歐陽衛(wèi)鋒 王業(yè)駒 王志鑫

（1.新疆交通科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830000;2.廣州博廈建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510623）

一、引言

回彈模量是路基設(shè)計中的一個重要參數(shù)，靜態(tài)回彈模量操作方便，應(yīng)用范圍較廣泛。但在車輛反復(fù)動力荷載的作用下，路基土的回彈模量在不同應(yīng)力狀態(tài)和外界環(huán)境作用下有較大差異。

本文以湖南永州地區(qū)的紅黏土為研究對象，紅黏土的基本物理力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1 路基土的性質(zhì)參數(shù)

關(guān)于紅黏土路基的回彈模量研究主要存在以下問題：

采用室內(nèi)小承載板法測定的靜態(tài)回彈模量沒有考慮不同級位側(cè)向壓力的作用，測定的力學(xué)特性與路基土現(xiàn)場的應(yīng)力狀態(tài)不一致；現(xiàn)場承載板法工序繁雜，較少采用。

紅黏土路基對應(yīng)力狀態(tài)有依賴性，不同的圍壓、偏應(yīng)力等指標均會影響路基土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。用承載板法測定靜態(tài)回彈模量時，圍壓是恒定不變的。

二、試驗

通過承載比試驗測定的CBR值可推算出路基土材料的模量值；通過小承載板法可直接測得土的靜態(tài)回彈模量；通過重復(fù)加載三軸試驗，可對試件施加不同的圍壓和偏應(yīng)力，測得動態(tài)回彈模量。

經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)，不同應(yīng)力狀態(tài)下材料的回彈模量值有較大浮動。針對同一種路基土填料，采用不同的回彈模量測試方法對比不同試驗方法得到的回彈模量值，有助于進一步分析路基土材料的應(yīng)力-應(yīng)變特性。

鑒于此，本文采用傳統(tǒng)方法測定材料的靜態(tài)回彈模量，采用重復(fù)加載三軸試驗的方法測定路基土的動態(tài)回彈模量，并分析了不同試驗方法下試驗結(jié)果的差異性。

（一）靜態(tài)回彈模量試驗

通過基本的物理力學(xué)性能試驗，得出路基土材料的最佳含水率和最大干密度，進而測定最佳含水率狀態(tài)下路基土的加州承載比。CBR值與回彈模量具有相關(guān)性，通過CBR值可推算出路基土的靜態(tài)回彈模量值。

本文采用承載板法測定了最佳含水率和93%壓實度條件下的靜態(tài)回彈模量值。

1.CBR試驗

加州承載比是一個表示路基及路面材料強度的指標，能夠表征材料局部抵抗塑性變形的能力。以達到某一變形水平時路基土材料所能承受的力與標準碎石所能承受的力的比值來表示。本文測定的最佳含水率條件下的路基土CBR值的試驗結(jié)果如表2所示。

表2 最佳含水率條件下土的CBR試驗結(jié)果

試驗測得最佳含水率條件下紅黏土路基的CBR值為13.96%，通過《公路路基設(shè)計規(guī)范》JTG D30-2015中規(guī)定的CBR值與回彈模量的關(guān)系得到回彈模量為94.2MPa。

2.靜態(tài)回彈模量試驗

室內(nèi)靜態(tài)回彈模量的測試方法有承載板法和強度儀法。本文中采用承載板法測試紅黏土路基靜態(tài)回彈模量，紅黏土路基靜態(tài)回彈模量試驗結(jié)果如表3所示。

表3 紅黏土路基靜態(tài)回彈模量試驗結(jié)果

采用承載板法測得紅黏土路基單位壓力下的回彈變形量，計算得出三組平行試件的回彈模量分別為102.9MPa、102.1MPa和108.2MPa，平均值為104.4MPa。

（二）重復(fù)加載三軸試驗

本文采用動三軸儀進行重復(fù)加載三軸試驗，試件尺寸為Φ100mm×200mm的圓柱形試件，成型方法為靜壓成型。三軸試驗加載波形為半正弦波，加載頻率為1HZ，加載時間為0.2s，間歇時間為0.8s，作用次數(shù)為150次，預(yù)載次數(shù)為1500次。

本文擬定采用的圍壓為10kPa、20kPa、30kPa、40kPa；偏應(yīng)力為10kPa、20kPa、30kPa、40kPa。體應(yīng)力為3倍圍壓和偏應(yīng)力之和，偏應(yīng)力的范圍為40kPa～160kPa，試驗所取的應(yīng)力范圍基本涵蓋了紅黏土路基的應(yīng)力狀態(tài)。

在計算回彈模量時，應(yīng)測定在93%壓實度和最佳含水率時，不同應(yīng)力狀態(tài)下的回彈模量值，并在各應(yīng)力級位下分別加載150次，取最后5次回彈模量的平均值作為該應(yīng)力級位下的回彈模量。在93%的壓實度，23%的含水率時，不同應(yīng)力狀態(tài)下的試驗結(jié)果如表4所示。

表4 不同應(yīng)力狀態(tài)下路基土動態(tài)回彈模量試驗結(jié)果

由表4可以看出，動三軸試驗的動模量結(jié)果分布范圍為98.08MPa～163.36MPa，浮動值為65.28MPa，應(yīng)力狀態(tài)對回彈模量有較大影響。在圍壓為20kPa，偏應(yīng)力為40kPa時的動回彈模量為106.78MPa；在圍壓為10kPa，偏應(yīng)力為20kPa時的動回彈模量為100.9MPa。

承載板法測得的靜態(tài)回彈模量平均值為104.4MPa，與動三軸在圍壓為20kPa，偏應(yīng)力為40kPa時的試驗結(jié)果相比相對較小，可以反映出在較不利的應(yīng)力狀態(tài)下路基土的回彈模量，即圍壓較小偏應(yīng)力較大時的情況。

三、結(jié)論

本文采用不同的試驗方法得到了不同的回彈模量值，對比總結(jié)如下：

通過承載比試驗測得最佳含水率條件下紅黏土路基的CBR值為13.96%，出回彈模量為94.2MPa;通過室內(nèi)承載板法測得最佳含水率和93%壓實度下的紅黏土靜態(tài)回彈模量為104.4MPa；通過模量的動三軸試驗可知，在不同壓實度和含水率條件下，動態(tài)回彈模量有較大的浮動范圍，模量在84MPa～173MPa之間變化。

不同應(yīng)力狀態(tài)下路基土回彈模量的浮動值為65.28 MPa，以室內(nèi)測得的某種特定條件下的回彈模量對路基進行設(shè)計，不具備代表性。考慮到應(yīng)力狀態(tài)的動態(tài)回彈會有較大浮動，有必要對回彈模量準確預(yù)估，并給出動模量參考值。

承載板法測得的靜態(tài)回彈模量平均值為104.4MPa，與動三軸在圍壓為20kPa，偏應(yīng)力為40kPa時的試驗結(jié)果基本相當。

由CBR值計算得出的回填模量值和承載板法測得的回填模量值相對較小，可以反映出在較不利的應(yīng)力狀態(tài)下路基土的回彈模量，即圍壓較小偏應(yīng)力較大時的情況，用于工程相對保守。