Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ道路工程 用粉细ｔｉｉｌｌ｜筇路基动力牯性 ｉ式验分析 姚文君 （中国铁建十一局集团第四工程有限公司，湖北武汉４３００００） 摘要：主要分析粉细砂的各项动力参数指标，包括粉细砂修筑路基的干密度、含水量和施加的静固结应力，分级施加轴 向周期循环荷栽。周期加荷作用下动应力、应变、孔隙水压力情况，可为以后修筑路基提供一定参考。 关键词：动荷载；动应力；应变；动模量 中图分类号：Ｕ４１３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１２）０５—０１０１—０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ０ｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ Ｓｕｂｇｒａｄｅ ｗｉｔｈ Ｓｉｌｔｙ Ｆｉｎｅ Ｓａｎｄ ＹＡＯ Ｗｅｎ－ｊａｎ （Ｎｏ．４ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １ｌｔｈ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｒｉｏｕｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｎｄｅｘｅｓ ｏｆ ｓｉｌｔｙ ｆｉｎｅ ｓａｎｄ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｏｓｅｄ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｔｙ ｆｉｎｅ ｓａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｓｕｂｇｒａｄｅ，ｇｒａｄｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ａｘｉａｌ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｃｙｃｌｅ ｌｏａｄｉｎｇ，ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｐｏｒｅ—ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｃｙｃｌｅ ｌｏａｄｉｎｇ．Ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｓｕｂｇｒａｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｒｅｓｓｅｓ；ｓｔｒａｉｎ；ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ 土的动强度是指一定动荷作用次数下．产生某 一态．若为偏压固结，主要指固结比和初始剪应力的 破坏应变所需动应力的大小。土的动强度特征主 面。如果动荷载作用的速率不同、循环作用次数不 同，则动强度也不同。从现有的试验研究结果来 影响；动荷条件，指动荷波形、振幅、频率、持续 时间及作用方向。交通荷载不是一般的静载，它是 要反映在动荷载作用下速率效应和循环效应两个方 循环荷载，在其反复作用下路基土体可能因强度不 足而产生诸如翻泥冒浆、侧向挤出和不均匀沉陷等 现象。因此研究其在循环荷载作用下的动强度特性 非常重要。 １ 动三轴试验仪器 看，影响土动强度的主要因素有：土性条件，主要 指土的类别、密实程度和颗粒特征；起始应力条 件，指周期动荷载施加前土体所承受的静应力状 ２０１２年３月第５期ｌ １０１ 道路工程Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 试验采用北京新技术应用研究所研制的ＤＤＳ一 表１ 试验条件与分组 试验组号 含水量 （％） ｌ ２ ３ ４ ５ ７０微机控制电磁式振动三轴仪，该仪器有主机、电 控系统、静压控制系统和微机系统等组成，其工作 原理是将圆柱土试件置于三轴室内上下活塞之间， 通过气体压力对试件施加轴、侧向静压力。激振器 和功率放大器将微机系统提供的一定频率、幅值电 讯号转换为激振力，经下活塞施加至试件上，量测 系统将振动过程中的力、位移、孔隙水压力记录下 来，微机系统对试验进行控制和对试验数据进行处 理。 干密度， 围压，ｋＰ（ａ 频率／Ｈｚ ｇ，ｃｍ ） １．５０ １．５０ １．５０ １．５０ １．７３ 动应 力，ｋＰａ ２５ ２５ ２５ ２５ ２５ １２．Ｏ １２．０ １２．Ｏ １２．Ｏ １２．Ｏ ２５ ５０ １００ １５Ｏ ２５ ３ ３ ３ ３ ３ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １２．Ｏ １２．０ １２．Ｏ １２．Ｏ １２．０ １２．０ １２．０ １２．０ ｌ２．０ １２．０ １２．０ １２．Ｏ １．７３ １．７３ １．７３ １．６２ １．６２ １．６２ １．６２ １．６２ １．６２ １．６２ １．６２ １．６２ ５０ １００ １５０ ５０ ５０ ５０ ５０ ５Ｏ ５Ｏ ５０ ５Ｏ ５０ ３ ３ ３ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ５ ５ ５ ２５ ２５ ２５ ｌＯ ２５ ４０ １Ｏ ２５ ４０ ｌ０ ２５ ４０ 仪器的主要技术指标：试样尺寸：直径 ３９．１ｍｍ，高８０ｍｍ；轴向最大动出力：１．３７ｋＮ；三 轴室压力：０—０．６ＭＰａ；反压：０～０．３ＭＰａ；波形： 正弦波、三角波、矩形波；频率范围：１Ｈｚ一１０Ｈｚ （正弦波）；轴向最大位移：±ｌ２．５ｒａｍ；多种自动控 制功能：电源电压：２２０（ＡＣ）－＋１０％；电源频率： ５０Ｈｚ；功率：２ｋＷ。 ２ 荷载选择 ４ 粉细砂动应力一应变特性 ４．１ 粉细砂的动应变分析 动荷载作用下土的应力一应变关系是表征土动 力学特性的基本关系。也是分析土体动力失稳过程 一在车辆重复荷载作用下，路基土的弹性变形实 际上就是路基土的回弹变形，因此，动模量与回弹 模量的意义是统一的。从以往实测地震时程曲线分 析其频谱特性，可以得出地震频率一般在１．４０Ｈｚ～ ７．２５Ｈｚ左右，而基频一般在１．０Ｈｚ左右，据地震危 险性分析。长周期的低频振动比短周期的高频振动 对建筑物的上部影响更大。交通荷载频率主要依据 汽车荷载对路面的振动频率来确定．震动频率与行 车速度、路面平整度及汽车的减震系统等因素有 系列特性的重要基础。反映土动力特性的参数一 般有：动应力、动应变和孔隙水压力，通常采用动 三轴试验来确定。土的干密度、含水量和施加的静 固结应力不变，分级施加轴向周期循环荷载，可得 周期加荷作用下动应力、应变、孔隙水压力随动力 荷载作用次数的变化曲线如图ｌ所示。 ２０ １５ １Ｏ ５ ０ 关，目前国内这方面的研究不多．借鉴国外的研究 成果，一般认为荷载频率为５．ＯＨｚ时，大致相当于 汽车行驶速度７０ｋｍ／ｈ，基本符合中国高等级公路上 汽车行驶速度的范围。因此，试验时，动荷载的加 槁—一５ １０ １５ 载频率选择２．０Ｈｚ、３．０Ｈｚ和５．０Ｈｚ，本次试验中动荷 载采用正弦波形。取值选择在１０ｋＰａ、２５ｋＰａ以及 ４０ｋＰａ。 —－２０ 时间／ｓ ３ 试验方案 图１ 动应力加载时程曲线 根据规范，当弹性应变和塑性应变之和 ＝５％ 时，认为试样破坏，粉细砂静三轴试验，当静应变 达到ｌ％时的应力已是静强度的６０％以上。取应变 ｌ％作为粉细砂所能承受的应变。土样动三轴试 通过图１可以看出：在重复荷载作用下，试样 的变形包括弹性变形（回弹变形）和残余变形，残 余变形卸载后不可恢复。随加载次数而累积。在动 强度试验中，随着围压得增大，动强度也增大，同 验共进行了１７组．试样含水量１２．０％是最佳含水 量，选择２５ｋＰａ，５０ｋＰａ，１００ｋＰａ，１５０ｋＰａ共四种围 时，动应变值是增加的：而在恒定动应力循环作用 下。随着围压的增大动应变却是减小的．这主要是 压进行试验，固结应力系数Ｋｃ＝ｌ，具体情况见表１。 １０２ Ｉ交通标准化 ∞∞ ∞∞∞∞加０ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ道路工程 由试验中动应力偏小引起的。 表２ 各振次下的强度指标（Ｋｃ＝１） ４．２ 滹沱河粉细砂的动模量分析 振动次数 总应力 动应力 动粘聚力 动内摩擦角 土的动模量是反映土体在受到动荷载作用时应 ８４．７ ５９．７ １０．０ 力一应变关系的一个重要力学指标．其定义为动应 １０ １５０．２ １０ｏ．２ １０．０ ２４．Ｏ 力ｃｒｄ与动变形ｓ 之比，即公式： ２６１．６ １６１．６ １０．Ｏ ３７９．６ ２２９．６ １０．０ Ｅ￣＝ｔｒｄ／８ｄ ７６．２ ５１．２ ８．５ 通过试验可以得到以下结论：对粉细砂制样的 １ｏｏ １４６．３ ９６Ｉ３ ８．５ ２３．Ｏ 干密度分别为１．５０ｇ／ｃｍ 和１．７３ｇ／ｃｍ ，频率３Ｈｚ，动 ２４４．４ １４４．４ ８．５ ３６６．０ ２１６．Ｏ ８．５ 应力为２５ｋＰａ，围压分别取２５ｋＰａ，５０ｋＰａ，１００ｋＰａ， １５０ｋＰａ共四种围压进行试验，试验结果处理如图２ ６６．１ ４１．１ ５．１ １０ｏ０ １２０．８ ７０．８ ５．１ ２１所示 ．１ ２２１．３ ｌ２ｌ－３ ５．１ ３２２．８ ｌ７２．８ ５．１ ５５．７ ３０．７ ２．０ ／ ／ 一 —，一一 ，－ — １Ｏ０ｏ０ １０１．０ ５１．０ ２．０ １８／ ， ／ — ／一 ．４ １９０．９ ９０．９ ２．０ ／，一．一 ２９５．２ １４５．２ ２．０ ，，， ＋密度： ．７３ｇ，ｃＩｎ ，频率３Ｈｚ Ｉ Ｉ＿．－密厦 ．５ｇ／ｃＩｌｌ ，频率３Ｈｚ ｒ 式中： 、 试验参数。与试样的干密度、围 压有关： ０ ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ００ １２０ １４０ １６０ ，——指对应曲线的加载次数下，试样应 围压，ｋＰａ 图２ 动弹模量与围压的关系 变不超过破坏应变所能承受的最大动应力幅值。 在相同干密度的条件下，在同一振动周期，随 由图２可知：无论松砂或密砂（最佳状态），在 着围压的增大．最大动应力幅值是迅速增加的，动 动应力相同的条件下，随着围压的增大，其动弹模 强度随振动周期的增大而有所减小，加载周期的动 量均呈增长的趋势；密度小的粉细砂随着围压的增 强度与围压都满足幂函数关系，而且相关系数均在 大。动弹模量增长明显，密度大的粉细砂随着围压 ０．９９，试验参数Ｋ随着振动周期的增大而减小， 却 的增大，动弹模增量逐渐减小。动荷载频率在 是随着振动周期的增大而增大。 ２Ｈｚ～５Ｈｚ之间变化时，频率对动弹模量大小的影响 ５ 结论 并不明显。但是．动应力的变化对动弹模量影响显 通过试验研究了粉细砂的动力特性．有以下结 著，基本呈线性增加。 论： 取干密度分别为１．５０ｇ／ｃｍ 、１．６２ｇ／ｃｍ 和１．７３ｇ／ ａ）粉细砂的工程性质较差： ｃｍ３，频率３Ｈｚ，动应力为２５ｋＰａ，围压分别取５０ｋＰａ ｂ）在动应力和重复荷载作用下，其抗剪强度有 的数据来分析，在其他条件均相同时，随着粉细砂 较大幅度的衰减，将严重影响路基边坡的稳定性； 的干密度的增大。动弹模也随着增大，而且增量较 ｃ）粉细砂的累积应变随加载次数增加而累积， 大。 累积应变与加载次数的拟合关系式为８￣＝ａｌｎＮ＋ｂ， ４．３ 粉细砂的动强度 通过对所有试验曲线的拟合，相关系数在０．９１～０．９９ 本次试验重点在于研究低围压（２５ｋＰａ）情况下。 之间：口值与动荷载和围压的大小关系很大，一般 粉细砂的动强度随围压而变化。若试样不产生破 在０．００６～０．０８之间变化；ｂ值一般较小，几乎均为 坏，每个试样加载１万次后停止试验，若试样变形 １Ｏ ～１Ｏ ，由于动应变值也很小，故不可以忽略； 过大而产生破坏则中止试验，试验数据汇入表２。 ｄ）粉细砂的动强度、动模量随围压、干密度的 由表２可以得到在不同的试验条件下的动强度、 增加而增加，比相应条件下的静强度指标小。 动抗剪强度、动强度参数。并使用幂函数式来描 在相同干密度的条件下，在同一振动周期，随 述： 着围压的增大，最大动应力幅值是迅速增加的；动 ｏｒｄ ＦＫ 强度随振动周期的增大而有所减小，其中的四个加 交通工程Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 江西省高速公路 廖晓锋 ．丁光明 （１．江西省交通科学研究院，江西南昌３３００３８；２．江西省交通运输厅，江西南昌３３０００３） 摘要：通过调查江西省昌樟高速梅林段、梨温高速和泰井高速２００６年＆２００７年单车路侧交通事故，详细记录并分析事故 资料，总结出江西省高速公路单车路侧事故的特点以及相应路侧障碍物在路侧事故中的反应特点，提出１３种常见路侧障碍物 的处理对策。 关键词：交通工程；高速公路；路侧交通事故；路侧障碍物 中图分类号：Ｕ４９１．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１２）０５—０１０４一Ｏ５ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ Ｒｏａｄｓｉｄｅ Ｔｒａｆｆｉｃ Ａｃｃｉｄｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｒｏａｄｓｉｄｅ Ｆｒａｉｓｅ ０ｆ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ＬＩＡ０ Ｘｉａｏ－ｆｅｎｇ ，ＤＩＮＧ Ｇｕａｎｇ－ｍｉｎｇ （１．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００３８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｏａｄｓｉｄｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｏｎ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｎａｎｃｈａｎｇ－－Ｚｈａｎｇ— ｓｈｕ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，Ｌｉｙｕａｎ－－Ｗｅｎｊｉａｚｈｅｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ａｎｄ Ｔａｉｈｅ－－Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｉｎ ２００６ ａｎｄ ２００７，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｃｏｒｄｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｄａｔａ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｏａｄｓｉｄｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｉｓｔｉｃ ｏｆ ｒｏａｄｓｉｄｅ ｆｒａｉｓｅｓ ｉｎ Ｊｉａｎｇｘｉ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ １ ３ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａ— ｓｕｒｅｓ ｏｎ ｃｏｍｍｏｎ ｒｏａｄｓｉｄｅ ｆｒａｉｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｆｆｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｒｏａｄｓｉｄｅ ｔｒａｆｆｉｃ ａｃｃｉｄｅｎｔ；ｒｏａｄｓｉｄｅ ｆｒａｉｓｅ ０ 引言 美国２００２～２００７年的道路交通事故数据【”，在此５年 路侧交通事故是指车辆在公路上行驶时，因发 期间的道路交通事故总数中，路侧事故百分率平均 占１５％。但是，在此５年期间的道路交通死亡事故 总数中，路侧死亡事故百分率平均高达４２．９％。尤 其是单车冲出路外事故占全部事故的１８％，占全部 致死事故的４４％。在我国，道路交通路侧事故的严 ［３】吴世明．土动力学［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 社．２０００． 生意外驶离行车道而引发的交通事故。路侧交通事 故总是与某些路侧障碍物，如护栏、路肩、边沟、 边坡，标志牌立柱、中央隔离带有关，或和某些天 然障碍物如树木、悬崖峭壁、沟渠河流有关。根据 载周期的动强度与围压都满足幂函数关系．而且相 关系数均在Ｏ．９９，而且试验参数随着振动周期的 增大而减小，却是随着振动周期的增大而增大。 参考文献 ［４］谢定义．饱和砂土瞬态动力学特性与机理分析 ［Ｍ］．西安：陕西科学技术出版社，２００１． 【１］邵生俊．砂土物态本构模型及其应用［Ｍ】．西安： 陕西科学技术出版社．２００１． ［２】谢定义．土动力学［Ｍ】．西安：西安交通大学出版 社．１９８８． １０４ ｌ交通标准化 作者简介：姚文君（１９７５一），男，安徽人，工程师，主要从 事铁路与桥梁方面的工作。 收稿日期：２０１１－０２—１０