低路堤在车辆荷载作用下响应的模型试验

刘大鹏杨晓华++王婧

摘要：通过模型试验研究了低路堤在车辆荷载作用下的应力和应变，分析得出：应力随着深度的增加而非线性衰减，随荷载的增加近似线性增加；路基范围内的应变随着深度的增加而减小，地基范围内的应变也随着深度的增加而减小。考虑了3种不同的地基状态，得出结论：地基含水率越大，车辆荷载作用下低路堤各深度处的应力越小；路基范围内各结构层的应变越小，地基范围内各结构层的应变越大。

关键词：低路堤；车辆荷载；模型试验；应力

中图分类号：U416.1文献标志码：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区深度的路堤。由于其填筑高度小，所需的路基填料以及占用的土地均较少，可节约宝贵的土地资源，且易与自然景观融为一体，对自然生态环境影响小，是一种资源节约型和环境友好型路堤，是中国公路建设未来发展的一个重要方向。由于低路堤的一部分地基位于路基工作区范围内，加之人们对低路堤在车辆荷载作用下的工程特性缺乏了解，导致在设计过程中所选取的参数不准确，使路基易出现早期破坏现象，产生较大的沉降且引起路面开裂，降低了道路的服务水平。因此，为了更好地使低路堤得到推广应用，首先需要明确低路堤在车辆荷载作用下的响应。

对于路基在车辆荷载作用下的响应问题，国内外学者从理论分析、数值模拟、模型试验和现场实测等方面进行了较多的研究[12]。汤连生等基于传递矩阵的方法建立交通荷载作用下路基土应力分析模型，得到了路基土不同深度处动静应力的变化规律，并探讨了相关因素对动静应力的影响[3]。牛玺荣等基于布辛奈斯克理论分别计算了不同应力扩散角时集中轮载和分布轮载作用下路基不同深度和基底的应力[4]。卢正等采用Fourier变换技术，将路面看作3层体系，分别计算了不同工况时的路基动应力[5]。数值模拟方面，陈剑等采用有限元软件建立了路基三维分析模型，计算了路基土在不同类型交通荷载作用下的响应，得出了交通荷载对路基土的影响范围[6]。刘大鹏等基于新疆绿洲荒漠地区的路面结构，建立了三维模型，分析了不同条件下路基不同深度处的应力，并计算了路基工作区的深度[7]。邹静蓉等采用3种不同的路基材料，进行了室内大比例尺模型试验，分析了不同加载大小、加载次数和加载频率时，动应力、应变和累积塑性变形的变化规律[8]。王晅等测试了轴重不同和车速不同的重载交通在不同车道行驶时路基不同深度处的动应力[9]。石峰等现场实测了重载交通荷载作用下季节性冻土地区路基不同深度处的动应力，并分析了轴重和车速对动应力的影响规律[10]。

对于低路堤在车辆荷载作用下的响应问题，目前的研究还较少，本文通过1∶1模型，试验研究低路堤在车辆荷载作用下的应力和应变问题，分析地基湿度状况对应力和应变的影响规律。

1试验

1.1模型尺寸

中国现行道路设计规范采用的标准轴载为BZZ100，即双轮组单轴轴重为100 kN，一侧轮重为50 kN，轮距为1.8 m。考虑到模型造价和车辆荷载的传递情况，本次试验计算得到1个车轮荷载的扩散范围，依据该值并考虑富余量，按照1∶1的比例，设计了模型箱尺寸，具体尺寸为：长3 m，宽15 m，高15 m。

在模型箱内填筑地基和路基，厚度分别为70 cm和80 cm，基层厚度为40 cm，面层厚度为12 cm，基层和面层放置在模型箱的顶部。

1.2试验材料

面层采用AC16沥青混凝土，基层采用水泥稳定碎石，其中水泥含量为4%～6%。路基采用新疆绿洲荒漠地区的砾类土，地基采用西安黄土和风积沙的混合料，风积沙与黄土的质量比为5∶1。