1、新疆地区不同工况对路基压应力影响研究 摘 要：为了分析荷载应力在路基中的分布规律，本文通过修筑试槽模型并在路基中埋设传感器，分别采集试验车在 100kN、 150kN、 200kN、250kN、 300kN 荷载作用下及车速为 0km/h、 5km/h、 10km/h、 15km/h 路基中的压应力。分析了不同荷载、不同车速对路基压应力变化规律的影响。测试结果表明：沿路基垂直方向随着深度的增加压应力呈衰减趋势；随车速的增加，同一层位压应力呈线性减小；路基压应力横向作用距离随荷载增大而增大。 下载 关键词：路基路面；动静荷载；现场测试；压应力 传统的路面分析及现行规范都是假定荷载为静态，忽略了荷
2、载在运动中的实际状况，而行驶车辆和路面的关系随时间与空间时刻都在变化，即路面受到的是并非完全平稳的随机荷载。因此，考虑动荷载作用下路基路面应力响应的重要性不言而喻。国外开展道路试验较早，美国著名的马里兰道路试验、 AASHO 道路试验 1-3的成果为道路的设计理论及方法提供了参考标准。相比之下，我国对路基路面动荷载响应的研究工作明显不足，主要集中于有限元分析。然而理论分析与实际测试结果必然会有一定程度的偏离。基于此，本文通过铺筑试槽模型并进行现场测试试验 ，分析了荷载应力在路基内部的变化规律。 1 试槽模型概况 1.1 试槽模型路基 现场土质为黄土取样进行室内试验，得到路基土的物理力学指标见表
3、 1。施工过程中在含水量约为 14.6%时路基压实度为：距路基顶面 0 80cm范围内为 95%，其他范围为 93%。 1.2 试槽模型路面结构 分析新疆典型的路面结构 4-5，本次试槽模型路面结构组成及路面材料参数见表 2。 2 试验过程 2.1 传感器埋置方案 在路基工作区埋置光纤光栅土压计，测试 路基不同深度处的静、动压应力。土压计沿预设轮迹带埋设，在路基垂直方向埋设深度距路基表面 1.5m，距道路中线 106cm。试槽路面与原地面在同一高程，故土压计以下挖方式埋置，如图 1所示。在埋置过程中做好保护措施，本次埋设存活率为 100%。 2.2 测试方案 试验车辆采用东风后轴双轮标准车型，
4、后轴额定荷载 10t，轮距 1.8m，双轮中心距 34cm，胎压 0.7MPa。试验时车辆载重分别为 100kN、 150kN、200kN、 250kN 和 300kN，车速受试槽地理环境的限制考虑到安全因素选用5km/h、 10km/h 和 15km/h。 3 测试结果及分析 路基压应力受诸多因素的影响 7-8，如车辆类型、荷载、车速、路面结构类型、荷载作用位置等，这里主要考虑从荷载、车速和荷载作用位置对路基压应力的影响。 3.1 不同荷载工况路基中的压应力 在不同荷载工况下测试了试验车在 0km/h 路基中的压应力值，见表 3 和图 2。 分析表 3 可知，从路基表面至 1.5m深处，不同
5、荷载压应力分别衰减了79.3%、 80.2%、 82.8%、 80.4%和 61.7%，从衰减百分量可看出随荷 载的增加路基压应力和作用深度均在加大，尤其是在 300kN 荷载作用下，还有近 40%的压应力未消散，说明作用深度远大于 1.5m。 根据图 2可看出，随荷载的增大，路基中压应力变化的总体趋势随深度加深而减小。从减小趋势上可分为三个阶段： 0 0.5m范围内压应力衰减显著，因这部分是路床工作区； 0.5 1.0m 范围内，压应力衰减变缓； 1.01.5m 范围内压应力衰减趋势加大。由衰减的非线性，通过曲线拟合，得到不同荷载作用深度的数值解，拟合关系如下： 根据物理意义，荷载在路基中的
6、作用深度是有限的，即在 某一深度处压应力为零。因此假设 P=0，由此可得到作用深度的数值解，则不同荷载工况作用深度分别为 1.72m、 1.81m、 1.98m、 2.12m和 2.33m。由此表明，重载对路基有很大影响，作用深度大约为路基工作区 0.8m的 3倍。 3.2 速度对压应力分布的影响 图 3所示为车辆在 250kN 荷载作用下不同车速各传感器监测的压应力变化。由图 3及表 4分析可知：速度与压应力变化呈良好的线性关系，在不同试验车速下，同一深度压应力随车速的增大而减小，如对于 1#传感器，速度从 5km/h增至 15km/h压应 力减少了 12.4%，速度变化对压应力有显著影响。
7、在文献中，将此现象解释为荷载速率效应，由于土是颗粒组成的集成体，应力的传递是通过相邻颗粒来完成，若应力持续的时间很短，则来不及传递分布，因此压应力的衰减认为与荷载作用时间长短有关。同时，速度对压应力的影响随深度增加而减小，如在加速工况下，在更深位置处的 4#传感器压应力变化量相对于 1#、 2#、 3#传感器要小的多。其次，速度越大压应力减小的幅度越大，对于 1#传感器而言，当速度从 5km/h 增加到 10km/h，压应力减小了 1.09kPa，增加到 15km/h则减小了 2.31kPa。 为了进一步描述荷载在路基中的分布规律，绘制各测点传感器不同车速与压应力的时程曲线，见图 4。从图 4
8、可以看出，尽管车速不同，但压应力与时间的关系曲线很相似。随着车辆驶近监测点，压应力开始增大，当车辆在土压计正上方时，压应力达到最大值，随后车辆驶离压应力逐渐减小。在距路基表面 1.0m 范围内（图中 1#、 2#、 3#传感器），压应力与时间关系曲线表现为双峰曲线，在距路基表面 1.5m 处（ 4#传感器），压应力与时间关系曲线基本上表现为单峰曲线。其原因是在路基深度较浅处，高峰、低峰分别是试验车前轴与后 轴的压应力；当达到一定深度，由于应力扩散的影响，压应力受前后轴的综合作用。 3.3 路基压应力的横向分布 根据车辆几何对称、轮迹对称、荷载对称、约束对称和应力对称的原则，以右侧轮迹带为准测试
9、了向左偏移量在 0 2.2m范围的压应力横向分布情况。由应力的扩散作用，横向作用范围与路基作用深度有关，对 4#传感器分析，结果如图 5所示。 图 5中可看出横向作用距离随荷载增大而增大，不同荷载横向作用距离大致为 1.2m、 1.4m、 1.6m、 1.8m 和 2.0m。根据不同荷载随横向偏移的衰减趋势，重载在 0 0.6m 范围内衰减很快， 300kN 荷载作用下压应力减少了 84%， 250kN 荷载作用下压应力减少了 58.8%，在随后的区间内衰减变慢，且这两种荷载工况在路基深处压应力作用范围已扩大到相邻车道，而其他荷载未出现骤变趋势。这对于多车道而言，影响路基的耐久性，因此要加强超
10、载的管理措施。 4 结论 本文通过在试槽模型路基中埋入土压计，对不同荷载、车速工况下的路基压应力进行测试，得到了路基压应力随深度的变化曲线、不同车速与压应力的变化关系、路基不同深度压应力与时间的关系曲线和路基压应力横向衰变曲 线。根据对试验结果的分析，得到以下结论： 随深度的增加路基压应力呈非线性衰减趋势，解拟合函数得到不同荷载路基中作用深度分别为 1.72m、 1.81m、 1.98m、 2.12m 和 2.33m。 路基压应力与速度呈良好的线性相关关系，随速度的增大而减小。 在路基深度较浅处，路基压应力与时间关系曲线为双峰曲线。在路基较深处，路基压应力与时间关系曲线为单峰曲线。 路基压应力
11、的横向作用距离随荷载增大而增大，对于超载车辆路基压应力作用范围已扩大到相邻车道，影响路基的耐久性，因此 要加强超载的管理措施。 参考文献： 李宏亮 .新疆乌尔禾岩沥青改性沥青的试验研究 J.公路工程， 2009，34（ 6） . 洪亮 .水泥稳定砾石骨料振动与击实成型对比试验 J.重庆交通大学学报， 2014， 33（ 6） . 周红丽 .公路路面沥青综合表面处治层质量评价方法研究 J.西部交通科技， 3（ 56） . 李俊超 .新疆干线公路路面结构设计研究 D.长安大学， 2000. 谢海巍 .新疆公路沥青路面典型结构形式研究 D.长安大学， 2011. 范杰林 .桥面铺装层层间剪应变分析 J.公路工程， 2010， 5（ 26） . 龙海翔 .路基土回弹模量湿度调整系数研究 J.公路工程， 2009， 34（ 1） . 王刚 .粗粒土干燥状态下压实研究 D.新疆农业大学， 2011. 徐毅 .交通荷载对高速公路路基影响的试验研究 D.河海大学， 2006. 课题项目： 新疆矿区资源路路基、路面关键技术研究（项目编号： 2012-09）。 作者简介： 杨波（ 1981-），男，硕士，新疆农业大学机械交通学院。
