淺談土基的力學強度特征

李春鳳

(牡丹江市公路管理站)

1 路基受力狀況

路基承受著路基自重力和汽車輪載兩種荷載。在路基上部靠近路面結構的一定深度范圍內(nèi)，路基土主要承受車輛荷載的影響。正確的設計應使得路基所受的力在路基彈性限度范圍內(nèi)，而當車輛駛過后，路基能恢復原狀，以保證路基相對穩(wěn)定，路面不致引起破壞。

路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應力，可以用近似式(1)計算。計算時，假定車輪荷載為一圓形均布垂直荷載，路基為一彈性均質(zhì)半空間體(圖1)，則

式中：P為側輪軸荷載，kN;K為系數(shù)，一般取K=0．5;z為荷載中心下應力作用點的深度，m。

路基土本身自重力在路基內(nèi)深度為Z處所引起的垂直壓應力σB按式(2)計算

式中：γ為土的重度，kN/m3;Z為應力作用點深度，m。

雖然路面結構材料重度比路基土的重度略大，但是結構層的厚度相對于路基某一深度而言，這個差別可以忽略，仍可近似視作為均質(zhì)土體。

路基內(nèi)任一點處的垂直應力包括由車輪荷載引起的和由土基自重力引起的，兩者的共同作用，如圖1所示。

圖1 土基中應力分布圖

2 路基工作區(qū)

在路基某一深度處，當車輪荷載引起的垂直應力σz與路基土自重力引起的垂直應力σB相比所占比例很小，僅為1/10～1/5時，該深度Za范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。在工作區(qū)范圍內(nèi)的路基，對于支承路面結構和車輪荷載影響較大，在工作區(qū)范圍以外的路基，影響逐漸減少。確定路基工作區(qū)深度Za，即

從而得到

式中：n為系數(shù)，取n=5～10;Za為路基工作區(qū)深度，m。

其他符號含義同前式。

由式(3)可見，路基工作區(qū)隨車輪荷載的加大而加深。表1列出了各種型號的汽車對應的路基工作區(qū)深度。

表1 路基工作區(qū)深度表

路基工作區(qū)內(nèi)，土基的強度和穩(wěn)定性對保證路面結構的強度和穩(wěn)定性極為重要，對工作區(qū)深度范圍內(nèi)的土質(zhì)選擇，路基的壓實度應提出較高的要求。

當工作區(qū)深度大于路基填土高度時，見圖2，行車荷載作用不僅施加于路堤，而且施加于天然地基的上部土層，因此，天然地基上部土層和路堤應同時滿足工作區(qū)的要求，均應充分壓實。

圖2 工作區(qū)深度和路基高度