[發明專利]與結構一體化的水泥穩定破碎礫石基層或底基層設計方法

有效

• 申請號: 201710033473.5
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106844937B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 紀小平;劉玉;王濤;周澤洪;雷雨滋;李向航;鄒海味
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: E01C7/10
• 分類號: E01C7/10
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.與結構一體化的水泥穩定破碎礫石基層或底基層設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，擬定路面結構組合，確定所述路面結構組合中的各結構層的材料類型與厚度；所述路面結構組合至少包含基層或底基層、上面層，以基層或底基層為設計層，所述基層或底基層的材料為水泥穩定破碎礫石；

步驟2，建立所述路面的施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型，分別確定所述施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型中各結構層的齡期與模量；

步驟3，計算所述施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型中的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的層底拉應力；

步驟4，確定所述與結構一體化的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的7d抗壓強度設計標準[R_c7]與7d劈裂強度設計標準[R_s7]；

步驟5、設計水泥穩定破碎礫石基層或底基層的礦料級配；

步驟6、向所述礦料級配中加入水泥配制水泥穩定破碎礫石混合料，確定最大干密度ρ_max和最佳含水量w_o；加入水泥的質量為破碎礫石質量的3％～5％；

步驟7、設定預期壓實度，根據最大干密度ρ_max、最佳含水量w_o及預期壓實度，成型試件，并對所述試件依次進行標準養生6d、浸水1d，測試水泥穩定破碎礫石的7d無側限抗壓強度R_c7與7d劈裂強度R_s7；

步驟8、確定同時滿足7d無側限抗壓強度R_c7大于等于7d抗壓強度設計標準[R_c7]、7d劈裂強度R_s7大于等于7d劈裂強度設計標準[R_s7]的水泥加入量為最終的水泥加入量，完成設計；

其中，所述步驟4還包含以下子步驟：

子步驟401，假定施工期力學響應計算模型i的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的彎拉強度標準為不等于零，其中，t₁為施工期力學響應計算模型i的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的齡期，單位為d；

子步驟402，建立水泥穩定破碎礫石的彎拉強度增長方程為式中，R_wt為水泥穩定破碎礫石在t齡期的彎拉強度，單位為MPa；R_w∞為水泥穩定破碎礫石的極限彎拉強度，單位為MPa；α為模型系數；t為齡期，單位為d；

子步驟403，根據彎拉強度增長方程，由施工期力學響應計算模型i的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的彎拉強度標準計算施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型i中水泥穩定破碎礫石的彎拉強度標準計算公式為式中，t_i為施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型i水泥穩定破碎礫石基層或底基層的齡期，單位為d；α為模型系數；為施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型i的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的彎拉強度標準，單位為MPa；

子步驟404，采用公式計算施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型i中的水泥穩定破碎礫石的應力水平S_i；

子步驟405，將應力水平S_i代入水泥穩定破碎礫石的疲勞方程lg S_i＝a+blg N_i，計算水泥穩定破碎礫石的疲勞壽命N_i；式中，a為第一常數，b為第二系數；

子步驟406，確定施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型i的實際荷載作用次數n_i；

子步驟407，采用公式D_i＝n_i/N_i計算施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型i中水泥穩定破碎礫石的疲勞損傷率D_i，并計算累積損傷D＝∑D_i；

子步驟408，判斷累積損傷D的范圍是否滿足屬于[0.9,1.0]之間的要求，若滿足，則接受子步驟401中假定的施工期力學響應計算模型i的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的彎拉強度標準若不滿足，調整子步驟401中的施工期力學響應計算模型i的水泥穩定破碎礫石基層或底基層的彎拉強度標準直至累積損傷D滿足要求；

子步驟409，根據強度增長方程，由子步驟408中經檢驗滿足要求的累積損傷計算確定7d彎拉強度標準[R_w7]，計算公式為

子步驟410，將子步驟409所確定的7d彎拉強度標準[R_w7]代入水泥穩定破碎礫石的抗彎拉強度與劈裂強度的關系式[R_w7]＝η([R_S7])^δ，計算確定7d劈裂強度標準[R_S7]；式中，η為第二系數，δ為第二常數；

子步驟411，將子步驟410所確定的7d劈裂強度標準[R_S7]代入水泥穩定破碎礫石的劈裂強度與無側限抗壓強度的關系式[R_c7]＝c[R_S7]+d，計算確定7d無側限抗壓強度標準[R_c7]，式中，c為第三系數，d為第三常數；

所述步驟3還包含以下子步驟：

子步驟301，施加軸載：

向所述施工期力學響應計算模型施加標準運料車軸載，即單軸雙輪組200kN作為計算軸載，接地壓力為0.906MPa、直徑為0.213m且雙圓圓心距離為1.5倍直徑；

向所述運營期力學響應計算模型施加標準軸載，即單軸雙輪組100kN，接地壓力為0.7MPa、直徑為0.213m且雙圓圓心距離為1.5倍直徑；

步驟302、分別計算所述施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型中的水泥穩定破碎礫石基層或底基層分別在施工荷載作用下及運營交通荷載作用下的層底拉應力σ_i。

2.根據權利要求1所述的與結構一體化的水泥穩定破碎礫石基層或底基層設計方法，其特征在于，步驟2還包含以下子步驟：

子步驟201，依次確定所述路面結構組合的施工期力學響應計算模型，其中，所述各結構層的施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型的序號記為i，并設水泥穩定破碎礫石基層或底基層鋪筑的路面結構為第一次建立的計算模型i，即i＝1，此后每加鋪一層的路面結構重新建立計算模型i+1，i＝1，2…，N，N為自然數；

所述運營期力學響應計算模型為所述上面層鋪筑完成并開放交通后的計算模型；

子步驟202，分別確定所述施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型的齡期：

所述施工期力學響應計算模型的結構層中基層或底基層的齡期t_i按照式t_i＝15×i計算，式中，i為施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型的序號，i＝1，2，…，N，N為自然數；序號為i的施工期力學響應計算模型的結構層中基層或底基層之上的各個結構層的齡期為基層或底基層的齡期t_i依次減15d；

所述運營期力學響應計算模型的各結構層的齡期為360d；

子步驟203，分別確定所述施工期力學響應計算模型和運營期力學響應計算模型中各結構層的抗壓回彈模量E_t，按照下式計算

E_t＝1500×0.409(lnt)^0.511

式中，t為結構層的齡期，單位為d；E_t為抗壓回彈模量，單位為MPa。