南方湿热地区路基平衡含水率预估及强度与永久变形的湿度依赖性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51108048
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
26.0万
负责人：
张军辉
依托单位：
长沙理工大学
学科分类：
E0809.道路与轨道工程
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
杨和平；刘龙武；李友云；杨博；张涛；梁忠善；
关键词：
湿度依赖性平衡含水率永久变形强度土水特征曲线

项目摘要

建造耐久性路基是节约资源、降低全寿命周期成本的战略性举措，符合国家中长期科技发展规划。南方地区由于受湿热环境气候及土质、地质复杂条件影响，道路路基内部的湿度状态随时间和空间的变化而变化，导致路基的强度和变形具有显著的湿度依赖性，直接影响其持久稳定。而国内外在此方面的研究尚不深入。.本项目针对南方湿热地区路基湿度状态不稳定的现状，首先基于有荷条件下典型路基土土水特征曲线和基质吸力模型，提出路基土平衡含水率的预估方法；然后，创新循环荷载作用下路基土力学行为特性的三轴试验方法，建立路基土回弹模量和永久变形的预估模型，同时考察其湿度依赖性；并结合安定理论和能量耗散观点，建立南方湿热地区典型路基土shakedown破坏包络线和确定其临界应力水平。最后，针对各部分研究内容开展室内外试验验证研究。项目研究成果对完善我国耐久性路基建造技术，提高行业科技水平，延长路基使用寿命具有重要的经济效益和社会效益。

结项摘要

建造耐久性路基是节约资源、降低全寿命周期成本的战略性举措，符合国家中长期科技发展规划。南方地区由于受湿热环境气候及土质、地质复杂条件影响，道路路基内部的湿度状态随时间和空间的变化而变化，导致路基的强度和变形具有显著的湿度依赖性，直接影响其持久稳定。.考虑到已有研究在土水特征曲线的应力相关性和吸力控制范围上的不足，提出了综合采用轴平移技术、渗析技术和蒸汽平衡技术的南方湿热地区路基土有荷条件下的持水特性试验方法；选取南方湿热环境典型路基土开展了0、30kPa和60kPa的竖向应力下的土水特征曲线研究，得到了土水特征曲线参数；选取典型断面，对运行10多年的老路边坡进行了人工开挖，测试了路基内部含水率；对南方湿热气候条件下黏土路基运营10年的湿度、变形和边坡稳定性进行了数值模拟计算，揭示了黏土路基水汽迁移演化与湿度平衡规律；结合现场路基断面的人工开挖和基于有荷条件下的路基湿度数值模拟方法，建立了湿热地区路基土平衡含水率预估方法，得到了平衡含水率建议值；在对南方湿热地区十条典型高速公路路面结构的调查后，得到了典型路面结构下路基土受力范围，创新制定了路基土重复荷载三轴试验方案；分析了路基土含水率从最佳含水率到平衡含水率的动态回弹模量和永久变形的变化规律，揭示了其湿度依赖性，分别建立了动态回弹模量和永久变形的预估模型，给出了典型路基土回弹模量建议值；结合安定理论和能量耗散观点，得到了典型路基土临界应力包络线。通过足尺模型试验，揭示了干湿循环作用下路基边坡湿度变化规律；进行了路基内部湿度长期变化的现场测试研究，并对红黏土路基变形进行了监测，从而验证了本课题提出的路基平衡含水率计算方法等的合理性。