[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

说明书

本发明公开了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，具体为：通过数值软件建立路面结构的二维有限元模型；确定数值软件的固体力学模块中的基本参数，确定边界条件；将行车动荷载定义为弱形式偏微分方程，并赋予初始值；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；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；建立弹性半空间预估模型，获取对应的动回弹模量即为路基顶面当量回弹模量。本发明更加接近路基的真实情况，提高了现役路基性能预测的准确性，为道路养护决策提供可靠依据，确定过程简单可靠。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，涉及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。

背景技术

路基结构承受由路面传递下来的交通动荷载作用，不同深度下路基土所受到的动荷载大小不同，而不同的动荷载大小对路基土的回弹模量影响程度不同。在移动荷载的作用下，还会造成路基内动荷载的作用时长不同，不同加载时长下路基土的回弹模量不同。同时，不同深度下路基土所承受的上覆压力不同，导致所受围压大小不同，而不同的围压也会影响路基土的回弹模量。路基结构还承受复杂的环境因素的影响，在环境作用下，路基内部含水率随时间发生改变，在运营期内，路基逐渐湿化。因此，路基内各点的竖向动荷载、动荷载加载时长、围压状态、湿度均不一样，导致了路基内每点的回弹模量不一样，而回弹模量又会影响动荷载的传播，动荷载反过来影响回弹模量的分布，路基内部存在模量-应力-湿度相互耦合作用的关系。

路基土回弹模量仅能代表路基顶面某一点的回弹模量值，路基顶面当量回弹模量为路基结构回弹模量的等效值；目前，鲜有对行车动荷载作用下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的研究，对路基顶面当量回弹模量的确定不准确，预防措施采取不及时，从而导致路基结构湿化变形，缩短使用寿命的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供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，更加接近路基的真实情况，提高了现役路基性能预测的准确性，为道路养护决策提供可靠依据，确定过程简单可靠，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，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，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。