[发明专利]湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法

权利要求书

1.一种湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行，

步骤S1：采用压力板仪测定路基土体的应力相关土水特征曲线，并将测定结果拟合得到路基土体的基质吸力与含水率的FredlundXing模型参数，根据FredlundXing模型确定路基土体的体积含水率θ_w；

步骤S2：以动三轴试验结果为基础，建立湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型，见下式，

其中：M_R表示路基土的回弹模量；s表示基质吸力；θ₀表示初始体应力，其值等于路基内各点的竖向净法向应力σ_j；p_a为参考大气压力；k₀，k₁，k₂，k₃为模型回归参数，由动三轴试验测定；τ_oct为八面体剪应力；

步骤S3：采用ABAQUS有限元软件获取路基结构内对应结点的坐标，根据湿化作用下的路基路面结构模型以及湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型得到路基内每个结点的回弹模量M_Rj，其中，j为结点编号；通过ABAQUS有限元软件的绘图功能根据每个结点的回弹模量M_Rj获得路基表面与荷载中心线交叉位置的路基顶面弯沉随加载时间的变化关系图，其峰值即为动荷载作用下路基顶面的最大弯沉；

步骤S4：建立弹性半空间预估模型，采用相同的路基路面结构模型和动载荷加载方式，得到路基土不同动回弹模量下的路基顶面最大弯沉，根据弯沉等效原则，令弹性半空间预估模型与湿度和应力依赖的路基土回弹模量预估模型的路基顶面最大弯沉相等，对应的动回弹模量即为路基顶面当量回弹模量。

2.根据权利要求1所述的一种湿化作用下路基顶面当量回弹模量的确定方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定路基内每个结点的回弹模量M_Rj，具体按照以下步骤进行：

步骤S31：通过ABAQUS有限元软件的系统参数获取路基结构内对应结点的坐标(x，y)，设置路基土体的体积含水率θ_w、预设回弹模量M_R0和模型参数k₀，k₁，k₂，k₃；

步骤S32：通过结点坐标确定该结点的压实度K_j，根据式计算对应结点的ρ_j，其中ρ_dmax表示土体的最大干密度；

根据下式得到路基内该结点的竖向净法向应力σ_j

其中：y_j表示编号为j的结点的竖向坐标值，单位m；y_jmax为所有结点坐标中最大的竖向坐标值；g为重力加速度，ρ₀表示路面结构层的密度，ρ_j表示土体的湿密度，ρ₁，ρ₂，ρ₃分别表示路床(2)、上路堤(3)和下路堤(4)土体的湿密度，h表示路面结构层的厚度；

根据式得到基质吸力s，其中，θ_s表示饱和体积含水率，竖向应力的函数a(σ)、n(σ)、m(σ)均通过路基土土样的应力相关土水特征曲线拟合得到；

步骤S33：ABAQUS有限元软件根据设置好的湿化作用下的路基路面结构模型和预设回弹模量M_R0自动计算路基结构中各个结点的应力-应变，获得该结点x，y，z方向上的正应力，通过下式计算得到该结点的八面体剪应力τ_oct；

其中：σ₁，σ₂，σ₃分别为三维坐标系中x，y，z方向上的正应力；

步骤S34：根据式得到该结点的路基土回弹模量M_R，其中，θ₀表示初始体应力，其值等于路基内各点的竖向净法向应力σ_j；p_a为参考大气压力；根据式将该结点的路基土回弹模量M_R与预设回弹模量M_R0做比较，如果两者的相对误差Errorⁱ不超过5％则认为本次迭代收敛，若两者的相对误差Errorⁱ超过5％，则按照式确定下一次迭代的回弹模量M_Rⁱ其中，i为迭代次数，作为该结点的预设回弹模量M_R0，返回步骤S33，重新开始迭代；其中λ是切线阻尼，λ取0.7～0.9；

步骤S35：重复步骤S31-S34，依次得到路基内每个结点的回弹模量M_Rj，j为结点编号，检验路基内整体回弹模量是否满足收敛要求，如果满足，即得路基内每个结点的回弹模量M_Rj；否则从步骤S31开始，改变预设回弹模量M_R0，重新进行迭代。