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4.3土基的强度指标

土基的承载能力

o土基的力学表征取决于采用何种地基模型表示土

基的受力状态与性质。目前全球主要采用弹性半

空间体地基模型与文克勒地基模型。

o尽管柔性路面设计和刚性路面设计以不同的理论

体系为基础，不同的设计方法有不同的假定前提，

但是用于表征路基承载力的各种指标基本是相同

的，都是采用土基在一定应力级位下的抗变形能

力来表示

o用于表征土承载力的参数指标有回弹模量、地基

反应模量和加州承载比（CBR）等。

1、回弹模量的基本定义

n在以弹性半空间地基模型表征土基的受力

特性时，回弹模量是表示路基在瞬时荷载

作用下具有的可恢复变形性质的性质。它

应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的

关系。

n我国公路水泥混凝土路面、沥青路面设计

中，都用回弹模量作为土基刚度指标。

n为了模拟车轮印迹的作用,通常都以圆形

承载板压入土基的方法测定回弹模量。

n有两种承载板可以用于测定土基回弹模量，即柔性承载

板与刚性承载板。用柔性承载板测定回弹模量，土基与

压板之间的接触压力为常量，而板下挠度不同。

土基在圆形承载板下的压力与挠度分布曲线

n用柔性承载板测定土基回弹模量，土基与承载板之间

的接触压力为常量，如图（a）所示。即：

n承载板的挠度与坐标r有关，在承载板中心处（r=0），

即：

n在柔性承载板边缘处（r=a），其挠度可以按下式计

算：

当测得承载板中心或边缘处的挠度后，假如土的泊松

比为已知值，即可通过公式反算得到土基的回弹模量

E值。

n用刚性承载板测定土基回弹模量，压板下土

基顶面的挠度为等值，不随着坐标r而变化，

但是板底接触压力则随r值的变化，成鞍形分

布，如图（b）所示。其挠度L值与接触压力

p值可分别按下两式计算。

n；

n测得刚性板挠度之后，即可按上两式反算得

到回弹模量E值。式中P为平均单位压力。

式中：

n——承载板挠度（m）；

n——接触压力（Mpa）；

n——计算点离承载板中心的距离（m）；

n——总压力（MN）；

n——单位压力（Mpa）；

n——承载板半径（m）。

n

n在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为

它的挠度易于测量，压力容易控制。承载板

直径通常采用标准车辆轮印当量圆直径试

验时宜采用逐级加载卸载法，每级荷载经过

加载和卸载，取得稳定的回弹弯沉之后，再

加下一级荷载，如此施加n级荷载后，即可点

绘出荷载一回弹弯沉曲线。

n在多数情况下，试验曲线呈非线性。在确定

模量时，可根据土基实际受的压力范围或可

能产生弯沉范围在曲线上取值。沥青路面设

计中，按1mm线性归纳确定土基的回弹模量。

n由于水泥混凝土路面有较大的荷载扩散能力，

所以土基顶面受到的压力比沥青路面小的多。

显然，水泥混凝土路面更接近于弹性工作状态，

其回弹模量值要比沥青路面大得多。我国现行

水泥混凝土路面设计方法中，土基回弹模量采

用了与沥青路面相同的测定与取值方法，即采

用沥青路面下土基的回弹模量值，在提高一定

的倍数，使模量取值更符合水泥混凝土路面下

土基的实际工作状态，通常将土层与基层一并

考虑，在测得基层顶面的回弹模量后，提高一

定的倍数作为水泥混凝土路面下地基（土基+

基层）的综合回弹模量值。

2.地基反应模量

n文克勒地基模型是捷克斯洛伐克工程师文克

勒在1876年计算铁路钢轨地基承载力时提出的。

其基本假定是地基上任一点的沉降仅同作用

于该点的压力强度成正比，而与其相邻点

所受的压力大小无关，压力强度与沉降

比称为地基反应模量。

n

n根据上述假说，可以把地基看成无数彼此分

割开的小土柱组成的体系，或者是一群互不

相联的弹簧体系，这种地基又可称为稠密液

体地基，地基反应模量K值相当于该液体的密

度。

o文克勒假说，概念明确，在求解一些弹性地

基板课题