[发明专利]高速公路路段的路基的性能确定方法、装置及处理设备

说明书

本申请提供了高速公路路段的路基的性能确定方法、装置及处理设备，用于在分析目标高速公路路段的路基的性能时，在充分考虑了车辆荷载的移动速度和振动特性、高速公路的层状特性、路基土体的非饱和特性的情况下，能够精确的计算出路基内部的应力、位移、速度、加速度。

技术领域

本申请涉及地质领域，具体涉及高速公路路段的路基的性能确定方法、装置及处理设备。

背景技术

高速公路通常认为由面层、基层和路基组成，在车辆荷载的作用下，路基会承受从上部结构传导的振动荷载，而在服役期间承受长期的振动荷载，路基土体的塑性变形会逐渐积累，进而产生不均匀沉降，可能引起上部面层结构的脱空、开裂等病害。因此，为了保障高速公路的长期服役性能，在设计道路结构时，需要对路基的力学性能进行验算。

目前普遍采用的计算方法是将高速公路结构简化为层状的弹性介质，车辆荷载简化为恒定或以一定频率振动的静止荷载。

而在现有的相关技术的研究过程中，发明人发现，在真实服役状态中，车辆荷载是移动的，且路基土体通常处于非饱和的状态，土体中同时存在固-液-气三相，孔隙中的水和气会显著影响土体的力学性能，层状弹性模型完全忽略了土体的多相性，无法考虑路基内部含水状态变化对整体结构的影响，在预测路基力学性能时会引起显著的误差。

发明内容

本申请提供了高速公路路段的路基的性能确定方法、装置及处理设备，用于在分析目标高速公路路段的路基的性能时，在充分考虑了车辆荷载的移动速度和振动特性、高速公路的层状特性、路基土体的非饱和特性的情况下，能够精确的计算出路基内部的应力、位移、速度、加速度。

第一方面，本申请提供了一种高速公路路段的路基的性能确定方法，方法包括：

步骤S101，处理设备采用Odemark模量和厚度当量假定，将目标高速公路路段的公路结构简化为三层模型，其中，三层模型为：

其中，H_e为等效厚度，E为需要进行换算层的模量，H为需要进行换算层的厚度，E₁为目标层的模量；

步骤S102，处理设备在三层模型的基础上，将目标公路路段的基层设为弹性介质以及将目标公路路段的路基设为非饱和多孔介质，推导得到刚性路面控制方程、柔性路面和基层的控制方程、非饱和路基控制方程，其中，刚性路面控制方程为：

其中，D_p＝E_ph_p³/[12(1-μ_p²)]是路面板的弯曲刚度，W(x,y,t)是路面板的竖向位移，E_p、ρ₀和h₀分别是路面板的模量、密度和厚度，f(x,y,t)是板上承受的交通荷载，是基层给路面板的反作用力，

柔性路面和基层的控制方程为：

其中u^b是层的位移，G_b和λ_b是层的拉梅常数，ρ_b是层的密度，τ^b是层的应力，τ^b和ε^b分别表示层的应力和应变，δ_ij为Kronecker符号，

非饱和路基控制方程为：