干湿循环条件下路基材料软化规律与设计参数取值

摘要

近年来，中国企业在非洲、东南亚地区承担的公路建设项目面临着特殊的气候环境挑战。热带多雨气候使路基季节性浸水，导致路基材料软化进而引发工程质量与安全性问题。本文研究目的在于，揭示浸水路基材料在干湿循环作用下发生软化的内在原因及规律，并提出季节性浸水路基回弹模量取值方法，将其程序化，为实际工程问题提供参考。 首先，在研究非饱和土本构理论的基础上，通过编写UMAT子程序，将非饱和土弹塑性本构模型应用到Abaqus流固耦合模拟当中，进行模拟三轴试验，并与实测数据进行比较验证其正确性。结果表明，所用模型能够描述土水特征曲线滞回现象对力学性能的影响，并通过塑性饱和度指标反映干湿循环过程中前期固结应力的变化，干湿循环过程中塑性变形累积的现象。另外还提出使用累积塑性饱和度增量指标反映干湿循环对土体黏聚力的影响，以及含水率变化幅度、干湿循环次数增大过程中黏聚力的衰减规律。 然后，建立浸水路基有限元模型，编写湿度依赖的回弹模量模型UMAT子程序，模拟得到水位变化过程中回弹模量的分布及路基结构响应。提出使用加权平均和迭代反算法计算各月等效回弹模量，并提出综合等效模量与折减系数的计算方法。结果表明，浸水水位波动对黏土路基结构内部响应影响具有滞后性，在边坡中部位置，累积饱和度增量最大，受到干湿循环作用最明显；使用加权平均法与沥青层底拉应变反算得到的等效模量值处于合理范围，而路基顶面压应变反算得到的模量值偏小。 最后，根据上述取值方法，基于Abaqus GUI工具箱和Python语言，开发出浸水路基等效回弹模量计算程序。该程序插件能够根据用户提供的具体模型参数自动计算等效回弹模量结果，为后续实际浸水路基工程中回弹模量取值问题提供参考。

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