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跨域联合数据中心的网络虚拟化与监控方法研究.pdf 100页
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跨域联合数据中心的网络虚拟化与监控方法研究
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上海交通大学硕士学位论文
跨域联合数据中心的网络虚拟化与监控方法研究
近几年来，随着信息服务需求的剧增，数据中心得到了迅速的发
展，尤其是云计算技术的提出与普遍推广，改变了数据中心的IT 资源
交付方式，使得数据中心的物理资源与服务解耦，从而更好的支持各
种业务的提供。但是，云计算技术在为数据中心带来各种好处的同时，
也引入了很多挑战，如网络架构设计、资源跨域联合、数据中心监控、
绿色节能等各种问题亟待解决。本文主要针对资源跨域联合与数据中
心监控两个挑战进行研究并提出解决方案。
在资源跨域联合方面，目前的研究工作主要从多数据中心数据备
份和同步的需求入手，集中在实现数据中心之间静态的大容量数据传
输。对于云计算数据中心，除了数据备份和同步，还存在按需动态调
整业务和多租户共享隔离的需求。针对这些需求，本文提出了一种利
用光网络虚拟化实现数据中心资源跨域联合的解决方案。利用光网络
通信容量大，中继距离长，保密性好，业务无关，成本低，以及支持
多种交换传输粒度，高效的管理和保护技术，丰富的控制接口等特性，
并基于对计算机虚拟化的分析，在光网络的管理平面实现了虚拟化。
该解决方案实现了包括抽象性，隔离性，弹性，可编程性，认证，鉴
权和记账等在内的虚拟化特性，同时在位于上海的光网络试验床中，
对该解决方案进行了功能和性能的验证，验证结果表明该方案实现了
功能较为完整，性能良好的、灵活的光网络虚拟化，从而为数据中心
资源的跨域联合提供了基础。
在数据中心监控方面，已有的研究工作及业界的解决方案通常都
只针对特定的系统边界，如针对计算资源的系统监控或针对网络资源
的网络监控。而云计算技术使得各种资源结合的更加紧密，如虚拟机
上海交通大学硕士学位论文
不恰当地迁移，会造成网络负载的加重，反之亦然。为此数据中心需
要融合的管理方案，即实现对各种资源的统一监控。针对这样的需求，
本文提出了一种新型的数据中心监控系统。该监控系统采用基于sFlow
的监控数据采集与解析，实现了部署简单、轻量级、可扩展性高、基
于主动推送的数据采集；基于MongoDB 的类似RRD 环状数据库的监
控数据存储，在保持RRD 的一些良好特性的基础上，将其改造为基于
MongoDB 的存储，根据对监控数据的不同时间段和粒度的需求，对数
据做相应的处理，支持海量监控数据的存储；基于Node.js
的监控数据
呈现，实现了对客户端要求低、丰富直观的监控数据呈现。同时
对监控系统进行了一系列的测试，包括 sFlow 监控代理的开销测试，
收集解析的压力测试以及系统的可扩展性测试等。测试结果表明该系
统实现了轻量级、高可扩展等特性，从而为数据中心的融合管理提供
可靠及时的依据。
关键词：数据中心，云计算，资源跨域联合，网络虚拟化，监控
上海交通大学硕士学位论文
Research on Network Virtualization and Monitoring of
Multi-Domain Datacenter
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planebase这游戏怎么排到第一去的？
EVE登陆星球了！？卖船神教登陆星球了！？ED登陆星球了！？太空工程师登陆星球了！？是这个意思吗？好无聊的游戏呀，谁有比较有趣的玩法么？
看介绍感觉就是外星版的失落之城
单机联机？
你买的？好屌的感觉，100+近200把我吓退了。
有多少是受逆风笑影响买的呢
怎么看是多半差评啊
老菊不是打算做这视频吗-老子就是a.c.g(&﹏&)
因为是老菊带动的吧？
这游戏的AI跟智障一样，估计是哪个主播带动的吧
做这个游戏视频的up主我看到的有逆风笑和王老菊一个做了30分钟一个做了55分钟视频内容缺很有趣但是实际上这个游戏实际有趣的内容时间正好是1-2小时以内也就是正好完全构建出基地框架的那段成长期是最有趣的之后的游戏体验堪称一坨屎，特别是ai我有王老菊steam好友昨天动态看到他发的steam测评给了差评。简单来说就是有点创意的半成品值得期待但是不值得现在入手。
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山东大学 硕士学位论文 高速公路路基压实标准研究 姓名：刘卫民 申请学位级别：硕士 专业：水工结构工程 指导教师：商庆森 &&&&山东大学硕士学位论文摘要我国现锊：的高速公路路基蕊实标准制定，Ａ－ｉ－＋年代，遽在脊时交道量低， 睾鑫载轻渣凌下是可行豹，遮蓉交逶爨静迅猛增长和大辅载车赣懿增鸯班，残静静 疆实标准已越来越难以逡应高速公路路基强度鳓稳定性的要求。１１前，我蹦高速公路中大量出现了路谳开裂、局部沉陷等早期病害，路基压实不足戏压实标 准偏低建一个重要原因。因此，路基压实标准问题已经成为制约我国高速公路发展静～个羹要问题，商速公路路蘩压实标准游研究其有一ｔ一分重要酶意义。 国内辨对路基压实撬理、蘧实方法积压实：〔艺磺究较多，对蹙基堰实标准 研究很少，该课题根据我国高速公路路基填方尚、交通量大、萋载车多的特点和目前的实际施工条件确定了新的聪实标准，并选取粉土路基和半刚性沥青路耐作为典型路基路面结构，对现行标准和新标准下路基的沉降和路面结构的受力情况迸幸亍了计舞稚分析，驻揭示路基压实标准对蘸基沉障和蹒蔷应力分窃、弯沉交影懿影嫡。这对予我强的裹速公路路基疆实标准的修订典有重要豹参考价值。本课题以室内试验和有限元计算为主要研究方法。室内试验包括粉土的颗 粒分析试验、比重试验、界限含水髓试验、标准击露试验、回弹模量试验和常 蕊三赣试验，主要蠲来确定粉土路蘩煞计箨参数。鸯隈元计算镪据臻藿流辫诗 冀彝路嚣结构应力、弯淀诗算。通道对计算结累的分扳和霹究，可以褥出以下结论：（１）新的压实标准能有效降低路基的沉降变形。对高填方路基，采用新的路基压实标准十分必要。（２）耨斡压实檬准可戳在一定稷疫主海低溺青鼹嚣夸溅，改善踌瑟结聿奄受力拭 ｝冤。在超重车馋鼹下，沥青践嚣结构弯飘期拉应力均有大旗度增加，灏的压实 标准能ｊ笙一定程度上降低车辆超载超限的危害。 （３）两种压实标准方案对路基沉降、路面弯沉和应力分布的影响基本相筒，但采 用方案一工程造价较低，便予麓工，建议采用方案一的压实标凇。关键谲：高速公路路基聪实标准有限元&&&&山东大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅａｃｔｕａｌｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｏｆｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｈｉｇｈｗａｙｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ １ ９８０’Ｓ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅｉｎｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｌｏｗｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ．Ｎｏｗｉｔ ａｌｒｅａｄｙ ｃａｎｎｏｔ ｍｅｅｔｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｈ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｆａｓｔ ｇｒｏｗｉｎｇ ｏｆ ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ ｏｕｔ—ｏｆ－ｇａｕｇｅ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｏｆｃｏｕｎｔｒｙ ｈａｖｅｏｕｒｐｒｅｓｅｎｔｌｙ ａｐｐｅａｒｅｄ ｔｈｅ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｉｎｐｉｃｉｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｏｆａｓｐａｖｅｍｅｎｔｓｕｃｈｐａｖｅｍｅｎｔ ｃｒａｃｋｓｏｒａｎｄｌｏｃａｌｓｅｔｔｌｅｒｎｅｎｔ ｉｓａｎｅｔｃ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｉｎａｄｅｑｕａｔｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｌｏｗ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｉｍｐｏｒｔａｎｔＴｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｈａｖｅ ａｌｒｅａｄｙ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ ｈｉｇｈｗａｙ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅａｎｉｎｇＴｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｒｅｓｅａｒｃｈｈａｄｍａｉｎｌｙｆａｓｔｅｎｅｄｏｎｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｃｒａｆｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ，ｓｔｕｄｙｏｎｆｅｗ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｉｓ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｑｕｉｔｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｔｏｓｔａｎｄａｒｄ ｔｏ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｎｅｗ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｒａｎｄａｒｄ ｉｓ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｈｅａｖｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓｏｎｔｈｅ ｂａｓｉｓｏｎｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ，ｇｒｅａｔ ｔｒａｆｆｉｃ，ｏｕｒａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆｃｏｕｎｔｒｙａｎｄ ｈｉｇｈｗａｙ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｏｆ ｓｉｌｔ２&&&&山东大学硕士学位论文ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔｔｈａｔ ｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｙｐｉｃａｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔａｓｋ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔＴｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎ ｒｏｏｍ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｔｏｔｈｅ ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙｐｒｉｍａｒｙｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｓｋ．Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆ ｔｅｓｔ ｉｎｃｌｕｄｅ：ａｓｓａｙｉｎｇ ｏｆ ｓｉｌｔ ｇｒａｉｎｔｅｓｔ，ｌｉｍｉｔ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｔｅｓｔ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｇｒａｖｉｔｙ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ ｍｏｄｕｌｕｓ ｔｅｓ｛ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｌ ｔｒｉ＋ａｘｉａｌ ｔｅｓｔ，ａｎｄ ｏｎ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅ ＳＯｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅｓｅ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｃｌｕｄｅ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｃｌｕｔｉｏｎｓｃａｎｓｔｒｅｓｓａｎｄａｎｄｓｔｕｄｙｂｅ ｄｒａｗｎｔｏ（１）Ｎｅｗｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｖｅｒｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｈｅ ｒｅｄｕｃｉｎｇｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏｃａｎｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ（２）Ｎｅｗ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｓｔａｎｄａｒｄｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄｏｎａｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｂｙ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎｃａｎｏｆ ｈｅａｖｙ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｎｅｗ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓｏｎｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ（３）Ｔｗｏｔｙｐｅ ｎｅｗ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄａｒｅｓａｍｅ ｂｙ ａｎｄ ｌａｒｇｅｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆｃａｎｐａｖｅｍｅｎｔ，ｂｕｔ ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔＮｏ．１ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ａｎｄ ｂｅ&&&&山东大学硕士学位论文ｅａｓｙ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ．Ｓｏ ｉｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｈｉｇｈｗａｙｓｕｂｇｒａｄｅｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ４&&&&原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。论文作者签名：童：』至篷Ｆｔ期：关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。做储虢型丛黝签蕊日期：址盟！（保密论文在解密后应遵守此规定）／、&&&&山东大学硕士学位论文第一章绪论１．１课题研究的背景和意义改革开发以来，我雷的公路建竣取得了令人瞩鞠的成就，截止到２∞３年底， 仝图公路总迥程达至ｆｊｌ８０．９８力公里，丽高速公路建设更是异军突起，自从ｉ９８ａ年ｌＯ月我国首条高速公路沪嘉高速正式通车以来多ｊ２００３年底的１５年问，我国的 裹逸公路邋警墨程已达２９７４５公里，其里程总数已默慝世界第二位。离速公路的火规模建设，大大改善了交通基础设施落后状况，缓解交通运输对缀济发展的 瓶鳜制约，英黯经滚社会笈震产生鹃深层次彩螭是金方位豹、久运懿。同时夔着我国经济总量的快速增长和人民生活水平的大幅度提高，我国的公路交通嚣 也大大增鸯蟊，１９９１年，我国国道平均交逶羹为２５８８辆／Ｆ｜，２００３年，鞫遂平均交 通爨已增）ｊＮＮｓ０４８辆／Ｈ，商速公路目交通壤为１５２３７辆／只【ｉｌ。东部发达地区多 数高速公路交通量都已超过了设计交通量。在交通熬大幅增长的同时，轴载质 量也显著增热，重裁车辍特别是大螺超限擎辆显著增加，轴簸从限定的ｌＯＯｋＮ蟮 ）ＪＩｌ至ｌＪ２００ｋＮ以上，轮胎充气压力从限定的０．７ＭＰａ增加到１．ＯＭＰａ以Ｉ－【２ｊ。 我国觋嚣懿裹邃公路爨鏊压实搽准划定予八卡年代，这农当时交逶量低，鹱 载辍的情况下是能够满足邋路使用臻求的，但随着交通量的增长和厦载车辆能瑶翔，骛毪行的高速公路潞藜压实标准己难激适应潞蘩强凄葶秘稳定蕊豹要求。毯前我国的邋路、特别是高速公路出现了不同程度的早期病害。如沥青路面翠辫 出现的车辙、开裂；水泥濑凝士蹲面的断税、帮浆瘸害等。这些晕精道黯滴蔫 的大量出现原因固然是多方面的，但由于路基压实不足或路基压实标准偏低证导数的路瑟强度不足、变形过大魁其中一个重要原囡弘ｌ。路基作为路面支撵僻系，承受电路瑟传素的蘩裁，路基的强度秘稳定瞧是保证鼹殛强度彝稳定性鲢 基本条件（４Ｊ，而路潺填筑时的密实度是提黼路基强度和稳定性的关键。因为压实褥｜羞充分发挥爨蓥主帮鼹瑟材瓣麓强度，可以减少跨基、臻蘧京｛亍车兹载巷用下产生的永久变形，还可以增加路基土和路面材料的不遴水性和强度稳定性。 实践证明，瞄高称准进孪亍路基压实，是傈涯路基强度帮稳定往的一顼最经济甍效的技术措施【５Ｊ。随肴我国高速公路的大规模修建和路基填料范围的不断拓宽，路基压实疆&&&&山东大学硕士学位论文逢、压实撬壤帮压实工艺魄在不凝发裂，嚣馥熬压实理论鸯羚碾压理论、提动碾压理论、振荡碾压理论、冲击碾压理论等，随善压实理论的发展，与其相通 应的压实机械也随之产生，如静碾压路机、振动压路机、振动碾、振荡压路机、 冲击压路机等。压路机不但种类增多，吨谯也有了很大提高，有的轮胎压路机 重达３０堍，裔的振动压路梳的穰动力已超过４§吨。压实璞论、压实橇械和舔 实王艺熬菠遂秘发震，为亵矮量裹挺壤进弦鼹基压实｛乍韭提供了条｛牛【６】。 以上情况表明，制定于八十年代的现行高速公路路基压实标准已不能适应目前我国高速公路的发展爱求。必须根据我国高速公路交通量大、重载车多、 填方高的实际情况制定新的合璎的路基压实标准。该谦题的研究对于傈证路基 的强度和稳定幢，减少路蠢静翠麓损坏，秘速我国毫遥公路建设熬其毒”｝一分鬟要的意义。１。２国内外的研究现状对于高速公路的早期病窖，国内外的研究者普遍认为是由水损害和结构不 合理引起的。对沥青路面，把研究的焦点集中在沥青和沥青混合料的性能、集料级配、配合比设计及现场施工工艺控制上。美阉的Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ研究日｜发了畿器对沥青与沥鬻混合释磅究静热潮。筏国在高速公路上稚广Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ鼢疆究 技术，毽麓速公路通车２～３年以嚣，沥青踌蘑纵横囊网裂、沉陷和行车道上的 纵向变形仍大璺出现；水泥混凝土路颟也大量出现断掇、唧浆。这些问题，人 们认为，一是半刚性基层材料干缩、温缩裂缝使面层产生反射裂缝：二是半刚 性材料属离弹模脆髓材料，对支撑层变形敏感，易疲势开裂；三怒超重车的俸 蠲。我鬣道路专家学者在磷究了国外潞瑟缝稼，特裂燕美重、英鞠、鑫零豹路 强结构蜃，认为应进行路强结构的刨耢，袋用柔性路麟结构是解决路面早期疲 劳歼裂的出路。基于这种观点，目前人们还是聚焦于路面材料和路面结构的研 究，对路面结构支撑体系即路基的研究很少。河南省交通科学技术研究所的孙 淑翰等奁“中、酲公路±蔟路綦歪实控铡方法眈较”Ｕ〕－－文中，阐述了湃本的 主媛路基戆压实控制方法，莠与我嚣豹±璞路萎莲实控镪方法进行了毙较磊豢 出，日本根据土豹颗粒组成划分土质路基压实标准有其合理性，建议我国进行 试骏研究。广两林业基本建设工程公司的梁仕森在“保证公路土质路基压实度 的探讨”〔８１文中指出仅仪以公路等级来确定压实标准是欠妥的。国内外有关２&&&&山东大学硕士学位论文研究及施工实践表明，把重型标准用寸二细粒土，会凼土膨胀Ｉ丽ｍ尘弹簧现象，囚此应采用轻穗标准；在多雨潮湿地区采用辍型标准溉能控翎－ｋ基的稳定性， 义熊保证土基的强度。美国公路士基的压实标准出各州自｛亍选择，大多数州剥细粒土采用普氏标准（轻型标准），而对粗粒士采用修噩普氏标准（重型标准）， 有的聪爨拣醛帮用，然轰检查ＣＢＲ餐。嚣照，在选择压实拣准时，除了公路等 级以外，还应考虑实际土质特性和自然条件等因素，在保证土基强度和稳定性静蓊瓣Ｆ，以经济台瑗为蒙刘选择压实标准，荠建议在修订溉范时予以考虑。南京工程兵工程学院的金广谦在“关于多雨地区高等级公路压实标准的商榷”一 一一文中指出：公路各缩构层酌高密度，对确保公路质麓具有羹簧意义。但压实标准应该在部颁标准的指导下，制定出适合本地区特点的细则和｛ｈ充条文。』ｂ 京建工学院的刘肇升时粉土在不同击实功下的的击实性能进行了分析，并论证了经涤壹实功存在，势提出，以经济击实功一Ｆ褥到熬最大干密度积最佳含东爨 指导和控制施工，可以实现鹰实施工的优质、省工和快速，保证路基、路面的 强疫帮稳定瞧｝嘲。长安大学公路学院瓣疆篼效簿在“沙溪貉蓦压实稼蒎獗究”ｌ”】 ．一一文中指出沙漠路基采用重型击实确定其压宓标准时，在完全干燥和最佳含水 量情况下各有一个蜂俊（最大干密凌），但是箕大小不鞫，这主要与风积涉的性质有关。同时也说明慰风积沙路基压实施工在于燥状态下，办能在合理的压实功作用下达到最佳的密实状态；同时认为现行标准对压实度大小的规定有不合 理之处：我髫《公路鼹基撬工技术援蕊》（ＪＴＪ ０３３一ｇｓ）中援定，特殊于晕地区 路基压实度标准可按＿ｌＦ常标准适当降低２％～３％，路床区域的压实殿只要达到９０％一§ｌ％鄹哥，毽在涉区鼹基实隧麓工中发磊，这撵戆标准鹤显编甄，麓工 中很密易达到甚至超避。这样的标准能否满足公路路丽对路慕强度、稳定性等 诸多方面豹要求，是一个傻褥磺究静闽题。由东大学的营卫东在“低液限耪｜二填筑路基压实性能的研究”一文中认为：对于粉土，现行压实标准偏低，粉土 填筑路基宜在饱和含承量下弱振密实，压实标准宜嗣空气率避行控制。目前尚未发瑷国外磺究路基愿实标准的文章。１．３本课题的研究内容离速公路路基压实标准的提高，能够藏少路基填主的孔陈率，增加路基壤 土的密实度，提高路蒸的刚度。从而达到降低路基溅赚，改变路面结构应力分&&&&山东大学硕士学位论文枷的同的，而路基变形过大和路面结构受力不合理正是目前高速公路出现早损坏ｆ内一个重要原因，因此本课题从路基沉降和路面结构弯沉应力分析两方面来 研究路基压实标准对高速公路性能的影响。本课题的研究内容如下： ｌ、根据我国交通量大、重载车多和高填方的实际情况初步确定新的高速公路路 基压实标准。 ２、选取粉土路基作为典型路基，通过室内试验确定粉土的物理力学性质和有限 元计算参数。３、利用有限元数值模拟，计算现行路基压实标准和新标准下不同填高路基的沉 降量；分析现行路基压实标准和新标准下作用不同行车荷载时路面结构的弯沉和应力。４、根据有限元计算结果分析路基压实标准对高速公路性能的影响，确定新的高速公路路基压实标准的合理性。&&&&山东大学硕士学位论文第二章高速公路路基压实标准的初步确定２．１影响路基压实标准的因素路基作为路面支撑体系，承受由路面传来的荷载，必须具有一定的强度和 稳定性，实践证明：匕上高标准进行路基压实，是保证路基强度和稳定性的一项 最经济有效的技术措施。一般来讲，路基填土的密实度越高，路基的强度和稳 定性必然越好，修筑的道路质量也就越好。然而，路基压实标准的确定必须考 虑多方面的因素，压实标准的提高固然能够提高修筑道路的质量，同时也会增加施工难度和工程造价。过高的压实标准不但在实际施工中很难实现，在经济上也是不合理的。因此，制定新的高速公路路基压实标准，应该从道路性能要求、实际施工能力和经济性三个方面综合考虑。在道路性能要求方面：１９８８年１０月我国首条高速公路沪嘉高速正式通车时，我国的经济水平还比较低，高速公路交通量较小，重载车辆也较少。对高速公路的要求是比较低的。现行的压实标准基本上能够满足高速公路的使用要求。经过十几年的发展，我国的经济水平和八十年代已不能同日而语，伴随着经济的高速发展，高速公路的交通量 也在大幅度增长，同时由于各种原因，车辆严重超限已成为高速公路的普遍现 象。从对高速公路的破坏作用来看，重载车辆的增加要比单纯交通量的增长严 重的多。对于这种情况，我们一方面要加强高速公路管理，严格限制超限车辆 上路，另一方面也应该看到，这种状况短期内很难有根本性的改变，并且随着我国经济的发展，车辆有向重型化发展的趋势，修建高性能的道路以适应重载车辆的增加是必要的。对于路基而吉，就是要提高压实标准，适应当前大交通 量和重载车多的特点，减少高速公路早期损坏。在实际施工能力方面：我国１９８２年开始确定在高等级公路中使用重型压实标准，当时压实机械还都是静力压路机和小吨位的振动压路机。现行压实标准的制定考虑了我国当时的这种实际施工条件，现在振动压路机已大范围的使用，压路机的吨位也已比当时大大提高了。２００３年振动压路机已占据了压路机总产量７０％以上，在振动压路机中，１０～ １４ｔ机型的产量占７５％～８０％，压路机的平均单台重量大，而且还在逐年增大，振动碾、振荡压路机、冲击压路机也逐步应用在高速公路的施工中，６ｔ以下的 压路机很少使用，随着我国高速公路的大规模修建，人们对各种路基填料的压&&&&山东大学硕士学位论文实机理有了更深入的认识，针埘各种路基填料的压实理论和压实工艺逐步完善。在实际施工中，施工单位可以很容易的完成路基的压实施工，甚至压实度ｕＪ－以 超过１００％【ｌ“，这种情况表明，现行的路基压实标准已经和目前的施工条件不 相适应，当然，由于我国幅员辽阔，高速公路通过地区土质复杂，有的土质压 实还比较困难，并且各个施工单位的施工条件差别也比较大，作为全国性的施 工规范，压实标准的制定应该考虑各种情况，提高幅度应当控制在合理的水平。 经济性方面：在我国高速公路的建设成本中，路基的建设费用占总造价的比例 是比较低的，适当提高路基压实标准，虽然会在一定程度上增加工程成本，但 不会对高速公路总的建设费用提高太多，鉴于路基对高速公路的重要性，从Ｋ远来看，适当提高路基压实标准在经济上是合理的。２．２国内外的路基压实标准比较２．２．１我国的路基压实标准 表２．２．１我国土质路基压实标准 路面底面计起深度范围填挖类型（ｃｍ）压实度（％）高速公路一级公路≥９５≥９５ ≥９３ ≥９０ ≥９５其他公路≥９３ ≥９３上路床Ｏ～３０ｃｍ ３０～８０ｃｍ ８０～１５０ａｍ＞１５０ｃｍ下路床路堤 上路堤 下路堤≥９０≥９０≥９３零填及路堑路床 ２．２．２国外的路基压实标准Ｏ～３０ｃｍ１．美国的路基压实标准 美国在沥青路面结构施工中，只有两个区，推荐采用下列压实标准。（１）粘性上路基最小的压实度为ＡＡＳＨＴＯ－１８０试验法（即重型击实试验法）最大干密度的９５％在下列范围内的路基必须达到此要求：设计交通量（辆／ｈ） ｌＯ以下（轻型交通） １０～１００（中交通） １００以上（重型交通）６路基的深度（ａｍ）１５～３０ ３０～４５ ４５～６０&&&&山东大学硕士学位论文在上面规定的路基深度以卜的部分，所有填方都应该压实到ＡＡＳｔｔＯＦｌ８０试验浊最大干密度的９０％以上。 （２）非粘性土路基最小的压实度为ＡＡＳＨＴＯ １８０试验法最大干密度的１００％，在下列范围内的路基必 须达到此要求Ｉ设计交通最（辆／ｈ）路基深度（ｃｍ）１５～３０ｌ １０以下（轻型交通）ｌ １０～１００（中交通） ｊ １００以上（重型交通）３０～４５４５～６０在上面规定的路基深度以下的部分，所有填方都应当压实到ＡＡＳＨＴＯ １８０法最大干密度的９５％以上。２．ｎ本的路基压实标准 Ｈ本的土质路基根据土的级配中７５ｕｍ筛通过量划分控制标准。对７５ｕｍ筛 通过量在２０％以上的土用空气体积率嵋控制，对７Ｓｕｍ筛通过量不足２０％的土用密度比现控制，见表２，２．２。表中的密度比法与我国的压实度试验方法相同， 与我国方法不同的是空气率法，空气率的计算公式，圪＝ｌＯＯ－Ｙｄ×。ｌ瓯ＯＯ＋珊〕〕×?。。％ｃｚ．ｚ．?，式中：屹～一空气率，％； ｙｄ…一一干密度，ｇ／ｃｍ３；ｙ。一一水的密度，ｇ／∞３：ｕ…一土的含水量，％Ｇ，～一一土的颗粒密度。Ｆ〕本的标准，对粉性土，相当于９８～１００％的压实度：对于粘性土，上路床９５％、下路床相当于９０％，由于粘性土的密实度受含水量的影响，用孔隙率Ｋ 作标准同时控制了密度和含水量：对含粗粒的细粒土，上路床压实度为９７％、下路床为９２％。７&&&&山东大学硕士学位论文表２．２．２日本土质路基压实标准和控制方法标准值花过类别试验项目噩实度７５ｕｍ≥５０％施工含水率用空气标准试验细粒土的比 时虼≤８％事Ｋ控制的 土质重试验５０％＞一７５ｕｍ现场试验土的密度和≥２０％时含水量试验Ｋ≤１３％路床上层 用密度比现标准试验土的击实标一７５ｕｍ＜２０％准试验时，控制的 土质路床现场试验土的密度及口≥９７％满足规定沉降量的含水含水量试验一７５ｕｍ≥５０％用空气标准试验细粒土的比时圪≤８％蛊率圯控制的重试验５０％＞一７５ｕｍ现场试验土的密度和≥２０％时，土质路床下层含水量试验Ｋ≤１３％用密度比院标准试验土的击实标－７５ｕｍ＜２０％准试验时，控制的土质现场试验土的密度及ｎ≥９２％含水量试验３．法国的路基压实标准法国桥梁和道路中央研究院（ＬＣＰＣ）规定的压实质量如下：选料土基平均密度≥１００％ＳＴＤ（ＳＴＤ为标准葡氏法）：填土平均密度＞，９５％ＳＴＤ。 法国的《热带地区路面设计手册》中规定： 路基土的压实度应该相当于修正葡氏法（重型击实试验法）最大干密度的９５％。 ４．赞比亚的路基压实标准 赞比亚的道路和桥梁标准规范中规定：１）填土路堤中任一点的压实度应是重型击实试验法最大干密度的９３％；８&&&&山东大学硕士学位论文搂±高度等ｊ二或趣造３０ｃｍ（压实簿度）时，爨基土瀑魏１５ｃｍ疲浚压实到鬟型击实试验法最大干密度的９５％；填±高度小于３０ｃｍ时，从路基项西疑起①＿卜ｌ层 １５ｃｍ应该压实到重型击实试验法最大干密度的９５％；③路堤的其余部分应该压 实到踅型击实最大干密度的９３％；③原地面上层ｉ５ｃｍ应该压实到熏型击实最大干密菠的９０％。对于挖方路堑，其上屡１５ｃｍ应该压实到重鼙击实试猃法鼗丈｝＋ 密度熬§５％｛５Ｊ。 综上所述，荑国的压实标准跫按照交通蕊和土的类别来划分，分为两个区，日股有高填深挖的路基，胍实标准高；闩本的压实标准比较合理，且标准高；赞眈距的道路多为矮路基，压实标准桐应我国较高。各国对路基压实的控制方 法都采用标准葡氐重罄击实试验法，激大予密凄囊击实试验褥盘，毽压实标准 都赢于我溺掘应躲标准。蠢于一盏沿用这令标准，近年来，幽于交递量驹轴载快速增长，美国、英围、德国等尚等级沥青路亟的变形、网裂成为普遍的病害。美国和德国依据路基土的类型安排路面结构，并通过增加沥青面层的厚度抵抗 荷载。随着我融经济的侠遴发展，我黼高速公路的交通量增长很快，不少高滤 公路翡交遴量已达嚣甚至越过设计交遴量；ｌ蠡子各季孛舔因，裁餮车辆超隈运舔 转鬻营遍，超殴车辆对道路豹破坏｛乍煺远比交通爨对道路的破坏体趣大；由予 我圈高速公路大多为商填方，这对高速公路的使用性能是非常不利的。我国对路面结构的支撑体一路基工程特性、控制标准缺乏研究。国外的交通量没我图大，超载没我酗严重，路凝填离没我阐高，我国依据自己静道路交通特点确定 鸯己懿高逮公爨爨基攫实标准是缀必簧豹。２。３高速公路路基压突耘瀵的翘步确定臻行路基压实撂准应包括以下三个方糕的内容；黪基壤料室内试骢、路纂压实 控制标准、路基压实检测方法。我国高速公路路纂压实采用羹型标准击实试验， 试验方法见表２．２＋ｌ。除同本对细粒士采用孔隙率控制，不需进行击实试验外。 各国均采糟重型击实试验，试验方法和我国基本箝同，从工程实躐来看，采阁重受击实试验蒸本能够灞燃工程要求，滏没有必要送行大匏修改。 我禹路基压实均采矮压实瘦（理场实测路基±熬于容重ｙ。ｊ室瘛老实斌骏新德兹最大干容量‰之毙）。压实度控制标准见表ｉ。２．１，采臻压实疫控镧路爨９&&&&山东大学硕士学位论文ＪＪ三实施ｊＬ，概念明确，检测方便。目前除Ｈ本对细粒土采用孔隙率控制外，其 表２．３．１我国重型标准击实试验方法¨３试骑 方法 类 别 锤底 直径 锤 落高试筒Ｊｔ寸内径，●层 容积 数每层 击 数击实功垃夫 粒径质型胤（ｃｍ）尚（ｃｍ）（ｃｍ）（ｃｍ）（Ｃｔ”ｌ’１）（Ｕ／ｃｍ ３）（ｍｍ）（船）１Ｉｌ５４ ５４５１０１２ ７９９７５２７２６８７ ０２５章型 【Ｉ法¨．２５ ４ ５ ４５ １５ ２ １２ ２Ｉ ７７ ３ ９８ ２６７７ ２ ３８他国家均采用压实度控制，只是压实度控制标准和我国不同。试验表明，路基 强度和稳定性不但与密实度有关，还与含水量有关，采用压实度控制路基压实施工，可以同时控制路基的密实度和含水量，因此采用压实度控制路基压实施工是合理的，有人对粉土在不同击实功下的的击实性能进行了分析，证明了经 济击实功存在，他指出，以经济击实功下得到的最大干密度和最佳含水量指导和控制施工，可以实现压实施工的优质、省工和快速，保证路基、路面的强度 和稳定性。从理论上来讲，这样是可以的，但这必然会大大加重施工单位的试 验工作量，公路质量检验单位也很难对其进行检测和监督。这种路基压实控制方法很难普遍实行，可以在路基压实施工时作为参考。从以上分析可以看出， 采用压实度控制路基压实施工，能够满足工程需要，且检测方便，技术成熟， 因此可以继续采用这种控制方法，只在此基础上把压实度标准提高。 压实度现场检测方法有灌砂法、环刀法、核子仪法等，其中灌砂法在工程中比较常用，由于路基压实控制方法不变，检测方法也不需修改。我国的高速公路路基压实标准不能适应目前交通量大和重载车多的特点， 加以提高是必须的，但考虑我国幅员辽阔，高速公路通过区域土质复杂，有的路基填＝｜！＿＝压实比较困难；各个施工单位施工条件差别很大，压实标准的提高幅 度应控制在一个合理的程度上，综合考虑我国高速公路的性能要求和实际施工条件，初步确定以下两种路基压实标准方案：０&&&&山东大学硕士学位论文表２．３．２高速公路土质路基压实标准初步方案 填挖类型上路床 路 堤路面底面计起深度范围（Ｃ〔１１）压实度（％） 方案一≥９６２ ９６充榘二≥９７Ｏ～３０ｃｍ３０～８０ｃｍ下路床 ｝二路堤 下路堤≥９７≥９５８０～１５０ｃｍ＞１５０ｃｍ≥９４≥９３ ≥９６≥９３≥９７零填及路堑路床ｏ～３０ｃｍ&&&&山东大学硕士学位论文 第三章 高速公路路基的沉降变形计算３．１路基沉降计算方法简介随着交通量的增长和重载车的增多，路基在公路建设中的重要性越来越大。 如果路基压实不足，在土体自重、路面自重和行车荷载的作用Ｆ，路堤将产生 较人的工后沉降和不均匀变形，致使路面产生局部沉降和纵向丌裂，严重影响高速公路的使用品质，使其失去了高速、安全和舒适的应有效果。高速公路路基的工后沉降和不均匀变形问题已引起高速公路建设行业的重视。路基的沉降计算已成为高速公路设训‘和施工中一个重要课题。目前用来计算沉降方法很多，主要有分层总和法、斯开普敦一别伦法、黄文熙法和有限元法四。１．分层总和法分层总和法是将路基分成若干层，求出每一层的压缩量，然后将各分层的压缩量叠加求得压缩总量。其基本计算公式为：ｓ＝喜餮只此法简便易行，计算参数容易确定，且人们对计算参数有深刻认识，在工程界 被广泛采用。但其计算结果与实测值有较大出入。２．斯开普敦一别伦法五十年代，斯开普敦和别伦通过研究，发现土在三向应力状态下，即可产 生侧向膨胀，又可产生侧向压缩。根据这这种情况，他们推导了在侧向变形影 响下的沉降计算公式：Ｓ。＝ＣｐＳ。式中：Ｃ。＝Ａ＋ａ０一Ａ）：爿一孔隙系数；ｄ一一系数，为Ａｏ－．和Ａｃｔ，的函数；ｓ，——无侧向变形的沉降量。３．黄文熙法黄文熙教授提出了三向应力状态下的沉降计算公式：&&&&山东大学硕士学位论文踮私等≯，舯弘去卜川分叫ｊ此法考虑了土体的侧向变形，但应力计算仍按线弹性假定，未考虑土体的非线性特性，参数的确定也较繁琐，故工程上应用较少。４有限元法自六｜｜年代以来，随着计算机的同益广泛应用，促进了计算技术和计算方法 的发展。有限元法广泛应用于工程计算，使具有非线性应力应变关系、非均质和各向异性的材料在复杂边界条件下求解成为可能。若采用适当的本构模型， 其计算结果能够较好的反映实际情况。目前，由于微机的发展、普及和大型有限元计算软件的开发，利用有限元法进行工程计算已成为工程界的一个发展方 向。但此法确定计算参数工作量较大，对计算人员和设备要求也较高。 以上几种沉降计算方法各有利弊，为保证沉降计算结果更符合实际情况，选用有限元法计算不同压实标准下的沉降变形。３．２有限元法计算原理有限单元法是把具有无限个自由度的连续体理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的结构型问题，这样，只要确定了单元的力学特性，就可按结构分析的方法来求解，使得分析过程大为简化。有限单元法的分析过程，概括起来可以分为以下六步： ｌ，结构的离散化结构的离散化是将分析的结构物划分为有限个单元体，并在单元体的指定 位嚣设置节点，把相邻的单元体在结点处连接起来组成单元的集合体，以代替原来的结构，对于连续物体，为了有效的模拟实际情况，必须合理的选择单元形状，确定单元的数目和划分方案。 ２．选择位移模式?在结构的离散化完成以后，就可以对典型单元进行特性分析，为了能用结 点位移表示单元体的位移、应变和应力，在分析连续体问题时，必须对单元中 位移分ｍｉ作出一定的假设，即假定位移是坐标的某种简单的函数，这种函数称&&&&山东大学硕士学位论文为位移函数或位移模式。位移函数的适当选择是有限单元法分析中的关键。在 有限单元法的应用中，普遍选择多项式作为位移模式，因为多项式的数学运算 （微分和积分）比较方便，并Ｆｌ由所有光滑函数的局部看来都可以用多项式逼近，多项式项数和阶次的选择需要考虑单元的自由度和有关解的收敛性要求，一般来说，多项式的项数应等于单元的自由度，其阶次应包含常数项和线性项。 根据所选定的位移模式，就可以导出用结点位移表示的单元内任…点的位移的关系式，其矩阵形式为：｛厂｝＝【Ⅳ料。（３．２．１）式中｛／｝为单元内任一点的位移列阵：ｐ）。为单元的结点位移列阵；【Ⅳ】为形函数矩阵。３单元的力学特性分析位移模式选定后，就可以进行单元的力学特性的分析，它包括下面三个方面 的内容：（１）利用几何方程，由位移表达式（３．２．１）导出结点位移表示单元应变的关系式：扛）＝陋弦｝８（３．２．２）式中扫）是单元内任一点的应变列阵，陋】为单元应变矩阵。（２）利用物理方程，由应变的表达式（３．２．２）导出结点位移表示单元应力的关系式：ｐ｝＝【Ｄｐ№｝。（３．２，３）式中扛｝是单元内任一点的应力列阵，【Ｄ】为单元材料有关的弹性矩阵。（３）利用虚功原理建立作用于单元上的结点力和结点位移之间的关系式，即单元的刚度方程：伍）８＝皿№）。（３．２．４）式中ｋ】为单元刚度矩阵，ｋ】＝删忙】２〔ｖＤ〕ａ，ａ，ｄ：该积分应遍及整个单元的体积。&&&&山东大学硕士学位论文在以上二项中，导出单元刚度矩阵是单元特性分析的核心内容。４．计算等效结点力 弹性体经过离散后，假定力是通过结点从‘个单元传递到另一个单元，但是作为实际的连续体，力是从单元的公共边界传到另一个边界的，因此这种作 用在单元边界上的表面力和作用在单元上的体积力、集中力等都需要等效的移 置到结点上去，也就是用等效的结点力来替代作用在单元Ｅ的力。移置的方法 的是按照作用在单元上的力与等效结点力在任何虚位移上的虚功相等的原则进 行。单元等效结点力计算公式为：｛Ｒ｝。＝｛Ｆ）。＋｛Ｑ｝８＋｛Ｐ｝。（３．２．５）式中，忸｝。为单元等效结点力列阵，舻｝。为单元集中力等效荷载列阵，｛Ｑ｝。为 单元表面力等效荷载列阵，｛Ｐ）。为单元体积力等效荷载列阵。５．集合所用单元的刚度方程，建立整个结构的平衡方程这个集合过程包括两方面的内容：一是由各个单元的刚度矩阵集合成整个 物体的整体刚度矩阵；二是将作用与各单元的等效结点力列阵集合成总的荷载 列阵。最常用的集合刚度矩阵的方法是直接刚度法。一般来说，集合所依据的理由是要求所有相邻的单元在公共结点处的位移相等。于是得到整体刚度矩阵【Ｋ】、载荷列阵扭）以及整个物体的结点位移列阵ｐ｝表示的整个结构的平衡方程：ｋ】（占｝＝｛Ｒ｝（３．２．６）这些方程还应在考虑了几何边界条件，作适当的修改后，才能够解出的未知结 点位移。 ６．求解未知结点位移和计算单元应力 由集合起来的平衡方程组（３．２．６）解出未知位移，在线性平衡问题中，订Ｊ‘以根据方程组的具体特点选择合适的计算方法。对于非线性问题，则要通过一系列的步骤，并逐步修Ｊ下刚度矩阵或荷载列阵，才能获得解答，最后，就可利用公式（３．２．４）和已知的结点位移来计算各单元的应力，并加以整理得出所要求的结果。&&&&山东大学硕士学位论文有限单元法即可以分析线性问题，也可以分析非线性问题，一般来讲，固 体力学问题都是非线性的，但对于许多工程问题，近似的用线性理论束处理可 以使计算简便可行，并符合工程的精度要求，有些用线性理论分析是完全不合 适的，必须用非线性理论来解决。非线性问题可以分为两大类。第一类是几何 非线性问题，第二类是材料非线性问题。几何非线性问题指的是结构变形的大 位移问题：材料非线性问题指材料的物理定律是非线性的。材料非线性问题又 可以分为两类：一是非线性弹性问题，一是非线性弹塑性问题，岩土材料属于 非线性弹性问题。对于材料非线性问题进行有限元分析，由于考虑的是小变形， 平衡方程（３．２．６）和几何关系（３．２．２）依然成立，但是物理方程是非线性的，可以写成如下一般形式：，（ｐ），ｐ｝）＝０（３．２．７）必须注意，应力形式的平衡方程由于小变形的关系仍然是线性的，但是以结点位移列阵协ｌ表示的平衡方程则不再是线性的了，因为应力和应变之问是非线性的，从而应力和位移之间也是由非线性关系所联系，式（３．２．６）可写成：ｋｐ凇｝＝懈（３．２．８）该式可以用迭代法来求解，下面介绍常用的切线刚度迭代法。 如果材料的应力应变关系能够表示为增量的形式：ｄｐ｝＝〔Ｄ，（忙｝凇枯） 式中【Ｄｆ（ｐ））】是切线弹性矩阵。把式（３．２．８）改写成：（３．２．９）渺（ｐ｝）｝＝ｆ陋〕１ｐｐｙ一伍｝＝０（３．２．１０）吲为泳｝与ｐ）无关，于是有：ｄ妒｝＝肛】７ａ｛ｏ｝ｄｖ（３．２．１１）则ｄ砂｝－（１ＩＢｌ７〔Ｄ７ ｐ｝ＩＢｄⅣ】ｐｐ｝＝ｋ，ｐｐ｝（３．２．１２）式中：〔Ｋ７，】－“Ｂ】７〔Ｄ，忙｝Ｉ鲋矿】是切线刚度矩阵。&&&&山东大学硕士学位论文利州午坝一拉斐逊方法，可以得剑迭代公式：〔Ｋ，＋】。△四。＝一杪｝，， ６。＋。＝占。＋△ｐ｝。１式中（３，２．１３）（３．２．１４）渺｝户肚】７ ｆｃｒ｝。ｄＶ一｛Ｒ｝（３，２．１５）典型的迭代循环包括下列步骤，设结构在载荷作用下，已用线性理跄得ｍ位移的近似值。１．利用整体坐标下的结点位移ｐ），建立各单元的局部坐标。２．利用在局部坐标下各单元的位移列阵ｐ７，建立在局部坐标下的各单元刚度矩阵ｋ’Ｊ，并计算结点力护７。３．变换ｋ’ｊ和妒７到整体坐标下的ｋ Ｊ和｛Ｆ｝。４．集合各单元刚度矩阵，形成结构的整体刚度矩阵医】．艺女，矩阵陋】就是当Ｐｊｌ时变形位置的结构刚度矩阵。＾ Ｐ５．计算各单元作用到结点上的力｛Ｒ，）＝一芝妒），并计算出不平衡力｛ＡＲ｝，它就是忸）＋忙，）。 ６．求解平衡方程式ｋ弘占）＝｛ＡＲ），得到位移增量｛△占｝，将位移增量｛△５｝加到前次迭代中积累起来的结点位移≯｝中去，这就给出结点位移的新的近似值。 ７．检查收敛性，如果不满足，返回步骤１。直到｛址｝趋于零为止。３．３路基材料的本构关系路基材料多由压实的各种土构成，其本构关系复杂，目前还没有一种本构 关系可以对土在各种工程复杂条件下的应力应变关系作出非常准确的描述。但对于不同的计算要求，工程土材料的应力变形数值计算一般可采用线弹性模型、非线弹性模型、弹塑性模型等，如邓肯——张模型，Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕ〕ｏｍｂ模型、Ｃａｍ—Ｃｌａｙ模型、双屈服面模型。在涉及土的沉降变形有限元计算中，一般多采用非线弹&&&&山东大学硕士学位论文性的邓肯一张模型，既可以列土的施工过程进行模拟，义可较好实现模拟工程十的材料非线弹性行为，在工程中有较好的研究应用。在本文的有限元计算 中，上的本构关系均采用邓肯张模型。 弹性非线性模型是根据广义虎克定律（见附录）建立刚度矩阵，考虑到材 料的非线性，刚度矩阵的弹性常数Ｅ、世，看作随应力状念而改变的变量。由 增量的』’’义虎克定律，如果只沿着某一‘方向，给土体施加应力增量，而其他方向的应力不变，就可以求得弹性常数Ｅ、Ｋ。斗：体常规三轴试验是在保持Ｏ－，不变的情况ｈ加轴向应力（ｑ一吒），只在一个方向施加应力增量，而无其他方 向的应力增量，因此可以根据常规三轴试验确定增量广义虎克定律中的弹性常数。邓肯张模型正是据此建立的（”１。在邓肯一张模型中，切线弹性模量为：Ｅ‘２卜，（１－ｓｉｎ岬４０）（ｃ吧ｒｌ－ｒｒ３ｐ）Ｊ 二Ｐｌ７Ｓ ＯＣｃ２ ｓｉｎ ０ｐ ｐｋ 妒＋２盯， ＩＩ。ｊｎ，．”式中ｋ——无因次常量（试验参数）； ”——无因次常量（试验参数）； Ｐ。——大气压； （盯，～吧）——主应力差： Ｒ，——破坏比，ＲＪ＝（ｑ一吼），／（盯．一％）。，（仃．一吒），为破坏时的主应力差，（ｑ—ｔ３ｒ，）。为主应力差渐近值，即应变趋于无限大的主应力差：ｃ——土体的粘聚力； 妒——土体的内摩擦角（度）。切线体积模量为：…儿时Ｂ，．ｚ，ｋ。——无因次常量（试验参数）； ｍ——无因次常量（试验参数）：回弹模量为：&&&&山东大学硕士学位论文ｋ咄以八Ｂｓ∞ｋ。——无幽次常量（试验参数）：ｈｑ式（３．３ １）、（３．３．２）、（３．３３）Ｉ，ｆｉｎ，邓肯一张模犁共有８个参数，即ｋ、Ｈ、Ｒ，、３．４路基填土的室内试验０３在我国的高速公路建设中，粉土路基比较常见，修筑后出现的问题也比较多，因此本课题选取粉土路基作为典型的土质路基进行沉降计算，粉土土样取 自滨博高速滨州黄河大桥段。粉士的物理力学试验过程和结果如下： ３．４．１粉土的颗粒组成粉土的颗粒分析试验采用比重计法。耿烘干土３０克，分散剂为六偏磷酸纳。具体试验步骤如下：ｌ，将称好的风干土样到入三角烧瓶中，注入蒸馏水２００ｍｌ，浸泡一夜，加 入分散剂。２．将三角烧瓶稍加振荡后，放在电热器上煮沸４０分钟。３．将煮沸冷却后的悬液倒入烧杯中，静置１分钟，把上部悬液通过Ｏ．０７４ｍｍ筛，注入１０００ｍｌ量筒中，把杯中沉土用带橡皮头的玻璃棒细细研磨。 加水到烧瓶中，搅拌后静置１分钟，再将上部悬液通过０．０７４ｍｍ筛， 倒入量筒。反复进行，直至静置１分钟后，上部悬液澄清为止。最后将全部土粒倒入筛内，用水冲洗至仅存大于Ｏ．０７４净砂为止。注意量筒内 的悬液总量不要超过１０００ｍｌ。 ４．将留在筛上的砂粒洗入皿中，风干称量，并计算各粒组颗粒质量占总土质量的百分数。５向量筒中注入蒸馏水，使悬液恰好为１０００ｍｌ，用搅拌器在量筒内沿整 个悬液深度上下搅动１分钟，往返各约３０次，使悬液均匀分布。６．取出搅拌器，同时开动秒表。测记Ｏ．５、ｌ、５、１５、３０、１２０、２４０、１４４０ 分钟的比重计读数。每次读数前１０～２０秒将比重计小心放八量筒至约 接近估计读数的深度。读数后取出比重计。小心放入盛有清水的量简中。９&&&&?黛攀兰篇瓣孑０押００１冀需猫戮≥为方便读数，采用间读法，即－ｏ每次读数后均须测记悬液温度，准确至Ｏ?５℃ｑ读作１’”’ｕｕ”帙忏“１“”…、粉土的粒径分布见表３．４．１，级配曲线见图３．３．１赢刊ｏｓ加：坐：竺！＃竺竺一五五寸一—丁４０１ Ｉ 含量（％）１ ｌ０ Ｉ ９３．４ｉ０５椰．０１ ｌ１３．６０．０１～０．００５１＜ｏ．００５ ｌ铷竺州’１＿ｊ一：！岔一啦浒掣黼圭崩蚪富二｛一ｊ｛Ｕ．＋上＿Ｌ一一’哥｛衬十—ｒ—ｒ＿ｎｌｌｌ∞叩∞∞印的蚰∞加加０■每ｎ…ｊ＝≤善Ｆ十一卜ｉｊｉ’撼Ｉ｜…一二：≮ｏ≮＼ｌ：。０ｊ＃一ｌ誊，二：、ｉ时蛤二Ｌ二稿鞯鹌≤鞋洼望碧二』ｉＩ ＬＬ＋一一。，孰求阻ｉ｜ ｝峰葬酗疰龆臻媒一÷ｌ＿＿ＬＬＬ。１一－。一“一ｏ．ｏｌ１ｏ ”‘叭 ．１ ０ ００粒径（ｍ）系数ｃｕ＞５和曲率系数ｃｃ＝１～３这两个条件，该土为级配不良土４３４‘：，、裟篇塑限联合测触试验蝴ＬＨｏ四塑 …篡凳三銮＝ｌ矧Ｏ 等联？篙＝凳鬻兰要茹磊ｇ限联合测定仪锥质量为，ｌＯＯｇ锥角３００，读数显不刀九吧Ａ。‘２“８…７。粉土的不均匀系数ｃｕ＝３．２，曲率系数ｃｃ；２．。５，由于不能同时满足不均匀』．’兰！竺掣警黧箬蓊鬈主萎蓑篡芸≥篙纂鬈主主：／茹。２－ｏ” 粒或杂物，应将风干土样用带橡皮头的研秆雠俐！戳用一岬Ｐ’匝１４，”二．‘二测定…ｏ…。…Ｉ兰篡三詈黧：ｔ篇篙篙点篡罢二芝誉三霎辜嚣。答 鬟黑麓慧黑喜姜篙瓮篇：卷篇品羞 篓划啪州樯伯触。竺纂。淼≮赫在’ｓｍｍ２０ ０２００．２）ｍｍ。坝ｕｊ￡。照”。‘‘““１“。…”。“——————一———————————一以ｔ——————一&&&&山东大学硕士学位论文２将制备的七样充分搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压密，使空气逸出。刈 于较干的ｔ样，应先充分揉搓，用调土刀反复压实。试杯装满后，刮成与杯 边齐平。 ３．接通电源，调平仪器，打丌丌关，提起锥杆，锥头上涂少许凡二Ｌ林。将装好 土样的试杯放在联合测定仪的升降座上，转动上升旋钮，待锥尖与土样表面 刚好接触时，指示灯亮，停止转动旋钮，按下下降丌关，５秒时，锥体自动 停止下落，此时读数窗显示读数即为锥入深度。 ４．改变锥尖与土的接触位置（锥尖两次锥入位置不小于ｌｃｍ），重复３和４步 骤，得锥入深度ｈｌ和ｈ２，两值允许误差为０．５ｃｍ，否则应重做，取两者平均 值作为该点得锥入深度。 ５．去掉锥尖入土处的凡士林，取ｌＯｇ以上的土样两个，分别装入盒内，测定其 含水量，取平均值。６．重复上述２和６步骤，对其他两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和含水量。粉士的界限含水量试验结果见表３．４．２ 表３．４．２粉土的界限含水量ｌ指标 数值液限２７塑限１７．５塑性指数９．８Ｉ３．４．３粉土比重试验 粉土比重试验采用比重瓶法，具体步骤如下：１．将比重瓶烘干，将１５９烘干土装入ｌＯＯｍｌ比重瓶，称量。 ２．为排出土中空气，将已装有干土的比重瓶注蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，并将其在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，不少于３０分钟，使土粒分散。３．比重瓶冷却后，将蒸馏水注满瓶内，使多余水分自瓶塞毛细管中溢出，将瓶 外水分擦干，称瓶、水、土总质量，称量后立即测出瓶内水的温度，准确至０．５℃。４．立即倾去悬液，洗净比重瓶，注入事先煮沸过且与试验时同温度的蒸馏水至同一体积刻度处，按步骤３调整液面后，将瓶外水分擦干，称瓶、水总质量。&&&&山东大学硕士学位论文本试验测量应准确至０．００ｌｇ。５．按下式计算比重：—』Ｌ一×Ｇ。， Ⅲｌ＋ⅢＴ一Ⅲ２Ⅲ。一干土质量，ｇ； Ⅲ．一瓶、水总质量，ｇｍ：一瓶、水、土总质量，ｇ：Ｇ。一℃时蒸馏水的比重，准确至０．００１。经试验测定粉土的比重为Ｇ。＝２．７０。３４．４粉土的标准击实试验 粉土的标准击实试验采用重型ＩＩ．１法，制备试样采用于土法，具体试验步骤如下：１．取足够有代表性土样烘干，从中取５个土样，每个３０００９，分别加入不同的水，拌匀后闷一昼夜备用。 ２．将击实筒放在坚硬的地面上，取制各好的土样分５次倒入筒内（其量应使击 实后的试样等于或略高于筒高的１／５）：整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层土的击实，击实时击锤应自由垂直落下，锤逊必须均匀分 布于土样面，第一层击实完后，将试样层面拉毛，然后再装入套简，重复上 述方法进行其余各层土的击实。击实后，试样不应高出筒顶面５ｍｍ。３．用修土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称量，准确至１９。４．用推土器推出筒内试样，从试样中心处取样测其含水量，计算至０．１％。 ５．按下式计算击实后各点的干密度：．—．Ｐ Ｐ“一ｌ＋Ｏ．０１∞式中：内一千密度，ｇ／ｃＷ’；ｐ一干密度，ｇ／ｃｍ３；曲一含水量，％：&&&&山东大学硕士学位论文６．以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度与含水量的关系曲线，曲 线＿｝二峰值点的纵、横坐标分层分别为最大干密度和最佳含水量。 粉土击实试验结果见表３．４．３，击实曲线见图３．４．２。表３．４．３击实试验结果Ｉ含水量（％）５．９７ ３９．３１１．５ １．７０●１３．Ｏ１４．６１．７５１６．８ １．６９１７ ９｜ １ｌ干密度（‖ｃｍ３）１．６６Ｆ１．７２１．６９１．７２１．６４一■之？恻辩卜 伯¨他ｏ∞∞Ｈ弛ｊ二襻乏釜＼吉水量（％）图３．４．２粉土击实曲线从粉土的击实曲线可以看出，曲线有两个驼峰，在同样压实功下，第二个 驼峰峰值较高，故施工中采用第二峰值处指标控制，即取最佳含水量彩ｏ＝１４．６％ 最大干密度Ｐｍ＝ｌ－７５９／ｃｍ３。３．４．５粉土的回弹模量试验回弹模量的测定采用承载板法，主要仪器为杠杆压力仪。土样在最佳含水 量下，压实度分别为Ｋ＝９０％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％的情况下，采用静 压法制备。具体步骤如下：１．安装试样：将试样和试筒放在杠杆压力仪的底盘上，将承载板放在试样中央并与杠杆压力仪的加压球座对正，将秒表固定在立柱上，将表的测头安放在 承载板的表架上。２．预压：在杠杆压力仪的加载架上施加砝码，用预定的最大单位压力２００ＫＰａ 进行预压，预压后调整承载板的位置，并将千分表调整到接近满量程的位置，准备试验。３．测定回弹模量：将预定的最大单位压力分成５份，作为每级加菏的压力。每 级加荷时间为１分钟，记录千分表读数，同时卸载，让试件恢复变形，卸载１２３&&&&山东大学硕士学位论文分钟瑟，蔷次避录予分表读数，同时施鞠下一缀蘅载。翔武逐缀燕载蠲载，并 避录予分表读数，直至最后一级荮拨。粉土回弹模鼙试验结果见表３。４．４，回弹模量试验结果表明，压实度从９０％到９３％回弹模爨变化表３．４．４豳弹模量试验结果 ｝压实魔Ｋ（％）Ｉ比较明最，隧后变 仡趋予平缓，这淡 明９３％压实度的抗９０｛９３｛９４｛９５｛９６｛９７ ｌ｜魁弹楼量（Ｍｐａ）｝，３８。ｌ一１＋２｛｛１。！ｌ《１．５｛４２ｌｌ｛４２．５ ｌｏ压性能较９０％压实度提高幅度较大。３．４．６粉土的三轴压缩试验 粉土的三轴压缩试验选择固缩捧东试验，根据粉±的击实试验蘸栗努潮按 照理纷压实标准秘瑟标准裁餐试榉，在三辘痿缠试黢纹上进零亍试验，具棼试验步骤如下： （１）试样安装 开孔隙水艇力阀和排水阀，对孔隙水厩力系统及联力室底座充水排气侯，关孔隙水压力阀和排水阀。压力室底庶上依次放上透水扳、滤纸、试样及试样稽。试样周豳貉浚瀑静滤纸条，套上橡菠簇，将橡皮簇下臻与瘫座 扎紧。然试棒底部充承，排除试撵与橡搜膜之翔的气逸，势姆橡皮黢土部与试 样帽扎紧。降低排水管，使赞内水须位于试樽中心以下２０～４０ｃｍ．吸除余水， 关排水阀。需要测定应力应褒时，应在试样与透水扳之间放置中间必有硅脂的 两层圆形橡皮膜，膜中间应留直裰为ｌｃｍ的圆孔排水。 （２）安装舔力室鼙，瓷东。提高撵承管，使繁内承鬣与试祥毫浚辛心齐平，嚣记撼水恧读数。（３）开孔隙水压力阀，使孔隙水压力等于大气压力，关闭孔隙水珏力阀。施加 周围压力。调整轴向压力、轴向应变和孑Ｌ隙水压力为零点，记下体积变化蓬管的凑数。（４）试棒捺东晷缮歼孔黻承器力翊，测定孔隙承垂力。开摊表露。毫至磊躲承压力消敬９５％班上。固结竞成压，测记撼水管读数秘孔踩水压力读数。微 调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时轴向变形百分表的变化值为固结对高度变化。 （５）试样翦切２４将轴向测力计、轴向变形酉分表鞠孑Ｌ陈水压力读数均调整至&&&&山东大学硕士学位论文零。按每分钟ｏ．０５％的剪切速率进行剪切。试样每产生Ｏ．３％～０ ４％的轴向应变， 测记一次测力计、轴向应变和排水管读数。当轴向应变大于３％时，每隔Ｏ７％～０．８％的应变值测记一次读数，当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到轴向应变超过５％为止。当测力计读数无峰值，剪切应进行到轴向应变的１５％。（６）试验结束，关电动机和各阀门，排除压力室的水，拆除试样，描述试样破 坏形状。称试样质量，并测定含水量。 粉土三轴压缩试验结果如下：表３．４．５粉土破坏应力值Ｉ压实度Ｋ／％６，／ＭＰｄ Ｏ．１（ｑ一吒）ｒ／ＭＰａ０．３４０４ ０．６３２８ ０．８３４８１．０７２５（ｑ）ｒ／ＭＰａ０．４４０４ ０．８３２８ １．１３４８１．４７２５９００．２ ０．３Ｏ．４ Ｏ．１ ９３ ０．２ ０．３ ０．４０．１ ９４０．３８２５ ０．６６３８ ０．８７７２ １．１１７８ ０．４２５９ ０．７１６８ ０．９４０６ １．１９７５ ０．４７７９ ０．７５８８ ０．９９２８ １．２７７ｌ ０．５３１７ ０。７９７６ １．０４６ｌ １．３０４５ ０．５８４４ ０．８５７８ １．０９５７ １．３２９９０．４８２５ ０．８６３８ １．１７７２１．５１７８０．５２５９ ０．９１６８ １．２４０６ １．５９７５ ０．５７７９ ０．９５８８ １．２９２８ ｌ－６７７１ ０．６３１７ ０．９９７６ １．３４６ｌ１．７０４５Ｏ．２ Ｏ．３Ｏ．４Ｏ．１ ９５０．２０．３ ０．４ Ｏ．１ ９６ Ｏ．２ Ｏ．３ ０．４ ０．１９７０．６８４４ １．０５７８ １．３９５７ １．７２９９０．２ Ｏ．３ Ｏ．４注：０”３隔压，（盯Ｉ一盯３），—破坏主赢力差，（盯１），一破坏主应力&&&&山东大学硕士学位论文≈ｆ∞§寸１Ｓ３．００擒０ ８０、＃２漕２．００ ｉ．∞§ｏ Ｂ０ 。铸 。２０Ｏ ００１．００ ０．５。 ０．０００ ２ ４ ８ ８ １０ ＆０２４６８１０控ｔ灞图３．４．３粉土９０％压实度（吼一吒）一ｓ。和ｓ，一Ｆ。关系曲线嚣Ｉ ５０４８≈ｉ、＿１鐾，ｚ。节九Ｓ。。。０ ６０寸Ｉ ００２．５０２－００ Ｉ?５０ｌ?０００ ４００．５Ｄ。∞０．０００ ０００２４８８糟８１０￡∞ 图３．４．４粉土９３％压实度（吼一ｃｒ３）一巳和占，～ｓ。关系曲线Ｓ３．５０ｉ ００ｆ．四铂ｋ０｛寻啡２．５０ Ｚ ００《窘＾ｍ§●｛１０ｖ鼹！ｉｎｖ∞ 世ｌ?５０ ｌ?００ｎ ５０ ０．０００２ ４ ６鎏０ ∞８｝８０８１０ｔ（％）Ｐ（笱图３．４．５粉土９４％压实度（吼一％）～乞耥占，～譬。关系馥线&&&&山东大学硕士学位论文１．４０≈塞一Ｉ∽。１．０００＿８０ ０．６０１ｄ３．５３ ２ｔ５ ２ １．５Ｖ盯０．４００．２００．０００．５ ０ ０ ｛？ｆｃ％：图３．４．６粉土９５％压实度（｛３－Ｉ—Ｅｒ３）～ｓ。和ｓ。～ｆ。关系曲线≈１．４０ｉ塞时Ｉ∽ｏ１．００１寸３．５ ３２?５Ｓｏ瑚２０?６０１．５０?４００．２００。００４０．５ ０ ０｝２Ｌ（％）￡（弼图３．４．７粉土９６％压实度（ｑ—ｃｒ３）～ｓ。和Ｆ，～￡。关系曲线１．４０ｏ窘＾ＦＩ１．２。ｊ女、４１．００盯。０．８００．６００．４００．２０ｉ ｉ０ ０ 蚰∞船∞郓∞ ∞０．。。８１０ｆ（呦图３．４．８粉土９７％压实度（ｑ一吧）～ｓ。和ｇ．．～ｆ。关系曲线２７&&&&山东大学硕士学位论文表３．４．６粉土不同压实度的ｃ、驴值压实度Ｋ／％９０Ｃ｝ＭＰｎ０．０２９０∞３３．Ｏ。ｌ９３０．０４００３４．９。｝９４０．０４５５３５ ｒ９５０．０５０５３５．５。９６０．０６２９３５．９。９７０．０８１５３６．６。ａｆ＾如图３．４．９粉土９０％压实度莫尔应力圆ａｔ＾胁 图３．３．１０粉土９３％压实度莫尔应力圆Ｏ｛Ｍｈｏ｛Ｍｈ图３．４．１１粉土９４％压实度莫尔应力圆图３．４．１２粉土９５％压实度莫尔应力圆２８&&&&山东大学硕士学位论文ｏｒ／ＭＰａＦ』ＭＦａ图３．４．１３粉土９６％压实度莫尔应力圆图３．４．１４粉土９７％压实度莫尔应力圆注：（Ｏ－．一盯，）一主应力差，ｓ。一轴向应变，占。一体积应变，ｃ一粘聚力，妒一摩擦角。由粉土的三轴试验结果可以看出，随着压实度的增加，粉土的的粘聚力ｃ和 摩擦角ｐ增幅明显，这说明土体的抗剪能力是和压实度密切相关的。３．５有限元计算参数确定邓肯一张模型利用双曲线来拟合（ｑ一仃，）～ｓ。关系曲线，其公式为盯Ｉ—ｃｒ３２土ａ＋ｂｅｏ（３?５?１）若以￡。／（ｑ一仃，）为纵坐标，占。为横坐标，则双曲线转换成直线，其截距为ａ，斜率为ｂ，其中ａ＝１／Ｅｔ，Ｅ为初始切线模量，ｂ＝１／（ｏ－，一ｏ－３）。，（ｏ－１一Ｏ－３）。为￡。趋向无穷大时的（ｏ－。一％），应力水平的公式为Ｓ：！！！二垒！（３．５．２）（盯Ｉ一盯３）‘它表示当前应力圆直径与破坏应力圆直径之比，反映了材料的强度发挥程度。破坏比公式为Ｒ，＝！！！二竺！！！（３．５．３）。（口ｌ—ｃｒ３）。凶此，只要求得Ⅱ和ｂ的值，就可以确定初始切线模量Ｅ，和破坏比Ｒ，。 出于土的实际应力应变关系并非完全符合所假定的双曲线，往往在丌始和２９&&&&＊Ｓ！！＿∞！！！∞！！！￥ｅ！！四，１１山东大学硕士学位论文ＩＩＩ，一—ＩＩ—ＩＩＳＩ！！！簸蘑按近谈坏的一段‘，将ｐ．～吒）～屯液力应交联熬线关系转锓成瞳。，（盯。一０－”３）ｊ～岛直线关系时，试验数箍对线性关系有些偏离，为了减少人为圆索，使攀体符台得好，在敬“（赢线的截距，）值和ｂ（６＝Ｉ／（。－，一玎，）。）值嚼‘，使髓线通过应力水平ｓ＝７０％及ｓ＊９５％舔点，绘幽融。／（ｏ－ｆ一吼）】～＃。的关系直线（如嘲３．５．１～３．５．３所示）。由图３．５．１～３．５．３可确定ａ、ｂ值，并进一步樽别Ｅ 和Ｒ，值（见溢３．５．１）。冀 §《京； 善１．００ ２．祷Ｓ．∞《．０ｅ｛耋 １０８ ６ 《 ２ Ｏ善《２Ｏ０。００Ｆ＝∞鬻３＋５。１ ９０％举ｔ：１§．瓣ｌ。褥２．００ ３。００ ４．００§．００ ￡，∞９３糍援实发甄，奴～吗翌～《鞠线ｌ≤ｆ１２磊１０ ７ ８ｓ４ ２ §《 罾ｓ｝８ｇ４守２ Ｏ Ｏ?００ １?００ ２?００ ３－００ ４?００ ５?００巍００ ｌ。００ ２。００ ３。００ ４，００ ５，００ ￡。∞￡∞图３．５。２舛％和９５％压实度ｋ，ｐ．一鸭嚣～％关系曲线&&&&誊彦凹 毛髟嚣苫６｝８ ６ ４ ２４／３妣≈ｌ、＾ｎｂ●Ｈｖ、ｄｋ００．００ １．００ ２．００ ３。００ ４．００ ５．０００．００１．００２瑚３．００：ｑｆ四图３．５．３９６％矛１１∞四９７％压实度ｂ。／（ｏ－．一０”３）】～ｓ。关系曲线３．４０ ３．２０一。礼、时一君【３．００ ２．８０ ２．６０ ２．４０ ２．２０ Ｏ ０．２ ０．４ ０ ６８坂 电 瞳扫 Ｊ图３．５．４粉土不同压实度下的ｌｇ（ｏ”，／ｐ。）和ｌｇ（Ｅ，／ｐ。）关系曲线&&&&山东大学硕士学位论文表３．５．１粉ｔ不同压实度下的Ｅ，和Ｒ，值压实度（％）ｏ、｜ＭＰｎ（ｑ一吗），口Ｅｂｐ，一盯，ｈＲ，｝ＭＰｎＯ １ ９０ ０．２ Ｏ．３／ＭＰａ４．９５ ４ ５ｌ／ＭＰａ１．２９０．３４０４Ｏ ６３２８２０．２０２０２２０．７７５６ ０．９８４７ １．１４１４１．３５１００．４３８９ ０ ６４２７１７２９１．０２ ０．８８ ０．７４０．８３４８ｌ３ ３９２ ５２２９．５０４２ ３９ ７４１２０．７３１４０ ７９３９Ｏ４０７２５平均／ ０ １ ０．２｝０．３８２５ ０．６６３８ Ｏ ８７７２１≠４ ２６ ３．９９ ２．８０ ２．１７｝２３．４５７５ ２５．０８６１ ３５，６８５１ ４６．０７１３｛１ ２ｌ｜０．８２４５ １．０１３１１．１４５９０．６５１７０ ４６３９０ ６５５２０ ９９ Ｏ．８７ Ｏ．６２９３０ ３ ０．４０．７６５５ ０．６９７９ ０．６４５６０ ４９６６１１７８１．６０１７平均，０．１｝０．４２５９ Ｏ．７１６８ ０．９４０６ １．１９７５Ｉ４．０２｜２４．８７５６ ２７．４７２５ ３６．９００４ ５１ ２８２１｜１．１６ ０．９５ ０．８ｌ ０．５ｌ｜０．８５７６ １．０５２６ １．２４０７ １．９６０８９４０．２３．６４ ２．７ｌ １．９５０．６８１０ ０．７５８１ ０ ６１０７ ０，６３６６ ０．４７５１０．６００４０．３ ０．４平均／０ １ Ｏ．２｝Ｏ．４７７９ ０．７５８８ ０．９９２８ １．２７７１ｊ３．３６ ３．１９ ２ ６２ １．８１｛２９．７８４７ ３１．３７１５ ３８．２４０３ ５５．１７２２｛Ｏ．９９ ０．７９ ０．５５ ０．４９ｉ１．００５８ １．２６３８ １．８２６４ ２．０５２６９５ Ｏ．３ Ｏ．４０．５４３５ ０．６２２２ ０．５６０３ Ｏ．５１１５ ０，５９０２ ０．５５４４ ０．５４７９ ０．５５００ ０．４９８０ Ｏ．５５７４ ０．４９６２０ ４３１４平均，０．１ ０．２ｔＯ．５３１７ ０，７９７６ １．０４６１ １．３０４５ｆ２．９７ ２．６７ ２．３４ １．７０｝３３ ６７００ ３７．４５３１ ４２．７３５０ ５８．８２３５｛Ｏ．９６ Ｏ．７４ Ｏ．５３ ０．４２ｆ１．０３９５ １．３５１４ １．８８６８ ２．３８０９９６ Ｏ．３Ｏ．４平均， Ｏ．１ Ｏ．２｛０．５８４４ ０．８５７８ １．０９５７ １．３２９９｝２．７５ ２．４８ １．８５ １．６３ｆ３６ ４２４４ ４０．２５０５ ５４．０７９２ ６１．４８９９｜０．８５ ０．６５ Ｏ．４５ Ｏ．３２｜１．１７３５ １．５３９０ ２．２０８４ ３ ０８２５９７０．３ ０．４平均，｝｝｝｜｜０．４９５７山表３．５．１可绘带，ｌＪｌｇ（ｏ－，／ｐ。）和ｌｇ（Ｅ，／ｐ。）关系曲线（见图３．５．４），图中直 线截距为ｌｇｋ，斜率为ｄ。由图３。５．４可得粉土不同压实度下的ｋ和月值。３２&&&&山东大学硕士学位论文由图￡，～￡。关系图Ｉ＿ｌＪ‘求得各围压下ｏ．一一，＝０．７（０－。一０”３），所对应的ｓ。和Ｂ值（Ｂ＝（口．一盯３）／（３ｅ－．．）），绘制ｌｇ（０－，／ｐ。）和ｌｇ（Ｂ／Ｐ。）关系曲线（见图３．５．５）圈ｒｆｌ直线截距为ｌｇｋ。，斜率为ｍ。２如 曲蔷；写２２．００１，８０１．６０ １．４０００．２０．４０．６０．８ｋ（０－３，ｐ。）图３．５．５粉土不同压实度下ｌｇ（ｏ－，／以）和ｌｇ（Ｂ／ｐ。）关系曲线由图３．５．５可得粉土不同压实度下的ｋ。和ｔ’ｎ值，根据经验ｋ。，＝ｔ．２ｋ有以上计算可得出粉土不同压实度下得邓肯张模型得参数（见表３．５．２）表３．５．２粉土不同压实度下邓肯张模型的参数压实度ｃ／ＭＰｎ口七屯３８ｋ。，用肝Ｒ，Ｋ（％）９００．０２９０３３．Ｏ。１９２２３００．４３Ｏ．９０Ｏ．６５１７９３０．０４００３４．９。３５２４９４２２０．５４０．７９０．６４５６９４０．０４５５３５．ｉ。４３８５２５２６Ｏ．５６０．７１０．６３６６９５０．０５０５３５．５。５７７６８６９２Ｏ，５９Ｏ．６３０．５６０３９６０．０６２９３５．９。７１４７０８５７Ｏ．５９Ｏ．５５０．５５００９７０．０８１５３６．６。８８３７５１０６０Ｏ．６ｌ０．４６０．４９５７&&&&山东大学硕士学位论文３．６路基沉降变形的有限元计算在路基的沉降变形计算中，路面宽度取２８ｍ，路堤高度取６ｍＪ｛＝Ｆ１３０ｍ两种，当 路堤高６ｍ时，边坡坡度为１： １．５，沿路线纵向驭ｌＯｍ；路 堤高３０ｍ时，边坡坡度为１： １．７５，沿路线纵向取２０ｍ。 路面结构荷载只考虑材料 自重，不考虑行车荷载，路 面结构参数见表３．６．１。分 别在现行路基压实标准和 新标准下计算路基的沉降 变形。 由于路基关于Ｚ轴对 称，所以只取路基的一半 进行计算。路基计算模型 网格划分采用８结点八面 体单元，计算中路基最下 端面施加的ｚｈ－向位移约 束，路基项面和边坡面自 由变形，其余各面旌加垂直于该面方向的约束。有限元网格示意图见图３．６．１。 路基的沉降变形模拟计算所用的非线性分析技术为增量法。把全部荷载分 为若干级增量，按施工过程逐级施加，每一级由当前应力状态用式（３．３．１）和式 （３．３．２）计算Ｅ和置，，进而形成劲度矩阵，计算该级荷载增量下的位移增量和 相应的应力增量。各级加荷之间的应力状态变化、弹性模量和体积模量变化， 反映了材料的非线性性质。路基填高为６用时，填筑过程为１２步，路基填高为３０ｍ 图３．６．１路基沉降变形有限元网格示意图 基层 底基层 面层 路面结构 表３．６．１路面结构计算参数 结构层材料 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 二灰碎石 二灰碎石 二灰土 路面结构自重 厚度（ｃｍ）４ ５ ６ １６ １６ １８密度 （ｇ／ｃｍ。）２．６５ ２．４６ ２．５４ ２．１９ ２，１９ １．９８１４０９８Ｎ／ｍ２时，填筑过程为６０步，路基的最终沉降（纺向）位移等值线分别见图３．６．２～图３．６ ７。（注：Ａ一现行标准，Ｎ一新标准，１、２代表方案编号，６、３０代表路基高度，下同）&&&&山东大学硕士学位论文圈３．６。２路萋沉降等傻线圈（Ａ．６）躅３．６．３路基沉降等值线圈（Ｎ１—６）闰３，６．４路鏊沉降等值线蚕（Ｎ２，６）３５&&&&山东大学硕士学位论文图３．６．５路基沉降等值线图（Ａ一３０）图３．６．６路基沉降等值线图（Ｎ１?３０）图３．６．７路基沉降等值线图（Ｎ２?３０）&&&&山东大学硕士学位论文表３．６。２路基沉路变形的计算结累 路基局臌 篷实标准（ｍ）最大沉降量（ｍｍ）路基项赫沉降（ｎｌｆ【１）１６卜３０现行标准 新标准（方案一） 毅标准（方案二） 现｛亍橼准 新标准（方案一） 新标准（方案二）５６ ３ｌ ３ｌ １１６８ ６３７ ６３７８．７ ８。７ ８０ ４５ ４５从以上计算结采中可以看 舞，在路基裹蒗蔻６ｍ嚣章，路基 最大沉黪变形发生在下路堤顶 面处，丽路基顶面处的沉降并 不大。但由于路基基本不能承 受拉力，在彳亍车荷载和承的作 爱下，路基会发生塌隆，路基 的最大沉降变形最终应发生在 路基顶耐处。按照观行压实标口目ｕ糕擞聪臻留僦 锄 啪 辩咖栅磷。■矗吨蓦ｉ’Ｓ－－－一一１ｔｌ－３０１１１Ｅ－３０鞭噶矗．鞠图３．６．８路綦沉降量柱状图准进行路基压实后，路基的最终沉降鲞为５６ｒａｍ。如果采用新路基压实称准一， 貉簇翡最终流降董为３１ｒａｍ，露予薪垂实标准来说，方案一和方案＝对蹿基沉降 豹影豌蒸本甥耀，秘理撂鼹基聪实撂准趣魄，黢基沉簿驿低了４５％。当路基填 高为３０ｍ对，沉降分布规襻和６ｍ时基本相同，但路基沉降量想剧增长，为６ｍ路基 的二卜多倍，采用新的路基压实标准后，路基沉降降低了避４５％，这说明采硝 新的路蘩压实标准对予降低路基沉降变形趋非常有效的，对于高骥方路基来说，因为沉降董过大，报容彝造残遂路静损坏，霞我提毒路基压实标准对予高壤方路基是缀必要的。３７&&&&山东大学硕士学位论文第四章高速公路路面结构应力和弯沉计算４．１路面力学分析方法简介路面是直接供车辆行驶和大气接触的部分，它承受较大的行车荷载的垂直 力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降水的侵蚀和气温变化的影响。因此路面应具有较高的结构强度、抗变形能力。高速公路交通量大、重载车多、路 面造价高，如果路面结构整体或某一部分的强度和抗变形能力不足，则会出现断裂、沉陷和波浪等损坏现象，严重影响道路的服务质量和正常使用。路基是路面的基础，路基的强度和刚度对路面结构的承载能力和抗变形能力均有影响， 为了了解路基对路面结构的影响程度，就必须分析修筑于不同压实标准路基上路面各结构层在轮载作用下所产生的应力、应变和位移量，为高速公路路基压 实标准的修订提供依据。沥青路面通常是多层体系，在进行沥青路面力学分析 时，较为理想的力学模型是层状体系理论。它较弹性半空间理论更能反映沥青 路面的实际工作状况，自从２０世纪４０年代以来无论是在理论分析，还是在数值 计算方面，都取得了很大进展，特别是计算机科学的发展及其在工程技术中的广泛应用，使层状体系理论的研究臼趋完善，层状体系理论的应用也日益广泛，许多学者应用层状弹性体系分析道路及其他工程结构的力学性质。我国现行的 沥青路面设计规范就是以层状弹性体系为基础。为了便于力学分析，层状体系理论作了以下基本假定ｐ。Ｊ：１．各层都由均质、弹性、各向同性材料组成，材料的力学性能服从虎克定律。 ２．假定土基在水平方向和向下方向均为无限，其上的各层结构的厚度均为有限，但水平方向为无限。３．上层表面作用着轴对称圆形均布垂直荷载，同时在下层无限深处及水平无限远处应力及位移均为零。４．层间接触完全连续。 路面力学分析方法分为解析法和数值方法【３１】，解析法是采用力学理论和数学解析法，引入简化假设，推导出解的解析表达式，然后按给定条件和参数计 算出解的相应数值，道路弹性层状理论体系的应力和位移解析计算，求解方程是采用了汉克尔变换法，致使应力位移解的表达式为含有指数函数和贝塞尔函３８&&&&山东大学硕士学位论文数的复杂广义积分，所以很难在实际工程中得到应用。数值方法是保留问题的 复杂性，利用数值计算方；数值方法是保留问题的复杂性，利用数值汁算方法 求得问题的近似数值解。随着计算机技术和计算方法的发展，复杂的工程问题 可采用离散化的数值计算方法并借助计算机得到满足工程要求的数值懈，存工 程领域中应用最广泛的数值模拟方法是有限单元法，它的计算结果已成为工程 设计和性能靠性分析的主要依据。本课题利用有限元方法对不同路牡鹾实标准 卜－路面层状结构的力学性质进行分析，为路基压实标准的修订提供有益的参考。４．２路面结构选择及有限元模型路面类型可以从不同角度来分类，从力学特性方面可分为柔性路面，刚性 路面和半刚性路面三类，柔性路面的总体结构刚度较小，在车辆荷载的作用下 产生较大的弯沉变形。路面结构本身的抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车 辆荷载传给土基，使土基承受较大的单位压力，路基路面结构主要靠抗压强度 和抗剪强度承受车辆荷载的作用。柔性路面主要采用沥青面层，级配碎石或级 配砾石基层，底基层一般采用粒料或粒料土，随着交通运输的发展，车辆轴载和交通量的增加对路面承载力要求不断提高，单一级配的碎石或级配砾石基层已不能适应交通运输的需求。高速公路中已较少采用这种路面结构。刚性路面主要指水泥混凝土路面，水泥混凝土的强度高，与其他筑路材料比较，其弯拉强度高，具有较高的弹性模量，故呈现较大的刚性。水泥混凝土路面强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用少，有利于夜间行车。在我国高速公路建设初期曾大量采用这种路面结构。但水泥混凝土路面为消除温度应力，需要设置纵 向和横向接缝，这些接缝增加的施工和养护的复杂性，容易引起路面板的错台、 路面板的破裂和路面基层破坏。水泥混凝土路面破损后，修复难度大，费用高， 目前，我国高速公路已很少选用这种路面结构。半刚性路面是指面层采用沥青 混合料，基层采用半刚性材料的路面结构，所谓干刚性材料就是采用气硬性或 水硬性结合料加固颗粒材料，在碾压密实后经一定温度、湿度养生条件下形成 的板体性好、具有一定强度和水稳定性的路面材料。半刚性路面通常也成为半 刚性沥青路面，这种路面结构表面平整无接缝、行车舒适，与汽车轮胎的附着 力好、可保证行车安全，有很好的减震性，可使车辆快速、平稳的行驶，养护 维修简单，旧沥青混合料可再生利用，半刚性基层的强度和刚度远高于柔性基３９&&&&山东大学硕士学位论文层，可满足重载车和大交通量的要求。由于半刚性沥青路面的这些优点，这种 路面结构已成为我国高速公路的主要路面结构类型。因此，为了简化计算量， 又使研究成果具有普遍性，在本课题的高速公路路面结构应力和弯沉计算中， 路面结构选用中半刚性沥青路面。路面结构由沥青混凝土表层，二灰碎石基层 和二灰土底基层组成，考虑到路面荷载影响深度比较小，路基填高取６ｆｎ。路纂 和路面各层材料计算参数见表４．２．１。 行车荷载对路面结构作用情况比较复杂，除垂直荷载外，车辆运行、制动 表４．２．１路基路面各层材料参数 路面结构 结构层材料 细粒式沥青混凝土 面层 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 基层 底基层 二灰碎石 二灰碎石 二灰土 粉土９７％压实度 粉土９６％压实度 路基 粉土９５％压实度 粉土９４％压实度 粉土９３％压实度 粉土９０％压实度 和急转弯时车轮和路面会产生水平荷载 击荷载。在考虑路基对路面结构的影响 时，垂直荷载的影响是主要的，因此， 在路面结构的力学计算时，只考虑垂直 荷载的作用汽车对路丽的垂直压力主要 是轮胎传给路面的垂直压力，它的大小 受下列因素的影响：汽车轮胎的内压力， 轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状， 轮载的大小。为了使计算简化通常，忽 略上述因素的影响，而直接取内压力作 为接触压力．并假定在接触面上压力是均匀分布的，荷载作用方式采用双圆垂 图４．２．１荷载当量圆示意图、ｊ厚度（ｃｍ）４ ５ ６ １６ １６ １８密度 （ｇ／ｃｍ３）２．６５ ２．４６ ２．５４ ２．１９ ２．１９ １．９８ １’７０ ｌ＿６８ １．６６ １．６５ １．６３ １．５８弹性模量 （ＭＰａ）１４００ １２００ １０００ １５００ １５００ ７５０ ４２．５ ４２．Ｏ ４１．５ ４１．４ ４１．Ｏ ３８．０泊松比０．２５ Ｏ．２５ Ｏ．２５ ０．３０ Ｏ．３０ ０．３５ ０．４０ ０．４０ ０．４０ ０．４０ ０．４０ ０．４０｛ ｛ ｝ ｜ ｛ ｆ当车轮通过路面不平整处还会产生冲&&&&山东大学硕士学位论文直荷载，当量圆直径取ｄ ２０．１３ｃｍ，圆心间距１．５ｄ，当量圆示意图见图４．２ ｌ。Ｈ 前我匡Ｉ车辆超载超限已成为一种普遍现象，在尽可能限制车辆超载超限的同时， 对路而结构的力学分析理应考虑这 种实际情况。为了分析超载车辆的影 响。路面荷载取０．７ＭＰａ和１．０ＭＰａ两种。路面结构应力和弯沉计算采用 三维线弹性模型，由于行车荷载对路 面结构的影响局限于一个较小范围 内，该范围外的行车荷载的影响可以 忽略，为了减少计算量，在保证计算 结果精度的情况下，模型尺寸不应取 得太大，经计算显示，模型尺寸取下 列数值比较合理：沿路面纵向长为 ３ｍ，横向宽为４ｍ，路基及路面总厚度 为６．６５ｍ。路基路面结构计算模型见 图４．２．２。考虑荷载的对称性，取半 圆荷载进行计算。 应用四面体单元（ＳＯＬＩＤ９２）对 路基路面结构实体模型进行网格划 分，在荷载作用下的区域部分对垂 直对称面方向进行约束，底部完全 约束，路表作为自由面，不进行任 何约束。路基路面结构网格划分图 见图４．２．３ 图４．２．３路基路面结构网格划分图 图４?２?２路基路面结构计算模型４．３高速公路路面结构有限元计算我国现行《公路沥青路面设计规范》（ＪＴＪ０１４—９７）〔３５１是以设计弯沉值为路 面整体刚度的控制指标，对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层 和半刚性材料的基层底基层拉应力是否满足容许拉应力的要求进行验算。从力４&&&&山东大学硕士学位论文学角度考虑，路面损坏状态主要是路面表面的过大变形、路面结构层被拉裂以 及路面结构层的剪切破坏．因此进行半刚性路『ｆ｜【ｉ结构的力学响应分析，了解不同 压实标准下路面面层、基层和底基层各自的应力状况以及路面各层的应力特点， 有助于分析压实标准对路面应力状况和变形的影响。对于路面结构应力和弯沉 有限元计算主要从路表弯沉、基底拉应力和剪应力三个方面进行分析。 ４．３．１路表弯沉 路表弯沉是在一定荷载作用下路表 面的竖向变形是反映路面整体承载能力 高低和使用状况好坏的最直观、最简单 的指标．它是由路面各结构层（包括土基） 各自变形的综合结果，因此该变形在一 定程度上反映了路面各结构层及土基的 力学性质．根据我国现行规范要求以双 轮组车辆荷载作用下在路表面轮隙中心 处的弯沉，作为路面攘体抗变形能力的 指标【３２】．因此，对位移的分析，主要就是图４．３．１路面结构弯沉图（Ａ—ｏ．７）图４．３．２路面结构弯沉图（Ｎ１ ０．７）图４．３．３路面结构弯沉图（Ｎ２—０．７）４２&&&&山东大学硕士学位论文分析路表面轮隙中心处的弯沉。不同压实标准不同轮压下路面结构的弯沉等值 线图分别见图４．３．１～图４．３．３（图中Ａ代表现行标准，Ｎ代表新规范，Ｌ、２代表 方案编号，０．７和ｉ．Ｏ代表轮压数值，下同）。路表面轮隙中心处的弯沉值见表 ４．３．１，柱状图见图４．３．４。 由以上弯沉计算计算结果可以看出，新标准方案一和方案二对路面弯沉影响 基本相同，采用新路基压实标准后，在额定轮压下。路表面轮隙中一ＬＩ，姓的弯沉 比现行压实标准降低５．８％，说明新压实标准能在一定程度上降低路表弯沉；当 轮压为ｌ＿ＯＭｐａ时，路表面轮隙中 心处的弯沉值较额定轮压下弯 沉值有大幅度的增加，采用新标 准后弯沉降幅仍为５．７％，也就是 说提高路基压实标准对于超载０．？Ｍｐａ表４．３．１路表面轮隙中心处弯沉值 轮压 弯沉值 路基压实标准（Ｏ．Ｏｌｍｍ）现行标准 新标准（方案一） 新标准（方案二） 现行标准Ｉ．ＯＭｐａ３４ ４ ３２．７ ３２．４ ４９ １情况不会更有效的降低路表弯沉。由路面结构的弯沉等值线图 还可以清楚的看出： 车辆荷载新标准（方案一） 新标准（肯辜一１４６．７ ４６．３作用下路表沉降最大值发生在６０轮胎与路面接触面的中心，而它 与路表面轮隙中心处的弯沉值的 差别不大。故以路表面轮隙中心 处的弯沉作为路面设计指标是可 行的，～方面它便于实地测量， 另一方面它又能反映路面的整体 抗变形能力。另外，最大弯沉值 发生在面层表面，在超限车辆荷售５。 鼍４０３ 趔３０ 蜒 钟２０ 琳 锯ｉ０