[发明专利]考虑路基土黏弹性质和湿-力耦合的路基顶面当量回弹模量确定方法

权利要求书

1.一种考虑路基土黏弹性质和湿-力耦合的路基顶面当量回弹模量确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤S1：通过数值软件建立路面结构的二维有限元模型；

步骤S2：确定数值软件的固体力学模块中的基本参数，分别为杨氏模量、泊松比、密度、边界荷载、粘度；其中，面层、地基视为线弹性体，输入对应的杨氏模量、泊松比、密度；路基视为压实度、应力、湿度相关的黏弹性体；

确定边界条件，路基底部边界设为y方向位移为0，左右两侧边界设为x方向位移为0，边界荷载为前后双轴作用的行车动荷载，模拟移动荷载；

步骤S3：将行车动荷载定义为弱形式偏微分方程，并赋予初始值；

步骤S4：输入压实度、湿度、压力相关的路基的动态回弹模量和黏滞系数方程；

步骤S5：运行有限元软件，完成有限元计算，获取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，峰值即为动荷载作用下路基顶面的最大弯沉；

步骤S6：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，令弹性半空间数值计算结果与步骤S5得到的路基顶面的最大弯沉相等，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所述的一种考虑路基土黏弹性质和湿-力耦合的路基顶面当量回弹模量确定方法，其特征在于，所述步骤S3中，行车动荷载，即边界荷载F_A＝-LoadIntensity*(Pulse(x-LoadSpeed*t)+Pulse(x+2.7-LoadSpeed*t))，其中LoadIntensity在数值上等于荷载幅值；LoadSpeed在数值上等于行车速度；Pulse为方波函数；x表示行车方向的位置坐标；随着时间t的增加，荷载作用面积不断变化，模拟移动荷载。

3.根据权利要求1所述的一种考虑路基土黏弹性质和湿-力耦合的路基顶面当量回弹模量确定方法，其特征在于，所述步骤S4具体按照以下步骤进行：

步骤S41：建立压实度、湿度、压力相关的动态回弹模量和黏滞系数方程，见式(1)～(3)；

其中：M_RT为加载时长T下的动态回弹模量；ω为圆频率，ω＝2π/T；T为加载时长；E为杨氏模量；η为黏滞系数；K为压实度；w为含水率；w_opt为最佳含水率；θ_m为最小体应力，τ_cot为八面体剪应力，p_a为大气压强，A为参考黏度；k₀～k₄、α₁～α₄为模型参数；根据动三轴试验结果对式(1)～(3)进行拟合，得到模型参数k₀～k₄、α₁～α₄；

步骤S42：在COMSOL Multiphysics数值软件的弱形式偏微分方程模块中创建一个新的物理场v，物理场v的独立变量为v1，v1在数值上等于八面体剪应力τ_cot；

步骤S43：设定路基的杨氏模量为压实度、应力、湿度相关的函数，记为Ez，Ez的表达式与式(2)对应；路基的黏滞系数为压实度、应力、湿度相关的函数，记为nz，nz的表达式与式(3)对应。

4.根据权利要求3所述的一种考虑路基土黏弹性质和湿-力耦合的路基顶面当量回弹模量确定方法，其特征在于，所述步骤S42中，v1＝-(v1-sqrt(abs(solid.II2s)*2/3))*test(v1)；

其中，test()表示试算函数，solid.II2s为应力偏量第二不变量，σ₁为上覆应力，σ₂等于σ₃，σ₃为围压；test()和solid.II2s均为COMSOL Multiphysics中的预定义变量。