1 、以水热、地理和地貌为依据，分为若干个具有 相似性的区域单元；。 2 、另一种是以地表的地貌、水文和土质为依据分 为若干个类型单元。 在一级区划的基础上，以潮湿系数k为主进一步划 分为33个二级区和19个副区共52个二级自然区。 K= 年降雨量 R/年蒸发量Z
道路工程——土木工程系
第二节 土基的强度指标 § 四、加州承载比（CBR） § —美国加州提出的一种评定基层材料承载能力 的试验方法。 § —承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能 力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准， 以相对值的百分数表示CBR值
道路工程——土木工程系
第二节 土基的强度指标
机场道面设计——航空运输与工程学院
第四章 土基
主要内容： 第一节 土的工程分类 第二节 土基的变形特性 第三节 土基的强度指标 第四节 我国公路自然区划 第五节 土基干湿类型 第六节 土基压实 第七节 土基的冻胀
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机场道面设计——航空运输与工程学院
第一节 土的工程分类
机场道面设计——航空运输与工程学院
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第四章 土基
§ 土基是道面结构的最下层，承受由面层传下来的飞机荷载和 上部结构的重力。 § 实际工程中，无论是刚性道面、半刚性道面还是柔性道面出 现的损坏现象，大部分都是由于土基强度不足、稳定性变差、 在外荷载作用下产生过量变形所致。 § 土基变形包括塑性变形和弹性变形两部分。 § ——过大的塑性变形导致各种柔性道面和半刚性道面结构产 生轮辙和道面不平整。 § ——刚性道面：使板块特别是板边和板角产生局部脱空而断 裂。 § ——弹性变形过大使沥青面层或水泥混凝土板产生疲劳开裂。 § 道面结构总变形中，土基的变形占绝大部分。
砂类土
砂 F≤5 F≤5 % %
含细粒土砂
5%＜F≤15% 5%＜F≤15%
15%＜F ≤ 50% 15%＜F ≤ 50%
细粒土质砂
SW
SP
SF
细粒土在塑性 图A线以下
细粒土在塑性 图A线以上
SM
备注：F为细粒组质量（ ＜0.075mm)
SC
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第一节 土的工程分类
细粒土
道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性 § （3）重复荷载作用下土基的变形特征 § 重复荷载小于临界相对荷载作用下，土基的累 积总变形与荷载作用次数之间在双对数坐标上 呈线性关系：
lgLN lgL1 lgN
§ LN ——荷载作用N次后的总变形（m） § L1 ——荷载作用一次后则总变形（m） § N ——荷载作用次数 § ——统计回归系数
道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性 § （3）重复荷载作用下土基的变形特征 § 刚性道面：机轮荷载的重复作用会产生不均匀 的塑性变形累积（特别是道面板的边角部位）， 导致板下局部脱空产生附加应力，形成边、角 部位的断裂破坏。 § 柔性道面：塑性变形累积产生车辙、波浪等破 坏。
道路工程——土木工程系
SICb
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第一节 土的工程分类
砾类土
砾
F≤5%
含细粒土砾 5%＜F≤15%
细粒土质砾 15%＜F≤50%
GW
GP
GF
细粒土在塑性 图A线以下
细粒土在塑性 图A线以上
GM
备注：F为细粒组质量（
＜0.075mm)
GC
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第一节 土的工程分类
机场道面设计——航空运输与工程学院
第一节 土的工程分类
巨粒土
漂（卵）石 巨粒含量 ＞ 75%
漂（卵）石夹土 50% ＜巨粒含量≤75%
漂（卵）石质土 15% ＜巨粒含量≤50%
漂石粒 ＞卵石粒
漂石粒 ≤卵石粒
漂石粒 ＞卵石粒
漂石粒 ≤卵石粒
漂石粒 ＞卵石粒
漂石粒 ≤卵石粒
B
Cb
BSI

CbSI
SIB
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道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性 § 一、土基的受力特性 § （1）非线性变形特性
道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性 § 一、土基的受力特性 § （1）非线性变形特性
道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性
§ 一、土基的受力特性 § 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所示，代表加荷开始时土的应力-应变关系。 § 切线模量：某一应力级位处应力-应变曲线的斜率，如图② 所示，反映土在该级位应力-应变变化的精确关系。 § 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所示，反映在该应力级范围内的应力应变关系的平均情况。 § 回弹模量：应力卸除阶段应力-应变曲线的割线模量，如图 ④所示，反映土在回弹变形范围内的应力-应变关系的平均 情况。
道路工程——土木工程系
第二节 土基的强度指标
§ 一、土基回弹模量 § ——反映土基的弹性性质、瞬时荷载作用下的可恢复 变形性质 § ——我国军用机场刚性道面、公路刚性/柔性路面都以 回弹模量作为土基的强度指标
道路工程——土木工程系
第二节 土基的变形特性 § 一、土基回弹模量 § ——实际测定中刚性承载板用得较多，压力易 控制、挠度易测量 § ——测定时宜采用逐级加载卸载法（直径 30.4cm的板）。每一级荷载经过加载和卸载， 取得稳定的回弹弯沉之后，再加下一级荷载， § 如此施加n级荷载后，即可点绘出荷载-弯沉曲 线。 § ——在多数情况下，试验曲线呈非线性。在确 定模量时，可以根据土基实际受的压力范围或 可能产生的弯沉范围在曲线上取值。
道路工程——土木工程系
第四节 我国公路自然区划
u 我国公路自然区划分为三个等级。 § § § § § § § § § 一级自然区划：首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全 年不冻土三大地带。 再根据水热平衡和地理位置，划分为七个一级区： Ⅰ区——北部多年冻土区 Ⅱ区——东部温润季冻区 Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区 Ⅳ区——东南湿热区 Ⅴ区——西南潮暖区 Ⅵ区——西北干旱区 Ⅶ区——青藏高寒区
道路工程——土木工程系
第二节 土基的强度指标
—载荷板试验确定 § —与所取的压力（或弯沉）有关。 § —直径75cm刚性板测定。当地 基较软弱时，取l=0.127cm时相 对应的压力p计算地基反应模量； 当地基较为坚硬时，取单位压力 p=0.07MPa时相对应的弯沉值l 计算地基反应模量。 § —承载板直径越小，反应模量越 大。 § 承载板直径不同应进行修正。 § —现场测定的反应模量应修正， 以反映土基最不利状态
第二节 土基的变形特性
§ 二、土基的荷载-弯沉关系 § ——土基的模量与应力状态相关，各点均不相同 § ——道面设计：关心土基表面的总变形（或总回弹变 形）。 § ——工程中采用直接研究土基表面在局部荷载作用下 的弯沉特性，即用承载板试验测定荷载-弯沉关系来研 究土基的变形情况，把反映荷载-弯沉关系的模量看作 是一个当量均匀的模量值。 § ——承载板试验：土基回弹模量、土基形变模量、土 基反应模量
道路工程——土木工程系
第四节 我国公路自然区划
Ø 道路工程特征相似的原则 同一区划内，在同样的自然因素下筑路具有相似性 北方：翻浆病害；南方：雨季冲刷、水毁等。 Ø 地表气候区差异性原则 地标气候是地带性差异与非地带性差异的综合结果。 地带性差异随纬度变化：北方寒冷，南方温暖 非地带性差异与高程变化相关：青藏高原海拔高更寒冷 Ø 自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 自然气候的变化是各种因素综合作用的结果，但某种因素 又起主导作用
A线或A线以 A线或A线以 上有机质高低 上有机质高低 液限黏土 液限黏土
A线以下有 机质高低液 限粉土
MHG MLG
MHS MLS
CHO CLO
MHO MLO
道路工程——土木工程系
第一节 土的工程分类
各类土的物理力学性质： 1）漂石（块石）、卵石（碎石）：巨粒土，具有很高的强度和稳定 性，很好的土基材料 2）砾石质土：粗粒土，强度和稳定性能满足要求，填筑时保证密实 程度 3）砂土：强度和稳定性好，充分压实，有条件时添加粘性大的土， 提高稳定性，改善土基使用质量。 4）砂性土：既有一定数量的粗粒，又有一定数量的细粒，容易压实 形成平整坚实的土基，是修筑土基的理想材料。 5）粉性土：毛细作用强烈，引起冻胀翻浆，最差的土基材料 6）粘性土：介于砂性土和粉性土之间，若能充分压实并做好排水， 土基的稳定性亦较好