土基的受力與強(qiáng)度

1、-作者xxxx-日期xxxx土基的受力與強(qiáng)度【精品文檔】土基的受力與強(qiáng)度1、路基的受力路基的受力路基在工作過程中，同時(shí)受到由路面上傳遞下來的車輛荷載，以及路基和路面的自重作用，圖2-4-1為土質(zhì)路基受力時(shí)，不同深度Z范圍內(nèi)的應(yīng)力分布圖。圖2-4-1土基中沿深度的應(yīng)力分布示意圖為為車輛荷載引起的應(yīng)力；為為土基自重引起的應(yīng)力；為為應(yīng)力之和其中，為車輪荷載在土基內(nèi)部任一點(diǎn)產(chǎn)生的豎向壓應(yīng)力，把車輪荷載簡(jiǎn)化為集中荷載時(shí)，可按布辛奈斯克（）公式進(jìn)行計(jì)算，即：為使用方便，上式可簡(jiǎn)化為：式中P為車輛荷載，kN；Z為荷載下的垂直深度，m；K為為應(yīng)力系數(shù)，土基自重引起的壓應(yīng)力用下式計(jì)算：式中：為為土的容重，kN/

2、m3。因此，土基中任一點(diǎn)受到的豎向壓應(yīng)力Z為：1.2、路基工作區(qū)可見，車輛荷載產(chǎn)生的垂直應(yīng)力隨深度的增加而減小，自重應(yīng)力則隨深度的增加而增大，因此，車輪荷載在土基中產(chǎn)生的應(yīng)力與土基自重應(yīng)力之比/亦隨之急劇變小。2、土基的強(qiáng)度指標(biāo)土基是路面結(jié)構(gòu)的支承體，車輪荷載通過路面?zhèn)鞯酵粱Ｒ虼送粱膹?qiáng)度和變形特性對(duì)路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度有很大影響。在路面結(jié)構(gòu)的總變形中，土基的變形占很大部分，約為7095。路面結(jié)構(gòu)的破壞，除其本身原因外，也主要由于土基過大變形所引起。因此，研宄土基的強(qiáng)度和變形特性對(duì)路面設(shè)計(jì)具有重要意義。土基的應(yīng)力為為應(yīng)變特性在一定應(yīng)力范圍內(nèi)，理想線彈性體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈線性特性。當(dāng)應(yīng)力

3、消失時(shí)，應(yīng)變亦隨之消失，恢復(fù)到初始狀態(tài)。由于路基土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包括固相、液相和氣相。固相又由不同礦物成分、不同粒徑的顆粒組成。因此路基土在應(yīng)力作用下的變形特性同理想線彈性材料有很大區(qū)別。圖2-4-2是用壓入承載板試驗(yàn)所得的土基豎向變形I與壓力p之間的關(guān)系曲線，圖中的曲線變化大致可分3個(gè)階段。I階段為為彈性變形階段在此階段內(nèi)，卸載后，變形可以恢復(fù)，土基受到彈性壓縮，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線呈近似直線。II階段為為塑性變形階段在此階段內(nèi)，外力增大，變形發(fā)展較快，卸載后，變形不能完全恢復(fù)。其中，能夠恢復(fù)的變形，叫彈性變形；不能恢復(fù)的變形，叫塑性變形（或殘余變形）。在此階段范圍內(nèi)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

4、呈曲線。III階段為為破壞階段應(yīng)力繼續(xù)增大，變形急劇增大，土體已失去抵抗變形的能力，表明土體已破壞。圖2-4-2土基的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線土基在外力作用下表現(xiàn)出的這種應(yīng)力應(yīng)變特性叫土基的非線性。非線彈性體的土基的彈性模量E并不是一個(gè)常數(shù)。在重復(fù)荷載作用下土基將產(chǎn)生變形累積，使路面產(chǎn)生變形和破壞。表征土基強(qiáng)度的指標(biāo)路基在外力作用下，將產(chǎn)生變形，路基強(qiáng)度是指路基抵抗外力作用的能力，亦即抵抗變形的能力。在一定應(yīng)力作用下，變形愈大，土基強(qiáng)度愈低；反之，則表明土基強(qiáng)度愈高。根據(jù)土基簡(jiǎn)化的力學(xué)模型不同，以及土體破壞的原因不同，國(guó)內(nèi)外表征土基強(qiáng)度的指標(biāo)主要有以下幾種。（1）彈性模量把土基簡(jiǎn)化為一彈性半空間體，

5、用彈性模量表征其應(yīng)力應(yīng)變特性，并作為土基的強(qiáng)度指標(biāo)。為模擬車輪印跡的作用，通常以圓形承載板壓入土基的方法測(cè)定其彈性模量（圖2-4-2）。根據(jù)彈性力學(xué)原理，用圓形承載板測(cè)試計(jì)算土基回彈模量的公式為：式中：為土基的彈性模量，MPa；L為承載板的沉降值，m；D為承載板的直徑，m；為；P為承載板壓力，MN。由于承載板測(cè)試彈性模量的野外測(cè)試速度較慢，因此工程中常用標(biāo)準(zhǔn)汽車作卸載試驗(yàn)，根據(jù)測(cè)得的回彈變形（回彈彎沉）計(jì)算土基回彈模量值，公式為：、式中：P為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)車的輪胎壓力，kPa；D為試驗(yàn)車輪跡當(dāng)量圓直徑，cm；為；為土基不利季節(jié)的計(jì)算彎沉值，cm，取平均值加兩倍方差。與用承載板作加載測(cè)試相比，兩者結(jié)果

6、相差不大，但后者測(cè)試工作大為簡(jiǎn)化。（2）土基反應(yīng)模量圖2-4-3文克勒地基力學(xué)模型在剛性路面設(shè)計(jì)中，除用彈性模量表征土基強(qiáng)度外，亦常用土基反應(yīng)模量K$作為指標(biāo)。該力學(xué)模型假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力與該點(diǎn)的撓度成正比，而與其他點(diǎn)無關(guān)，即土基相當(dāng)于由互不聯(lián)系的彈簧組成（圖2-4-3）。這種地基力學(xué)模型首先由捷克工程師文克勒（）提出，因此，又叫文克勒地基。地基反應(yīng)模量K，為壓力p與沉降l之比，即：地基反應(yīng)模量值，用承載板試驗(yàn)確定。承載板的直徑規(guī)定為76cm。測(cè)試方法與回彈模量測(cè)試方法相類似，但釆用一次加載法，施加的荷載由兩種方法控制：當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)，用0.127cm的沉降控制承壓板的荷載；若地基較為堅(jiān)

7、硬，沉降難以達(dá)到0.127cm時(shí)，以單位壓力p=0.07MPa控制承載板的荷載。（3）CBR（CaliforniaBearingRatio）值（加州承載比）加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定土基及其他路面材料承載力的指標(biāo)。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并釆用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，它們的相對(duì)比值即為CBR值。（）時(shí)的單位壓力，直到總深度達(dá)到1.27cm為止，此時(shí)的貫入單位壓力與達(dá)到該貫入深度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力之比即得土基的CBR值，即：式中：P為為對(duì)應(yīng)于某一貫入度的土基單位壓力，MPa；ps為為與土基貫入度相同的標(biāo)準(zhǔn)單位壓力（見表2-4-1），MPa。表2-4-1標(biāo)準(zhǔn)壓力

8、值貫入度/標(biāo)準(zhǔn)壓力/MPaCBR試驗(yàn)設(shè)備有室內(nèi)試驗(yàn)與室外試驗(yàn)兩種。室內(nèi)CBR試驗(yàn)裝置如圖2-4-4所示。試件按路基施工時(shí)的含水量及壓實(shí)度要求在試筒內(nèi)制備，并在加載前浸泡在水中飽水4d。為模擬路面結(jié)構(gòu)對(duì)土基的附加應(yīng)力，在浸水過程中及壓入試驗(yàn)時(shí)，在試件頂面施加環(huán)形砝碼，其重量根據(jù)預(yù)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)重量確定，但不得小于45.3N。試件浸水至少淹沒頂部2.54cm。CBR值的野外試驗(yàn)方法基本與室內(nèi)試驗(yàn)相同，但其壓入試驗(yàn)直接在土基頂面進(jìn)行。圖2-4-4CBR試駘裝詈示意圖以上三項(xiàng)指標(biāo)，都表征特定力學(xué)模型下土基的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系。但由于土基是非線彈性體，其強(qiáng)度還隨土質(zhì)、密實(shí)度、水溫狀況及自然條件而變，因此，在應(yīng)用各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行路面設(shè)計(jì)和對(duì)土基強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，必須與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法相配合，把路基路面的設(shè)計(jì)力學(xué)模型與具體條件和要求聯(lián)系起來。（4）抗剪強(qiáng)度指標(biāo)土的抗剪強(qiáng)度指土體抵抗剪切破壞的能力。土的抗剪強(qiáng)度對(duì)分析土坡穩(wěn)定以及擋土墻后土壓力計(jì)算具有十分重要的意義。土的抗剪強(qiáng)度通常用庫侖公式表示：式中：為土的抗剪強(qiáng)度，kPa；為剪切破壞面上的法向總應(yīng)力，kPa；c為土的單位粘聚力，kPa；為土體的內(nèi)摩阻角。c、值即為土的抗剪