如前所述,路基土的回弹模量是其应力水平的函数,而行车荷载作用下路基内的应力沿深度方向和水平方向均在变化。换言之,无论土体本身怎样均质和各向同性,路基内各点的模量值实际上是各不相同的。在路面结构分析与设计中要准确考虑路基回弹模量的这种变化是极其复杂的。因此,比较可行的办法是选取一个在空间上均一的当量模量值来代表空间上变化的模量,使二者在行车荷载作用下的路基顶面变形量相同。这个当量模量值可以通过路基顶面的承载板试验得到,也就是根据路基顶面在局部荷载作用下的荷载-弯沉关系来确定代表整个路基的回弹模量值。
路基顶面的荷载-弯沉关系可通过圆形承载板试验,在逐级加载并测定相应的表面弯沉量后确定,如图4-14所示。该曲线具有与土的应力-应变关系曲线相似的特性,一般为非线性,应力卸载后保留部分残余变形,但残余变形量随荷载重复作用次数的增加而迅速减小。由重复荷载试验得到的弯沉与作用次数的关系如图4-15所示,可见,加载曲线和卸载曲线基本平行,说明总变形量因塑性变形的累积而逐渐增长,但回弹变形量在重复作用过程中变化不大。
假设路基为一半无限的均质弹性体,则可由Boussinesq弹性半空间理论求得荷载与弹性弯沉之间的理论关系式。
已知在集中荷载P作用下半无限体表面距荷载作用点r处的弯沉ωr为
图4-14 荷载-弯沉曲线
图4-15 重复荷载试验曲线
式中 E0——土的弹性模量,MPa;(www.xing528.com)
μ0——土的泊松比。
压强为p的圆形均布荷载,可划分为若干个作用于微小面积上的集中力,即
由式(4-7)及式(4-8),通过积分可以得到圆形均布荷载作用下路基顶面距荷载中心点r处的弯沉关系(圆形荷载的半径为δ)。
荷载中心点(r=0)的弯沉为
荷载边缘处(r=δ)的弯沉为
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