基于静力贯入路基压实度确定方法

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1、基于静力贯入路基压实度确定方法摘要：为了建立公路路基压实度检测的新方法，在研究静力贯入路基变形力学机理基础上，深入考虑路基土体变形的非线性特征，引进分级加载和地基沉降分析的分层总和分析的思想，结合增量广义虎克定律和DuncanChang模型,建立了以路基土体初始孔隙率、泊松比、粘聚力和内摩擦角等为参数的路基贯入荷载位移分析模型•基于上述静力贯入位移分析模型，根据实测路基静力贯入荷载位移曲线，引进自适应遗传模拟退火优化反演分析方法，建立了基于静力贯入试验的路基压实度检测方法，该方法不仅可以检测路基压实度，还可以测定路基土体其他物理力学参数

2、，而且，该方法还具有检测速度快和效率高的特点•通过工程实例计算和与现有方法的对比分析，表明了本文方法的合理性与可行性.关键词：路基；静力贯入试验；孔隙率；压实度；DuncanChang模型；反演分析中图分类号：U416.1文献标识码：A压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一[1].为了保证公路路基建设质量，不可避免地要频繁而大量地进行路基压实度检测，其检测工作量繁重，因此，发展快速而可靠的公路路基压实度检测技术与方法成为快速而安全地进行公路路基建设的保证，这正是本文研究的出发点.目前，公路路基压实度检测方法大体可分为灌水（砂）法和波

3、法，尽管这两类方法已在一般路基压实度检测中得到了较广泛的应用，但是，将其应用于土石混填路基压实度检测仍存在局限性和不足•其一，采用灌水（砂）法［2］检测路基压实度，需要携带较多的量砂，而且事先必须开挖试坑,因而不仅要破坏路基，而且对于土石混填路基来说，开挖施工困难，工作效率低，严重影响了黄金季节路基工程的施工进度；其二，波法主要包括瑞利波法［3-4］、瞬态冲击波法［5］和核子密度仪法［6］等，由于人们对于波在路基中的传播规律与机理认识不足，尽管这类方法检测效率高，但其检测精度较差，难以满足工程检测要求.为此，长安大学和陕西省高速公路建设

4、集团公司的科研人员［7］将静力贯入试验移置到专用汽车上，通过测试路基的荷载位移曲线即Ps曲线，以达到测试路基压实度的目的,从而初步发展了一套基于静力贯入试验的路基压实度快速检测新方法.其原理是根据贯入深度与压实度的经验关系来确定路基压实度，但对于不同的路基或土石混填路基，此关系极其复杂，即使能针对特定的路基建立起这种关系，往往也不具备普遍适用性，这就使该方法存在很大的局限性，精度也受到限制•随后，曹文贵等［8］和罗宏等［9］将路基静力贯入过程视为集中荷载作用在半无限空间的弹性问题，并认为路基变形模量的变化是由于路基被压密而引起的，引进分

5、级加载的思想，利用布辛奈斯克解导出了路基贯入变形与贯入荷载及初始孔隙率的关系，在此基础上利用静力贯入试验曲线得到了初始孔隙率的确定方法，进而建立出了基于静力贯入试验的土石混填路基压实度的确定方法.但是，静力贯入路基时并非集中荷载作用，路基材料也远非弹性材料，使得该方法建立的理论分析模型与实际存在较大差异，导致检测精度仍然存在问题；于是，曹文贵等［10］将静力贯入荷载视为均布荷载，而将贯入变形视为贯入形成的土石柱压缩变形及柱端沉降两部分，采用分级加载的思想和虎克定律导出了路基贯入变形与初始孔隙率的解析模型，从而大大提高了基于静力贯入试验的

6、路基压实度检测的精度•但是，由于其仍然将路基材料视为弹性材料，无法反映路基材料变形的非线性本质特征，致使基于静力贯入试验的土石混填路基压实度检测方法还是难以满足工程检测精度的要求，尽管如此，该方法仍然为路基压实度的检测提供了一条新的思路.综上所述，基于静力贯入试验来确定路基压实度的关键在于对静载或静力贯入变形机理及路基材料变形的非线性特性的正确认识•为此，本文从深入研究土石混填路基在贯入荷载作用下的贯入变形和力学机理入手，充分考虑路基材料变形的非线性特征，在此基础上，结合DuncanChang模型,建立静力贯入变形和贯入荷载及路基初始孔

7、隙率之间新的关系模型，进而完善基于静力贯入试验的路基压实度检测原理，以期大幅度提高路基压实度检测精度，使该方法在工程中能够得到广泛应用.1静力贯入路基压实度测定原理在静力贯入试验中，随着贯入荷载的增加，探头底部的路基表面会发生沉降，形成贯入坑，该沉降即为探头的竖向位移.路基产生贯入变形的根本原因在于路基表面贯入荷载P作用下引起路基土体内的应力，由于土体中存在孔隙，在附加应力的作用下孔隙被压缩，土体便会产生竖向变形，土体的竖向变形与土体孔隙率的变化有关，于是可以根据静力贯入试验得到Ps曲线，并通过反演分析求得土体的初始孔隙率，最终求得路基

8、的压实度•基于上述原理，利用静力贯入试验测定土石混填路基的压实度的关键之一就是测定路基静力贯入试验中贯入荷载P与路基表面竖向位移或沉降s的关系曲线，要利用该曲线确定路基的初始孔隙率就必须建立起反映路基孔隙率