路基工程概论解析PPT学习教案

1、会计学1 路基工程概论解析路基工程概论解析 第1页/共40页 1.1.一级区划一级区划 按自然气候，全国轮廓性地理地貌划分按自然气候，全国轮廓性地理地貌划分 区区北部多年冻土区；北部多年冻土区； 区区东部温润季冻区；东部温润季冻区； 区区黄土高原干湿过渡区；黄土高原干湿过渡区； 区区东南湿热区；东南湿热区； 区区西南潮暖区；西南潮暖区； 区区西北干旱区；西北干旱区； 区区青藏高寒区。青藏高寒区。 区划目的区划目的 1）为了区分各地自然区域的筑路差异，在工程活动中采取适当的技术措施和设计参数）为了区分各地自然区域的筑路差异，在工程活动中采取适当的技术措施和设计参数 2）为了在全国范围内贯彻统一的

2、路基路面设计方法）为了在全国范围内贯彻统一的路基路面设计方法 第2页/共40页 二级区划以潮湿系数为主要分区依据，按公路工程的相似性及二级区划以潮湿系数为主要分区依据，按公路工程的相似性及 地表气候的差异，进一步分为地表气候的差异，进一步分为3333个二级区和个二级区和1919个副区。个副区。 潮湿系数潮湿系数K /KR Z 式中：式中：R年降水量，年降水量，mm； Z年蒸发量，年蒸发量，mm； K2.0 1级级 过湿过湿 2.0K1.5 2级级 中湿中湿 1.5K1.0 3级级 润湿润湿 1.0K0.5 4级级 润干润干 0.5K0.25 5级级 中干中干 0.25K 6级级 过干过干 3.

3、3.三级区划三级区划 划分的方法有两种，一种以水热，地理和地貌为依据，划分的方法有两种，一种以水热，地理和地貌为依据， 另一种是以地表的地貌、水文和土质为依据，由各省、自治区自行划定。另一种是以地表的地貌、水文和土质为依据，由各省、自治区自行划定。 第3页/共40页 土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物 搬运、沉积搬运、沉积 形成过程形成过程 形成条件形成条件 物理、物理、 力学性力学性 质质 风化风化岩石岩石 地球 土土 地球 影响影响 2.2 路基土的分类路基土的分类 第4页/共40页 2.2.1 2.2.1 路基土的分类路基

4、土的分类 土土 巨巨 粒粒 土土 粗粗 粒粒 土土 细细 粒粒 土土 特特 殊殊 土土 漂石土漂石土卵石土卵石土砾类土砾类土砂类土砂类土有机质土有机质土粘质土粘质土粉质土粉质土黄黄 土土 膨胀土膨胀土红粘土红粘土盐渍土盐渍土 分为分为巨粒土、粗粒土、细粒土巨粒土、粗粒土、细粒土和和特殊土特殊土四类，细分为四类，细分为十一十一种土。种土。 第5页/共40页 粒径 200 60 20 5 2 0.5 0.25 0.074 0.002 (mm) 巨粒组 粗粒组 细粒组 砾（角砾） 砂 溧石 （块石） 卵石 （小块石） 粗 中 细 粗 中 细 粉粒 粘粒 表表2.1 粒组划分表粒组划分表 第6页/共4

5、0页 碎石在土类中的位置 碎石是人工开采的土类，一般与砾 相近。 各种土类的区分各种土类的区分 巨粒土和粗粒土巨粒土和粗粒土 粒组含量粒组含量 级配指标级配指标 细粒土细粒土塑性图塑性图 第7页/共40页 1.1.巨粒土巨粒土 巨粒土巨粒土 漂（卵）石漂（卵）石 巨粒含量巨粒含量 100%75% 漂（卵）石夹土漂（卵）石夹土 巨粒含量巨粒含量 75%50% 漂（卵）石质土漂（卵）石质土 巨粒含量巨粒含量 50%15% 漂石粒漂石粒 50% 漂石粒漂石粒 50% 漂石粒漂石粒 50% 漂石粒漂石粒 50% 漂石粒漂石粒 卵石粒卵石粒 漂石粒漂石粒 卵石粒卵石粒 B Cb BS1CbS1 S1B

6、S1Cb 图2.3 巨粒土分类 第8页/共40页 砾类土砾类土 砾砾 F15% 细粒土在塑性图细粒土在塑性图 A线以下图线以下图A线以线以 下下 细粒土在塑性图细粒土在塑性图 A线以上图线以上图A线以线以 上上 GWGP GFGF GMGC 1）砾类土）砾类土 图2.4 砾粒土分类 第9页/共40页 2）砂类土）砂类土 GF 砂类土砂类土 砂砂 F15 % 细粒土在塑性细粒土在塑性 图图A线以下线以下 细粒土在塑性细粒土在塑性 图图A线以上线以上 SWSP SF SMSC 含细粒土砂含细粒土砂 F=5%15% 图2.5 砂粒土分类 第10页/共40页 工程上经常以土的工程上经常以土的塑性图塑性

7、图进行分类进行分类 1液限 =50% -20)=0.73( 1线 线 =6 =10 塑 性 指 数 0 0.73(20) pL Iw A线 B线 50% L w 第11页/共40页 CH CL CHG CLG CHS CLS CHO CLO 细粒土细粒土 粉质土粉质土 粘质土粘质土 有机质土有机质土 高高(低低)液限液限 粉土粗粒粉土粗粒 组组 25% 含砾含砾(砂砂)高高( 低低)液限粉液限粉 土粗粒组土粗粒组 25%50 % 高高(低低)液液 限粉土粗限粉土粗 粒组粒组 25% 含砾含砾(砂砂)高高( 低低) 液限粘土粗液限粘土粗 粒组粒组 25%,50% A线以上线以上 有有 机质高机质

8、高( 低低) 液限粘液限粘 土土 A线以下线以下 有有 机质高机质高( 低低) 液限粘液限粘 土土 砾砾 粒粒 砂砂 粒粒 砾砾 粒粒 砂砂 粒粒 砾砾 粒粒 砂砂 粒粒 MHG MLG MHS MLS MH ML MHO MLO 图2.7 细粒土分类 第12页/共40页 代号代号巨粒土巨粒土粗粒土粗粒土细粒土细粒土有机土有机土特殊土特殊土 成分代号成分代号 漂石漂石B 块石块石Ba a 卵石卵石CbCb 小小块石块石CbCba a 砾砾G 角砾角砾Ga a 砂砂S 粉土粉土M 粘土粘土C 细粒土（细粒土（C和和M合称）合称）F 粗细粒土合称粗细粒土合称Sl l 有机土有机土O黄土黄土Y 膨胀

9、土膨胀土E 红粘土红粘土R 盐渍土盐渍土St t 级配和液限级配和液限 高低代号高低代号 级配良好级配良好W 高液限高液限H 级配不良级配不良P 低液限低液限L 公路用土在设计或说明书上常以公路用土在设计或说明书上常以代号代号表示表示 表表2.2土的基本代号表土的基本代号表 注：土类名称可用一个基本代号表示。当由两个基本代号构成时，注：土类名称可用一个基本代号表示。当由两个基本代号构成时， 第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示副成分第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示副成分( (级配或液限级配或液限) )。 当由三个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号当由三个基本代号构

10、成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号 表示液限表示液限( (或级配或级配) )，第三个代号表示土中所含次要成分。，第三个代号表示土中所含次要成分。 第13页/共40页 2.2.22.2.2路基土的工程性质路基土的工程性质 巨粒土巨粒土有很高的强度和稳定性，用以填筑路基是良好的材料。有很高的强度和稳定性，用以填筑路基是良好的材料。 级配良好的砾石级配良好的砾石混合料，密实程度好，强度和稳定性均能满足混合料，密实程度好，强度和稳定性均能满足 要求。除了填筑路基之外，可以用于铺筑中级路面，经适当处要求。除了填筑路基之外，可以用于铺筑中级路面，经适当处 理后可以铺筑高级路面的基层、底基层。理后可

11、以铺筑高级路面的基层、底基层。 砂土砂土无塑性，透水性强，毛细上升高度小，具有较大的内摩擦系无塑性，透水性强，毛细上升高度小，具有较大的内摩擦系 数，强度和水稳定性均好，但砂土粘结性小，易于松散压实困难数，强度和水稳定性均好，但砂土粘结性小，易于松散压实困难. . 砂性土砂性土含有一定数量的粗颗粒，又含有一定数量的细颗粒，级配含有一定数量的粗颗粒，又含有一定数量的细颗粒，级配 适宜，强度、稳定性等都能满足要求，是理想的路基填筑材料。适宜，强度、稳定性等都能满足要求，是理想的路基填筑材料。 第14页/共40页 粘性土粘性土中细颗粒含量多，土的内摩擦系数小而粘聚力大，透水性中细颗粒含量多，土的内摩

12、擦系数小而粘聚力大，透水性 小而吸水能力强，毛细现象显著，有较大的可塑性。粘性土干燥小而吸水能力强，毛细现象显著，有较大的可塑性。粘性土干燥 时较坚硬，施工时不易破碎。浸湿后能长期保持水分，不易挥发，时较坚硬，施工时不易破碎。浸湿后能长期保持水分，不易挥发， 因而承载力小。因而承载力小。 砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料 粉性土粉性土干时虽有粘性，但易于破碎，浸水时容易成为流动状态。干时虽有粘性，但易于破碎，浸水时容易成为流动状态。 毛细作用强烈，毛细上升高度大。属于不良的公路用土。毛细作用强烈，毛细上升高度大。属于不良的公路用土。 （如必须采用

13、不良材料填筑路基，应采取技术措施改良土质并加强排水、（如必须采用不良材料填筑路基，应采取技术措施改良土质并加强排水、 采取隔离水等措施。）采取隔离水等措施。） 特殊土特殊土用于路基时必须采取技术措施加以处理用于路基时必须采取技术措施加以处理 第15页/共40页 冻胀丘冻胀丘Pingo 热融热融thaw 第16页/共40页 2.3 路基干湿类型路基干湿类型 2.3.12.3.1路基湿度来源路基湿度来源 地下水 地面水 地下水位 大气降水 毛 细 水 原始土原始土具有的自然含水量；大气降水；地面水；地下具有的自然含水量；大气降水；地面水；地下 水；毛细上升水；水蒸汽凝结水；薄膜移动水水；毛细上升水

14、；水蒸汽凝结水；薄膜移动水 第17页/共40页 2.3.22.3.2路基干湿类型及划分方法路基干湿类型及划分方法 1 1路基干湿类型路基干湿类型 干燥、中湿干燥、中湿、潮湿、过湿 稠度稠度 L c LP ww w ww L w 土的液限 ； w土的含水量； P w土的塑限。 1c w 2c w 3c w 分界稠度分界稠度 与土的类型和自然区划有关，可查表获得与土的类型和自然区划有关，可查表获得 1xc 12cxc 23cxc 3xc 干燥 中湿 潮湿 过湿 第18页/共40页 2.2.路基干湿类型划分方法路基干湿类型划分方法 （1）已建公路）已建公路 计算不利季节路槽底面以下计算不利季节路槽底

15、面以下80cm80cm深度内土的平均稠度，与分界稠度比较深度内土的平均稠度，与分界稠度比较 Lii ci LiPi ww w ww 8 1 8 ci i c w w （2）新建公路）新建公路 路基尚未建成，用路基路基尚未建成，用路基临界高度临界高度判别。判别。 与分界稠度相对应的路基离地下水位与分界稠度相对应的路基离地下水位 或地表积水水位的高度称为路基临界高度或地表积水水位的高度称为路基临界高度H H。 1 HH 干燥 中湿 潮湿 过湿 21 HHH 32 HHH 3 HH c1 c2 c3 c1c1 c1c1c2 c3c3 c2c2c3 第19页/共40页 路基自重应力：路基自重应力： Z

16、 B 路基任意点：路基任意点： BZ 2.5 路基的力学强度特性及评价路基的力学强度特性及评价 2 5 . 21 D Z p z 车轮荷载应力：车轮荷载应力： 1）均布荷载）均布荷载 2）集中荷载）集中荷载0.5K , 2 一般 Z P K Z 第20页/共40页 2.5 路基的力学强度特性及评价路基的力学强度特性及评价 2.5.2 2.5.2 路基工作区路基工作区 2 B z Z n P K Z n=510 在路基某一深度在路基某一深度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

17、/101/5时，该深度时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。范围内的路基称为路基工作区。该深度随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。该深度随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。 对模量不同的路面结构对模量不同的路面结构 ，应将，应将 路面折算为与路基同一性质的路面折算为与路基同一性质的 整体后，再进行计算。整体后，再进行计算。 4 . 2 0 1 1 E E hh i n i i 第21页/共40页 实际工程中，常统称将路基顶面以下实际工程中，常统称将路基顶面以下0.8m范围内视为路基工作区，称为范围内视为路基工作区，称为路床路床 2.5.3 2.5.3 路

18、基土的应力路基土的应力应变特性应变特性 在路面结构总变形中，土基的变形占很大部分，约占在路面结构总变形中，土基的变形占很大部分，约占707095%95%。 路基土的变形包括路基土的变形包括弹性变形弹性变形和和塑性变形塑性变形两部分。两部分。呈呈非线性非线性 工作区内：强度、稳定性重要，压实度提工作区内：强度、稳定性重要，压实度提 高。高。 讨论工作区？讨论工作区？ 第22页/共40页 压入承载板试验 用用回弹回弹模量值模量值E来表征来表征 (局部线性化局部线性化) (1) 初始切线模量初始切线模量 (2) 切线模量切线模量 (3) 割线模量割线模量 (4) 回弹模量回弹模量 第23页/共40页

19、 车辆荷载重复作用 塑性变形的积累塑性变形的积累 土体逐渐压密，直至稳定，停止增长土体逐渐压密，直至稳定，停止增长 逐步发展的剪切变形，最后达到破坏逐步发展的剪切变形，最后达到破坏 取决于 ： (1) 土的性质土的性质(类型类型)和状态和状态(含水量、密实度、结构状态含水量、密实度、结构状态)； (2) 重复荷载的大小，以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示。重复荷载的大小，以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示。 (3) 荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时间以及荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时间以及 重复作用的频率。重复作用的频率。

20、第24页/共40页 2.5.4 2.5.4 路基土承载能力评价路基土承载能力评价 一般都采用一定应力级位下的抗变形能力来表征一般都采用一定应力级位下的抗变形能力来表征 1.1.土基回弹模量土基回弹模量 压入承载板法压入承载板法 柔性压板柔性压板 刚性压板刚性压板 第25页/共40页 1.1 柔性压板柔性压板 在压板中心处 0r 2 0 2(1) r pa l E 压板边缘处ra 2 4(1) r a pa l E 1.2 刚性压板刚性压板 常用（圆形） 2 2(1) 4 pa l E 22 1 ( ) 2 pa p r ar 第26页/共40页 2.2.地基反应模量地基反应模量 Kp l 承载

21、板试验承载板试验 （一次加载到位） 3.3.加州承载比加州承载比(CBR)(CBR) 承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征， 并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBRCBR值。值。 100 s CBRp p p 对应于某一贯入度的土基单位压力 s p 相应贯入度的标准压力(见表2.6) 第27页/共40页 试验过程：用一个端部面积为用一个端部面积为19.35cm2的的 标准压头，以标准压头，以0.127cm/min的速度压入土中。的速度压入土中。 记录每贯入记录每贯入0.254c

22、m时的单位压力，直至压入时的单位压力，直至压入 深度达到深度达到1.27cm时为止。时为止。标准压力标准压力值是用高质值是用高质 量标准碎石由试验求得，其值如表量标准碎石由试验求得，其值如表2.6所示。所示。 CBR值按式值按式2.20计算。计算计算。计算CBR值时，值时，取贯入取贯入 度为度为0.254cm，但是当贯入度为，但是当贯入度为0.254cm时的时的 CBR值小于贯入度为值小于贯入度为0.508cm时的时的CBR值时，值时， 应采用后者准。应采用后者准。 表表2.6 CBR试验标准压力值试验标准压力值 贯人值（贯人值（cm）0.2540.5080.7621.0161.270 标准压

23、力（标准压力（kPa）7.0310.5513.3616.1718.23 第28页/共40页 表表2.7 常用路基土的常用路基土的CBR值表值表 土土 类类CBRCBR（）（） 级配良好的砾石，砾石级配良好的砾石，砾石砂混合料砂混合料60608080 级配差的砾石，砾石级配差的砾石，砾石砂混合料砂混合料35356060 均匀颗粒的砾石和砂质砾石均匀颗粒的砾石和砂质砾石 粉质砾石，砾石粉质砾石，砾石砂砂粉土混合料粉土混合料 40408080 粘土质砾石，砾石粘土质砾石，砾石砂砂粉土混合料粉土混合料 级配练好的砂，砾石质砂；粉质砂，砂级配练好的砂，砾石质砂；粉质砂，砂粉土混合料粉土混合料 20204

24、040 级配差的砂或砾石质砂级配差的砂或砾石质砂15152525 粘土质砂，石砂粘土质砂，石砂粘土混合料粘土混合料10102020 粉土，砂质粉土，砾石质粉土，贫粘土，砂质粘土，粉土，砂质粉土，砾石质粉土，贫粘土，砂质粘土， 砾石质粘土，粉质粘土砾石质粘土，粉质粘土 5 51515 无机质粉土，贫有机质粘土，云母质粘土或硅藻土无机质粉土，贫有机质粘土，云母质粘土或硅藻土4 48 8 有机质粘土，肥粘土，有机质粉土有机质粘土，肥粘土，有机质粉土3 35 5 第29页/共40页 2.6 常见的路基病害常见的路基病害 2.6.12.6.1路基工程的基本要求路基工程的基本要求 1.整体稳定性 2.强度

25、 3.水温稳定性 4.排水通畅 5.上、下边坡稳定美观 2.6.22.6.2路基的主要病害路基的主要病害 1.路基沉陷路基沉陷 图2-1-1 路堤沉陷 路基自身沉陷 路基沉缩 地基沉陷 第30页/共40页 2.边坡滑塌边坡滑塌 滑动土堆 c)b)a) 溜方 滑坡 3.碎落和崩塌碎落和崩塌 a) b)c) 1:m 碎落 滑坍 崩塌 第31页/共40页 4.路基沿山坡滑动路基沿山坡滑动 5.不良地质和水文条件和自然灾害造成破坏不良地质和水文条件和自然灾害造成破坏 冻胀与翻浆、泥石流、雪崩、岩溶、地震冻胀与翻浆、泥石流、雪崩、岩溶、地震 、特大暴雨水毁等、特大暴雨水毁等 第32页/共40页 2.6.42.6.4路基工程病害防治路基工程病害防治 1 1）正确设计路基横断面。）正确设计路基横断面。 2 2）选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。）选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层