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申请/专利权人：湖南省交通规划勘察设计院有限公司;湖南省衡永高速公路建设开发有限公司;中南大学;高速铁路建造技术国家工程研究中心;广西路建工程集团有限公司

摘要：本发明涉及道路工程设计技术领域，公开了一种高液限土路基结构设计方法及系统，包括：根据路基填料的抗剪强度参数和湿化次数构建累积塑性应变预估模型，并计算累积塑性应变值；建立路基动力响应解析模型计算路基顶面竖向压应变值，确定路基顶面竖向压应变值和累积塑性应变值之间的关系；计算路基顶面竖向压应变容许值和累积塑性应变容许值，并基于路基顶面竖向压应变容许值、累积塑性应变容许值对目标路基结构进行设计；本发明提出了考虑土体湿化次数和幅度的塑性应变容许值，完善了现有规范中仅考虑温度效应而未考虑湿化效应的问题，解决了现有的高液限土路基结构设计存在含水率、压实度控制不严，路基累积变形过大的问题。

主权项：1.一种高液限土路基结构设计方法，其特征在于，所述方法包括：根据不同压实度将目标路基划分为93区、94区和96区，并基于安定性理论确定93区、94区和96区中路基填料的临界含水率；基于临界含水率确定路基填料的最大湿化次数，根据最大湿化次数对路基填料进行湿化，并确定不同湿化次数下路基填料的抗剪强度参数、动回弹模量和累积塑性应变结果；根据所述抗剪强度参数和湿化次数构建累积塑性应变预估模型，并计算累积塑性应变值；根据所述抗剪强度参数和湿化次数构建累积塑性应变预估模型，包括：获取不同湿化次数下路基填料的动应力幅值、土体湿化次数、湿化幅度、循环加载次数和抗剪强度参数；根据动应力幅值、土体湿化次数、湿化幅度、循环加载次数和抗剪强度参数构建累积变形预估模型，其累积变形预估模型如下式所示： 式中，ε`p为累积变形，N为循环加载次数，σd为动应力幅值，e为自然对数，n为反复湿化次数，Δw为湿化幅度，τf为施加在破坏面上的剪应力，c为黏聚力，σf为正应力，为内摩擦角，k1和k2为回归参数；建立考虑路基各层材料属性的路基动力响应解析模型，基于所述路基动力响应解析模型计算路基顶面竖向压应变值，并通过路基顶面竖向压应变值、动回弹模量和累积塑性应变结果确定路基顶面竖向压应变值和累积塑性应变值之间的关系；建立考虑路基各层材料属性的路基动力响应解析模型，包括：定义路基材料物理力学性质及路基结构形式，基于路基材料物理力学性质及路基结构形式建立车辆行驶的交通荷载运动方程Fx,y,t，其关系式如下式所示： 式中，Q为简谐荷载，4ab为矩形简谐荷载作用面积，a为沿车辆行驶方向上简谐荷载作用面长度的一半，b为垂直于车辆行驶方向上简谐荷载作用面长度的一半，A为沿车辆行驶方向上两个相邻荷载之间距离的一半，B为垂直于车辆行驶方向上两个相邻荷载之间距离的一半；通过车速与车辆轴距之间的关系确定荷载作用频率ωn，其关系式如下式所示： 式中，ωn为载荷作用频率，v为车速，l为车辆轴距；以荷载初始作用位置为坐标原点，车辆行驶方向为x轴，垂直于车辆行驶方向为y轴建立直角坐标系，对交通荷载运动方程进行傅里叶级数变换，然后对经过傅里叶技术变换的运动方程进行x和y方向上的离散化处理，得到波数ξmx和ξmy，与空间分布系数Fmx和Fmy；在层间接触条件为完全连续时，将平面内双节点谱单元刚度矩阵、平面内单节点谱单元刚度矩阵、平面外双节点谱单元刚度矩阵、平面外单节点谱单元刚度矩阵根据组装准则组合为整体刚度矩阵将整体刚度矩阵代入变形协调方程，计算移动荷载作用下的外力与节点位移关系： 式中，为整体刚度矩阵，为整体位移向量，为整体作用力矢量；同时，联立空间分布系数Fmx和Fmy和变形协调方程，得到各个频率ωn下的位移解与应力解将各频率ωn下的应力解与位移解进行叠加，可得物理域内应力解σx,y,t、位移解ux,y,t；通过路基顶面竖向压应变值、动回弹模量和累积塑性应变结果确定路基顶面竖向压应变值和累积塑性应变值之间的关系，包括：将相同动应力幅值、相同湿化次数和幅度工况下的路基顶面竖向压应变、动回弹模量和累积塑性应变结果进行对应，得到路基顶面竖向压应变和累积塑性应变之间的关系，其关系式如下式所示：εp＝2.3746εz+0.4713；式中，εz为路基顶面竖向压应变，εp为累积塑性应变；基于路基顶面竖向压应变值和累积塑性应变值之间的关系计算路基顶面竖向压应变容许值和累积塑性应变容许值，并基于所述路基顶面竖向压应变容许值、所述累积塑性应变容许值对目标路基结构进行设计。

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