低路堤在車輛荷載作用下響應的模型試驗

劉大鵬楊曉華++王婧

摘要：通過模型試驗研究了低路堤在車輛荷載作用下的應力和應變，分析得出：應力隨著深度的增加而非線性衰減，隨荷載的增加近似線性增加；路基范圍內的應變隨著深度的增加而減小，地基范圍內的應變也隨著深度的增加而減小。考慮了3種不同的地基狀態，得出結論：地基含水率越大，車輛荷載作用下低路堤各深度處的應力越小；路基范圍內各結構層的應變越小，地基范圍內各結構層的應變越大。

關鍵詞：低路堤；車輛荷載；模型試驗；應力

中圖分類號：U416.1文獻標志碼：B

Modelbased Testing of Response of Low Embankment Under Vehicle Load

LIU Dapeng1，2， YANG Xiaohua1， WANG Jing2

（1. School of Highway， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China； 2. School of Construction

Management， Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the response of low embankment under vehicle load， modelbased testing was adopted， and the following conclusion was made： the stress of low embankment under vehicle load attenuates nonlinearly when going deeper， whereas it increases linearly following the increase of load； strain within the subgrade and the foundation diminishes when depth increases. Another conclusion was drawn， stating that the stress of low embankment under vehicle load is lower when water in the foundation is richer； strain within the subgrade drops， while it increases within the foundation.

Key words： low embankment； vehicle load； modelbased testing； stress

0引言

低路堤指的是填土高度小于路基工作區深度的路堤。由于其填筑高度小，所需的路基填料以及占用的土地均較少，可節約寶貴的土地資源，且易與自然景觀融為一體，對自然生態環境影響小，是一種資源節約型和環境友好型路堤，是中國公路建設未來發展的一個重要方向。由于低路堤的一部分地基位于路基工作區范圍內，加之人們對低路堤在車輛荷載作用下的工程特性缺乏了解，導致在設計過程中所選取的參數不準確，使路基易出現早期破壞現象，產生較大的沉降且引起路面開裂，降低了道路的服務水平。因此，為了更好地使低路堤得到推廣應用，首先需要明確低路堤在車輛荷載作用下的響應。

對于路基在車輛荷載作用下的響應問題，國內外學者從理論分析、數值模擬、模型試驗和現場實測等方面進行了較多的研究[12]。湯連生等基于傳遞矩陣的方法建立交通荷載作用下路基土應力分析模型，得到了路基土不同深度處動靜應力的變化規律，并探討了相關因素對動靜應力的影響[3]。牛璽榮等基于布辛奈斯克理論分別計算了不同應力擴散角時集中輪載和分布輪載作用下路基不同深度和基底的應力[4]。盧正等采用Fourier變換技術，將路面看作3層體系，分別計算了不同工況時的路基動應力[5]。數值模擬方面，陳劍等采用有限元軟件建立了路基三維分析模型，計算了路基土在不同類型交通荷載作用下的響應，得出了交通荷載對路基土的影響范圍[6]。劉大鵬等基于新疆綠洲荒漠地區的路面結構，建立了三維模型，分析了不同條件下路基不同深度處的應力，并計算了路基工作區的深度[7]。鄒靜蓉等采用3種不同的路基材料，進行了室內大比例尺模型試驗，分析了不同加載大小、加載次數和加載頻率時，動應力、應變和累積塑性變形的變化規律[8]。王晅等測試了軸重不同和車速不同的重載交通在不同車道行駛時路基不同深度處的動應力[9]。石峰等現場實測了重載交通荷載作用下季節性凍土地區路基不同深度處的動應力，并分析了軸重和車速對動應力的影響規律[10]。

對于低路堤在車輛荷載作用下的響應問題，目前的研究還較少，本文通過1∶1模型，試驗研究低路堤在車輛荷載作用下的應力和應變問題，分析地基濕度狀況對應力和應變的影響規律。

1試驗

1.1模型尺寸

中國現行道路設計規范采用的標準軸載為BZZ100，即雙輪組單軸軸重為100 kN，一側輪重為50 kN，輪距為1.8 m。考慮到模型造價和車輛荷載的傳遞情況，本次試驗計算得到1個車輪荷載的擴散范圍，依據該值并考慮富余量，按照1∶1的比例，設計了模型箱尺寸，具體尺寸為：長3 m，寬15 m，高15 m。

在模型箱內填筑地基和路基，厚度分別為70 cm和80 cm，基層厚度為40 cm，面層厚度為12 cm，基層和面層放置在模型箱的頂部。

1.2試驗材料

面層采用AC16瀝青混凝土，基層采用水泥穩定碎石，其中水泥含量為4%～6%。路基采用新疆綠洲荒漠地區的礫類土，地基采用西安黃土和風積沙的混合料，風積沙與黃土的質量比為5∶1。