路基的基本性质教学课件PPT 30页

'第二章路基的基本性质§2-1路基土的分类§2-2路基湿度状况与干湿类型§2-3路基土的力学强度特性（跟教材稍有不同）§2-4路基的承载力 §2-1路基土的分类一般根据土颗粒的粒径组成，土颗粒的矿物成分或其余物质的含量，土的塑性指标进行区划。我国将土分为巨粒土，粗粒土，细粒土和特殊土四类，并进一步细分为11+1种土。巨粒组（大于60mm的颗粒）质量多于总质量15%的土称为巨粒土。粗粒土分砾类和砂类两种，巨粒组土粒质量小于或等于15%，且砾粒组（2～60mm颗粒）质量多于50%的土称为砾类土；砾粒组小于或等于50%的土称为砂类土细粒组（小于0.074mm的颗粒）质量多于总质量50%的土总称为细粒土。细粒土中粗粒组（2～60mm颗粒）质量小于总质量25%的土称为细粒土，粗粒组质量为总质量25%～50%的土称为含粗粒的细粒土。特殊土主要包括黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土+冻土。 一、路基土的分类依据颗粒组成、土的塑性指数和土质化学成分为4类11+1种细中粗细中粗粘粒粉粒砂砾（角砾）卵石（小块石）漂石（块石）细粒组粗粒组巨粒组200602050.50.250.07420.002（mm） 二、各种土的路用性质（一）巨粒土1.漂石——用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，不能用于路基填筑2.卵石——用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，是强度和稳定性都好的路基填料，但是不能用于路基上层填筑（二）粗粒土1.砾类土——是强度和稳定性都好的路基填料；级配和强度等性质优良的砾石或砂砾用作混合材集料（水泥混凝土或贫混凝土等）2.砂类土（1）砂——纯粹的砂是强度和稳定性都好的路基填料，同时也用于其他混合材集料，细砂或粉砂容易产生被动水携带、砂土液化或管涌，不适用于高路堤、沿河路堤和堤坝（2）砂性土——是强度和稳定性都好的优良路基填料 （三）细粒土1.粉质土——强度低，干缩，毛细作用强，是不良路基填料2.粘质土——透水性小，干缩湿胀，不适用于水湿状况剧烈变化地区，可用于干旱地区路堤填筑或某些特殊部位，也可以用来与砂土拌合后形成砂性土使用3.有机质土——不宜用作路基填料（四）特殊土——不宜用作路基填料 三、路基土的工程分级（补充）（一）分级目的用于工程可行性研究或概、预算编制，工程施工难易程度评价和技术手段运用的依据（二）分级依据凿岩机或人工钻孔1m所需要的时间——较软爆破1m3所需炮眼长度——较坚（三）等级Ⅰ级——松土Ⅱ级——普通土Ⅲ级——硬土Ⅳ级——软石Ⅴ级——次坚石Ⅵ级——坚石 §2-2路基湿度状况及干湿类型一、路基湿度的来源路面的强度与稳定性在很大程度上与路基的湿度以及大气温度引起的路基的水温状况有密切的关系。路基湿度的水源可分为以下几个方面：（1）大气降水（2）地表水（3）地下水（4）水蒸气凝结水（5）薄膜移动水 渗入路面渗入路肩由路肩由边沟由较高处渗入地下水位水汽移动由地下水地下水位变动 二、大气温度及其对路基水温状况的影响路基湿度除了水的来源之外，另一个重要因素是受当地大气温度的影响。由于湿度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。对于渗透性较高的砂性土和渗透性很低的粘性土，水分都不容易积聚，因此不易发生冻胀与翻浆；而对于粉性土和极细砂则由于毛细水活动能力强，极易发生冻胀与翻浆。冻胀翻浆 三、路基干湿类型路基按其干湿状态不同分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。一般要求路基处于干燥或中湿状态。上述四种干湿类型以分界稠度ωc1,ωc2和ωc3来划分。稠度ωc定义为土的含水量ω与土的液限ωL之差与土的塑限ωp与液限ωL之差的比值。即ωc=（ωL-ω）/（ωL-ωp）1.ωc=1.0,即ω=ωp，为半固体与硬塑状的分界值；2.ωc=0,即ω=ωL，为流塑与流动状的分界值；3.1.0﹥ωc﹥0，即ωL﹥ω﹥ωp，土处于可塑状态。 按照经验，给出wc1、wc2、wc3,,分别对应做为干燥、中湿、潮湿、过湿的分界标准，叫做分界稠度。并通过针对各种土类的试验，确定类似下图的关系确定相应的分界相对含水量w1、w2、w3,和临界（或相对）高度h1、h2、h3地下水位高度地下水位与土的平均稠度地下水位与土的相对含水量路基路面 为了保证路基的强度和稳定性不受地下水及地表积水的影响，在设计路基时，要求路基保持干燥或中湿状态，路槽底距地下水或地表积水的距离，要大于或等于干燥，中湿状态所对应的临界高度。不同土质和自然区的路基临界高度见P25表2-8所示。 §2-3土基的力学强度特性一.路基受力状况1.车轮荷载作用下的垂直应力：（2-10）2.路基自重作用下的垂直压应力：（2-11） 二.路基工作区1.路基工作区概念：在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/10~1/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区2.路基工作区深度Za： 三、路基土的应力－应变特性路基土的变形包括弹性变形和塑性变形，过大的塑性变形导致沥青路面出现车辙和纵向不平整，会导致水泥混凝土路面板的断裂。在柔性路面结构中，土基的变形占很大部分。土基土的组成包括固相、液相和气相三部分（三相体）。路基土在应力作用下呈现的变形特性同理想的线弹性体有很大区别。土基的应力应变关系除了出现非线性特性以外，还表现出塑性性质。即当荷载完全卸除时，变形不会全部恢复。（残余变形或塑性变形） （一）.路基土变形弹性变形过大疲劳开裂塑性变形过大沥青路面车辙和纵向不平整水泥混凝土路面板块断裂 （二）.路基土应力-应变特性研究1.压入承载板试验：以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面，逐级加荷卸荷，记录所施加的荷载及引起的沉降变形，绘出土基顶面压应力与回弹变形的关系曲线。（1）方法： （2）土基回弹模量计算：式中：l—承载板的回弹变形，mμ—土体的泊松比E并不是常数2.三轴试验：土基的应力-应变呈现非线性特性 3.土基应力-应变的弹塑性性质模量表示初始切线模量切线模量割线模量回弹模量 四、重复荷载对路基土的影响重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积。一是土体逐渐被压密，每次的塑性变形量逐渐减小，直至最后稳定，这种不会导致土体产生剪切破坏；二是每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土体整体破坏的剪裂面，最后达到破坏。 §2-4路基承载力以一定应力级位下的抗变形能力表征回弹模量、地基反应模量、参数指标加州承载比一.土基回弹模量反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形能力，可应用弹性理论方法：承载板法 1.柔性压板：（1）接触压力为常量：（2）压板中心处挠度：（3）压板边缘处挠度： 2.刚性压板：土基顶面挠度为常量，接触压力随r成马鞍形分布 二.地基反应模量用温克勒地基模型描述土基工作状态1.地基反应模量K定义：根据温克勒地基假定，土基顶面任一点的弯沉L仅与作用于该点的垂直压力p成正比，而同相邻点处压力无关，则压力p与弯沉l之比称为地基反应模量K，即：K=p/lkN/m32.试验方法：承载板法板直径：76cm加载方式：一次加载到位 施加荷载量地基较软弱：用0.127cm的弯沉量控制荷载地基较坚实：以单位压力p＝70kPa控制荷载载荷板直径影响：直径越小，K值越大K76=0.4K30（2-25）地基回弹反应模量：KR=1.77K（2-26） 三.加州承载比（CBR）1.加州承载比定义：承载力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高标准碎石为标准，以它们的相对比值表示2.试验方法：用端部面积为19.35cm2的标准压头，以0.127cm/min的速度压入土中，记录每贯入0.254cm的单位压力，直至压入深度为1.27cm为止，则：（2-27） §2-5路基的变形破坏及防治(补充)一.路基的主要病害1.路基沉陷路基沉陷：路基表面在垂直方向产生较大的沉落。路基沉缩：路基填料不当，填筑方法不合理，在路基内部形成过湿的夹层等因素，在荷载和水温综合作用下，引起路基沉缩。地基沉陷：原天然地面承载力极低，路基修筑前未处理，在路基自重作用下，地基下沉或向两侧挤出 2.边坡滑塌溜方：由于少量土体沿土质边坡向下移动所形成。滑坡：一部分土体在自重作用下沿某一滑动面滑动。边坡坡度过陡；边坡坡脚被冲刷淘空；填土层次安排不当边坡高度和坡度与天然岩土层次性质不适应；粘性土层和蓄水的砂石层交替蕴藏；有倾向于路堑方向的斜坡层理存在堤滑坡原因：堑滑坡原因： 4.路基沿山坡滑动：在较陡的山坡填筑路基，路基底部被水浸湿，坡角又未进行必要的支撑，在荷载作用下，整个路基沿倾斜的原地面向下滑动，路基整体失稳。5.不良地质和水文条件造成的路基破坏：公路通过不良地质条件（如泥石流、溶洞等）和较大的自然灾害（如大暴雨）地区，均可能导致路基大规模破坏。3.碎落和崩塌：路堑边坡风化岩层表面，在大气温度、湿度以及冲刷、动力作用下，表面岩石从坡面剥落下来，向下滚落。 二.路基病害的防治正确设计路基横断面选择良好的路基用土采取正确的填筑方式，充分压实路基适当提高路基，防止水分进入路基工作区必要时设计隔离层、隔温层及砂垫层采取边坡加固、修筑挡土结构物等防护技术措施正确的进行排水设计'