南方湿热环境路基湿度设计与稳定控制及强度参数取值研究

The construction of traffic infrastructure with a high durability is a strategic measure to reduce the life cycle cost and to improve the traffic capacity of the road, which conforms to the national long-term technology development plan. Because of the influence of climate, soil and other complex conditions, the humidity in subgrade changes with time and space remarkably in the southern region, which will affect the stability of the road directly. It can improve the durability of the road to design and control the humidity in subgrade. However, there is little literature about this subject. According to the instability of subgrade humidity in the hot-humid region, the stress-dependent soil-water characteristic curve (SWCC) and the SWCC for a cracked soil considering the crack development process during drying-wetting cycles will be established. Then, a method to calculate the subgrade humidity field will be produced, which can be revealed how the subgrade humidity will be adjusted. Based on the properties of compaction, a design method of humidity in subgrade will be established with the goal of the maximum bearing capacity. Finally, the method to calculate equivalent modulus of elasticity on the surface of the subgrade will be presented. The results of the project are helpful to improve the construction technology of the durable subgrade and prolong the service life of the subgrade.

建设高耐久性道路交通基础设施是降低全寿命周期成本，提高道路通行能力的战略性举措，符合国家中长期科技发展规划。南方地区由于受湿热气候及土质等复杂条件的影响，路基内部湿度状态随时间和空间的变化而发生显著变化，直接影响道路结构的持久稳定性。进行路基湿度的设计和稳定控制并合理确定强度设计参数，能有效提高道路的耐久性。而国内外在此方面的研究尚不深入。 本项目针对湿热环境路基湿度状态不稳定的现状，首先基于密度、温度影响的有荷条件下路基土土水特征曲线和裂隙土土水特征曲线，建立路基湿度场计算方法，揭示包边土等对路基湿度场的调节作用机理，进行湿度稳定控制的路基结构设计；然后，揭示代表性路基土压实和承载特性，提出以最大承载力为目标的路基湿度设计方法；最后，提出设计湿度状态下路基顶面当量回弹模量计算方法和取值方法。研究成果对完善我国耐久性路基建造技术，提高行业科技水平，延长路基使用寿命具有重大的经济和社会效益。

建设高耐久性道路交通基础设施是降低全寿命周期成本，提高道路通行能力的战略性举措，符合国家中长期科技发展规划。南方地区由于受湿热气候及土质等复杂条件的影响，路基内部湿度状态随时间和空间的变化而发生显著变化，直接影响道路结构的持久稳定性。进行路基湿度的设计和稳定控制并合理确定强度设计参数，能有效提高道路的耐久性。而国内外在此方面的研究尚不深入。.本项目针对湿热环境路基湿度状态不稳定的现状，首先选取南方湿热地区典型路基土开展了四个压实度（85%、90%、95%、100%）和四个竖向荷载（0kPa、30kPa、60kPa、90kPa）等条件下的土水特征曲线研究，得到了考虑不同密度、上覆荷载等条件的土水特征曲线参数；结合现场采集到的气象参数、土的水力性质参数、土的热力性质参数、植被生理参数，建立了路基湿度场数值模拟方法。采用建立的数值模型方法和参数，揭示了黏土包边、砂垫层等路基结构措施对路基内部湿度变化的影响规律，从而为路基结构设计提供了依据。选取南方湿热地区典型路基土进行含水率、击实和承载特性等的试验，提出了以最大承载力为目标的路基土湿度设计方法。针对南方湿热地区路基土受力水平进行调研和分析，制定了符合南方湿热地区的室内动态回弹模量加载序列与取值标准；对典型路基土分四个压实度（85%、90%、95%、100%）和五个含水率（0.9OMC、OMC、1.1OMC、1.2OMC、1.3OMC，OMC为最佳含水率）进行了动三轴试验，揭示了高液限黏土动态回弹模量与应力状态、含水率和压实度的变化规律，建立了回弹模量预估模型；采用路基顶面回弹模量所对应的当量应力水平作为代表非线性层当量应力水平，提出了随路基湿度变化的路基顶面回弹模量确定方法。研究成果对完善我国耐久性路基建造技术，提高行业科技水平，延长路基使用寿命具有重大的经济和社会效益。