02路基土的特性及设计参数
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。
第二章路基土
一般以主成分粒组进行定义，控制主成分粒组的比例在50%以上，而特殊土则分 为黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土和冻土，前三者按特殊土塑性图（图2-4）
上的位置定名，盐渍土按含盐百分率分类。
共五十二页
2.1.1路基(lùjī)土的分类
各种土类的区分(qūfēn)： 2. 巨粒土分类表 试样中巨粒组粗颗粒（>60mm的颗粒）质量多于总质量15%的土称为巨粒土，如 果巨粒组土粒质量少于或等于总质量的15%，可扣除巨粒，按照粗粒或细粒土 分类。
2. 对于新建道路，用路基临界高度作为(zuòwéi)路基干湿类型的判别标准。
与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。
为了保证路基的强度和稳定性，在 设计路基时，要求路基保持干燥或 中湿状态，路槽底距地下水或地表 积水的距离，要≥干燥、中湿状态 所对应的临界高度。
共五十二页
2.3 路基的力学强度特性
2.3.1路基受力状况 2.3.2路基工作区 2.3.3路基土的受力特性 2.3.4重复荷载对路基土的影响
共五十二页
2.3.1路基(lùjī)受力状况
z
K
P Z2
P:一侧轮轴荷载（KN） K：系数(xìshù)，0.5 Z：圆形均布荷载中心下应力作用点的深度m
共五十二页
第二章 路基(lùjī)土的特性及 设计参数
共五十二页
本章(běn zhānɡ) 摘要
通过路基土颗粒和性能特点的描述，学习路基土的分类方法和分类，掌握 路基土的颗粒分布和主要工程特点；通过路基土湿度和温度状况的变化
(biànhuà)分析，学习路基湿度的来源和路基干湿类型划分方法，掌握 路基土稠度指标和由土的基质吸力确定的饱和度指标的划分方法； 学习路基承载力参数指标和测定方法、路基设计主要参数，掌握路基 工作区计算方法、路基承载力指标和设计参数的意义。
第二章 路基基本性质
第二章路基基本性质授课内容§1 公路自然区划§2 路基土的工程分类§3 路基土的应力应变关系§4 路基承载力§5 路床设计§1 公路自然区划自然区划分类自然地理区划：综合自然区划、部门区划专业自然区划：农业、建筑、生态、公路区划目的我国幅员辽阔，各地自然条件和道路的工程性质差异很大。
区分不同地理区划自然条件对公路工程影响的差异性，便于道路工作者在路基路面结构类型选择以及设计、施工养护中采取合适的设计参数和技术措施，保证路基路面的强度和稳定性。
根据水、土、温度因素（相似性），在一定区域内，定性地确定公路工程的特点（即土基回弹模量，由干湿类型和土性质决定）。
区划原则以自然气候的综合性和主要性相结合为原则1、公路工程特征相似的原则：在同一区划内，在同样的自然因素下筑路具有相似性。
2、地表气候区划差异性的原则：地表气候是地带性差异和非地带性差异的综合结果。
3、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则：自然气候变化是各种因素综合作用的结果，但其中又有某种因素起主导作用。
公路自然区划划分（1）二级区划：潮湿系数k（2）三级区划：1、水热、地理和地面；2、地表地貌、水文和土质。
各自然区划的筑路特点Ⅰ区-北部多年冻土区：道路设计原则-保温Ⅱ区-东部湿润季冻区：路面结构要突出-防冻胀与翻浆Ⅲ区-黄土高原干湿过渡区：筑路主要问题是黄土的冲蚀与遇水湿陷Ⅳ区-东南湿热区：筑路主要问题是水毁、冲刷和滑坡Ⅴ区-西南潮暖区：土基湿软，注意路基整体稳定性Ⅵ区-西北干旱区：气候干燥，砂石搓泥、松散，沙漠地区风蚀和沙埋Ⅶ区-青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，沥青路面易老化评价（1）侧重于为低等级道路服务，病害主要考虑冻胀与翻浆。
目前高等级公路的冻胀与翻浆已经不是主要的病害（2）影响因素仅是水、热，没有考虑地貌、地质等。
（3）不能很好地为公路服务，服务范围不明确目前有用的仅是土基模量、最小路基高度、稠度参照该区划；§2 路基土的工程分类分类的基本原则（1）应选用对土的工程性质、最能反映土的基本属性和便于测定的指标作为分类依据（2）要有一定的逻辑性（3）应能反映土在不同工作条件下的特性土的工程分类标准（GB-T 50145-2007）分类体系（1）划分指标：土的颗粒组成及其特征土的塑性指标：液限、塑限和塑性指数土中有机质含量（2）粒组定义：工程上常把大小相近的土粒合并为组粒组划分：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土图粒组划分（3）颗粒级配特征：不均匀系数C u和曲率系数C cd10、d30和d60是指土的特征粒径，分别是指小于该粒径的土粒质量为土总质量的10%、30%和60%。
02路基土的特性及设计参数
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
School of Transportation Southeast University，China
东南大学道路与铁道工程国家重点学科
第一节 路基土的分类及工程特性
岩石 地球 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
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
路基水温状况及其变化
路基水温状况是湿度与温度变化对路基产生的共同影响; 地下水与温度共同作用造成路基湿度的变化，最典型的是路基冻胀与
翻浆现象。
热融thaw
冻胀丘 Pingo
路基冻胀 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
2）粗粒土
试样中粗粒组含量大于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)质量多于砂粒组质量的土称为
砾类土。
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量少于或等于砂粒组质量的
土称为砂类土。
School of Transportation Southeast University，China
H1相对应于wc1，为干燥和 中湿状态的分界标准；
H1 、 H2 、 H3见表2-9
wc wc1
wc1 wc wc 2
wc 2 wc wc3
H2相对应于wc2，为中湿与 潮湿状态的分界标准；
H3相对应于wc3，为潮湿和 过湿状态的分界标准。
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路基土的特性及设计参数课件
抗滑参数
定义
抗滑参数是指土体抵抗滑动破坏 的能力，通常用地基抗滑安全系 数来表示。它是评估土体抗滑稳 定性的关键指标。
影响因素
抗滑参数受土体的内摩擦角、粘 聚力、地下水位、坡度等因素的 影响。
工程应用
在路基设计中，抗滑参数是确定 路基边坡坡度和采取相应防护措 施的重要依据。通过选择合适的 土体和改进土体的抗滑性能，可 以提高路基的抗滑稳定性，防止 路基滑坡和崩塌等灾害的发生。
工程实例分析
04
工程背景介绍
项目概述
对本课程所涉及的工程实例进行 简要概述，包括工程的目的、规 模和地理位置等。
工程环境
介绍工程所在地的地形地貌、气 候条件、水文地质等自然环境因 素，以及工程所面临的挑战和限 制。
土质特性分析
土壤类型
详细阐述工程实例中所遇到的土壤类型，包括粘土、砂土、淤泥等 ，并分析其物理和化学性质。
渗透性
渗透性是指水在土中的渗透能力， 对路基的排水设计和稳定性分析具 有重要意义。
化学性质
PH值
土的PH值可以反映其酸碱性质，对路基土中水泥稳定土的强度和 稳定性有影响。
盐分含量
路基土中的盐分含量会引起土的膨胀和侵蚀等问题，需要在实际工 程中进行严格控制。
化学成分
路基土的化学成分决定了其与水、水泥等材料的化学反应能力，对 路基的稳定性和耐久性具有重要影响。
碎石土
01
碎石土的定义
碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量大于30%的土，具有较好的排水
性和抗剪强度。
02
碎石土的工程性质
碎石土的强度和稳定性较高，变形能力较小，但渗透性质较好，有利于
排水。
03
碎石土的适用范围
道路工程施工参数包括(3篇)
第1篇一、路基施工参数1. 土方填筑参数：包括填料选择、填筑方法、填筑厚度、压实度等。
填料一般选用碎石、卵石、砾石、粗砂等，填筑方法有水平分层填筑、竖向填筑法、混合填筑法等。
填筑厚度应根据填料种类和压实度要求确定，压实度应符合设计规范。
2. 路基处理参数：包括地基处理、边坡处理、排水设施等。
地基处理方法有换填、夯实、加固等；边坡处理包括边坡坡度、坡面防护等；排水设施包括排水沟、涵洞、桥涵等。
3. 路基稳定性参数：包括路基土的物理力学性质、路基稳定性评价等。
路基土的物理力学性质应符合设计要求，路基稳定性评价应确保路基在施工和使用过程中安全稳定。
二、路面施工参数1. 路面基层（底基层）施工参数：包括原材料选择、配合比设计、施工工艺、压实度等。
基层（底基层）材料一般选用石灰土、水泥稳定碎石等，配合比设计应满足设计要求，施工工艺包括拌合、摊铺、碾压等。
2. 沥青路面施工参数：包括沥青混合料配合比设计、施工工艺、压实度、温度等。
沥青混合料配合比设计应满足设计要求，施工工艺包括拌合、摊铺、碾压等，压实度应符合设计规范，温度控制是沥青路面施工的关键。
3. 水泥混凝土路面施工参数：包括混凝土配合比设计、施工工艺、养护等。
混凝土配合比设计应满足设计要求，施工工艺包括拌合、运输、摊铺、碾压、养护等。
三、桥梁施工参数1. 桥梁基础施工参数：包括基础类型、施工方法、地基处理、防水等。
基础类型有桩基础、浅基础等，施工方法有钻孔灌注桩、挖孔桩等，地基处理有换填、夯实、加固等，防水措施包括防水层、排水系统等。
2. 桥梁上部结构施工参数：包括梁体类型、施工方法、模板体系、张拉控制等。
梁体类型有预制梁、现浇梁等，施工方法有支架法、悬臂法等，模板体系应符合设计要求，张拉控制应确保梁体质量。
四、隧道施工参数1. 隧道地质条件：包括地层岩性、地下水、断层、节理等。
地质条件直接影响隧道施工方案和施工参数的确定。
2. 隧道施工方法：包括新奥法、传统的矿山法等。
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。
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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路基湿度的来源 大气湿度及其对路基水温状况的影响 路基干湿类型 路基土的基质吸力与饱和度
1、路基湿度的来源
1、路基湿度的状况
路基水的来源
原始土具有的自然含水量，路基水的主要来源有：
大气降水； 地面水； 地下水； 毛细上升水； 水蒸汽凝结水； 薄膜移动水 ……
平衡湿度状态下的路基回弹模量=
标准条件下的模量×湿度调整系数(TMI)
3、路基土的基质吸力与饱和度
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。
路基填料
路基填料是路堤施工中的填方筑路材料。
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。
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
第二节 路基的水温状况与干湿类型
路面开裂
3、路基土的基质吸力与饱和度
采用基质吸力指标的原因
JTG D30-2004采用平均稠度指标作为路基湿度评价
指标，虽然综合了土的塑性特性，包含了液限与塑限 ，也能反映土的软硬程度。
wc
(wL
w
) (wL
wP )
(wL wP ) 0
对于塑性指数为零或接近于零的土组，土的平均稠
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
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。
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
三者 关系式
S
ws
w
s d
1
w d
w 1
Gs
w
1
d s
S
1
d Gs w
S
w
wd w
S
Gs
w e
4、路基土的基质吸力与饱和度
土的基质吸力
饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气，水
—气分界面（收缩膜）具有表面张力，在非饱和土中 ，孔隙气压力与孔隙水压力不相等，并且孔隙气压力 大于孔隙水压力，收缩膜承受着大于水压力的空气压 力，这个压力差值称为基质吸力。
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%。
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
1、路基土的分类
2）粗粒土
试样中粗粒组含量大于50%的土称为粗粒土，粗粒
土分砾类土和砂类土两种；
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量多于砂粒组质量的土称为
砾类土。
砾粒组(2mm-60mm的颗粒)质量少于或等于砂粒组质量的
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
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
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
试样中巨粒组粗颗粒(大于60mm的颗粒)质量多于总
质量15%的土称为巨粒土。如果巨粒组土粒质量少于 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。 巨粒土
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； 砂性土是施工效果最优的路基建材； 粘性土是较常见、效果也较好的路基路面建材； 粉性土属于不良材料，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。
3、路基填料的选择
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
路基水温状况及其变化
路基水温状况是湿度与温度变化对路基产生的共同影响; 地下水与温度共同作用造成路基湿度的变化，最典型的是路基冻胀与
翻浆现象。
冻胀丘 Pingo
热融thaw
路基冻胀
2、大气温度及其对路基水温状况的影响
温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀； 温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割； 温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。
基质吸力通常是描述非饱和土的力学性质的重要参
数，水土特征曲线即基质吸力与土壤含水率的关系的 曲线是描述基质吸力的重要指标。
3、路基土的基质吸力与饱和度
土的基质吸力与饱和度之间关系
如何确定 基质吸力？
基于非பைடு நூலகம்和土力学中土－水特性曲线理论预估路基湿度
3、路基土的基质吸力与饱和度
度不能全面反映路基土的工作状态。
JTG D30-2015用路基工作区和地下水位确定湿度。
3、路基土的基质吸力与饱和度
路基湿度设计状态
竣工2~3年
路基湿度
平衡湿度状况
回弹模量室内试验条 件湿度（标准状态）
路基湿度设计状态
路基实际的设计状态→平衡湿度状况，与回弹模量室内试 验条件不完全一致,因此：
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
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。