級配碎石回彈模量研究綜述

羅群星 楊昌偉 吳永超 繆樹民

（貴州省凱里公路管理局，貴州 凱里556000）

在瀝青面層和半剛性基層之間鋪設(shè)優(yōu)質(zhì)的級配碎石層的路面結(jié)構(gòu)稱為倒裝結(jié)構(gòu)。級配碎石層不傳遞拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，因此可以作為應(yīng)力消散層，有效減少半剛性基層產(chǎn)生的反射裂縫，且級配碎石層空隙率較大，有利于路面排水。級配碎石作為粒料類材料，強(qiáng)度主要由內(nèi)部顆粒的“嵌擠”產(chǎn)生，在荷載作用下表現(xiàn)出非線性與彈塑性的特性。雖然目前對級配碎石回彈模量的測定方法較多，但是否符合工程中的實(shí)際情況仍有待商榷，本文在分析現(xiàn)有級配碎石測定方法的基礎(chǔ)上，討論研究現(xiàn)有方法的適用性。

1 室內(nèi)測回彈模量

1.1 強(qiáng)度儀法

1.2 有側(cè)限頂面法

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是試樣在側(cè)向壓力為零時(shí)，抵抗軸向壓力的極限強(qiáng)度，是三軸試驗(yàn)的一種極限情況。級配碎石屬于粒料類材料，不能像無機(jī)結(jié)合料一樣使用頂面法測得無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。因此，為了解決這個(gè)問題，鐘夢武等人首次提出對有側(cè)限壓縮試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正，并將修正后的數(shù)據(jù)與規(guī)范推薦值進(jìn)行對比研究，表明此方法測得級配碎石的回彈模量比較合理，并把這樣的試驗(yàn)方法稱為有側(cè)限頂面法。

1.3 三軸試驗(yàn)

三軸試驗(yàn)是土工室內(nèi)試驗(yàn)中最主要的試驗(yàn)，近年來應(yīng)用較多，主要是由于試樣中的應(yīng)力相對比較明確等優(yōu)點(diǎn)。三軸試驗(yàn)是分別在不同的恒定周圍壓力的情況下，施加軸向壓力，進(jìn)行剪切直至破壞。有靜態(tài)三軸和動(dòng)態(tài)三軸之分，區(qū)別在于動(dòng)三軸試驗(yàn)中對試件進(jìn)行軸向加載時(shí)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。

碎石材料應(yīng)力應(yīng)變的顯著特點(diǎn)是非線性性質(zhì)，回彈模量對豎向和側(cè)向應(yīng)力比較敏感，另外回彈模量與材料的級配、材料外形等因素有關(guān)。何兆益等人就級配碎石基層材料的組成結(jié)構(gòu)及動(dòng)力特性進(jìn)行了研究。通過進(jìn)行靜態(tài)三軸和動(dòng)態(tài)三軸的試驗(yàn)研究，對比不同級配的試驗(yàn)結(jié)果，表明動(dòng)、靜彈性模量兩模型間存在較好的線性相關(guān)關(guān)系，此外，探討了級配碎石的非線性特性，并得到了力學(xué)性能良好的級配以及成型方法；袁峻等人對級配碎石動(dòng)彈模量依應(yīng)力狀態(tài)而變化的非線性模型進(jìn)行了研究。通過大量三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，評價(jià)了級配碎石回彈模量的各種影響因素以及影響趨勢；金剛對試件的振動(dòng)成型和擊實(shí)成型兩種方式進(jìn)行研究分析，得到振動(dòng)成型的壓實(shí)度、模量更高，且接近實(shí)際施工情況。

室內(nèi)試驗(yàn)研究中，應(yīng)該按照每個(gè)加載序列最后5 次循環(huán)的回彈變形計(jì)算回彈模量，計(jì)算全部序列的均值。并根據(jù)測試所得的相關(guān)數(shù)據(jù)和回彈模量本構(gòu)模型，采用非線性擬合技術(shù)，確定模型參數(shù)K1、K2、K3。

1.4 比較分析

靜態(tài)回彈模量的測定對試驗(yàn)條件要求要低，但是結(jié)果精度不夠，動(dòng)態(tài)回彈模量對試驗(yàn)條件要求較高，試驗(yàn)過程繁瑣，難度較大，但是試驗(yàn)條件由于更加接近實(shí)際工程中級配碎石的受力情況，故測得的回彈模量精度較高。動(dòng)態(tài)回彈模量的本構(gòu)模型較多，應(yīng)選擇與自身研究相關(guān)內(nèi)容更加接近的本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合和分析研究。

2 現(xiàn)場測回彈模量

2.1 承載板法

2.2 貝克曼梁法

2.3 比較分析

承載板法和貝克曼梁法是現(xiàn)場測試回彈模量的最常用方法，測試結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是承載板試驗(yàn)至什么時(shí)候結(jié)束并未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，總的原則是級配碎石層應(yīng)基本上處于彈性變形的范圍內(nèi)，但是荷載不同時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變直線關(guān)系有所變化，因此，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)情況決定。

3 結(jié)論

本文分析了級配碎石的力學(xué)特點(diǎn)，梳理了常用測定的級配碎石回彈模量的試驗(yàn)方法，測定級配碎石回彈模量的試驗(yàn)方法。得出室內(nèi)試驗(yàn)中靜態(tài)回彈模量測試方法與實(shí)際工程的受力狀況符合度較低，動(dòng)態(tài)回彈模量由于試驗(yàn)條件更加精確，能夠更好的模擬級配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的實(shí)際受力狀態(tài)。因此，動(dòng)態(tài)回彈模量對級配碎石的強(qiáng)度和變形關(guān)系的表述更加準(zhǔn)確。但動(dòng)三軸儀器設(shè)備比較稀缺，試驗(yàn)比較復(fù)雜，所以動(dòng)態(tài)回彈模量的測定比較少。隨著各地實(shí)驗(yàn)室水平的提升，級配碎石回彈模量的研究會(huì)更加深入。