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回弹模量 (Resilient Modulus)
摘要:回弹模量是路基路面设计中的核心力学参数,反映了土体在重复荷载作用下,卸荷阶段的弹性变形能力。它是确定路面结构厚度和评估路基刚度的关键指标。
1. 定义与物理意义 (Definition)
回弹模量(Symbol: E_r 或 M_r)是指土体在卸荷阶段,垂直应力改变量与弹性应变增量的比值。
- 数学表达:
<math>E_r = \frac{\sigma_d}{\epsilon_r}</math>
\sigma_d: 反复作用的偏应力 (Deviator stress)\epsilon_r: 卸荷阶段的可恢复(弹性)应变 (Resilient strain)
物理含义: 不同于一般的变形模量(包含塑性变形),回弹模量仅关注弹性恢复部分。因为道路在车辆荷载反复作用下,塑性变形会逐渐累积趋于稳定,后期主要表现为弹性变形,因此路面设计主要依据回弹模量。
2. 规范来源 (Source of Standard)
该参数的权威定义与取值主要依据公路行业规范。
| 规范名称 | 编号 | 章节 | 关键内容 |
|---|---|---|---|
| 《公路路基设计规范》 | JTG D30-2015 | 第 3.2 条 | 明确了路基土的物理力学参数选取原则,规定了不同土组的回弹模量参考范围。 |
| 《公路沥青路面设计规范》 | JTG D50-2017 | 附录 | 提供了基于土类和湿度的回弹模量调整系数。 |
3. 取值范围参考 (Typical Values)
根据 JTG D30-2015,路基土的回弹模量受土质和湿度(稠度)影响极大。以下为典型参考值(单位:MPa):
| 土组 | 稠度状态 | 建议值范围 (MPa) |
|---|---|---|
| 巨粒土、粗粒土 | 密实 | 100 ~ 150 |
| 细粒土 (粉质土) | 中湿 | 30 ~ 50 |
| 细粒土 (黏质土) | 潮湿 | 20 ~ 35 |
注意:湿度越大,回弹模量衰减越严重。
4. 常见测试方法 (Test Methods)
在工程实践中,回弹模量的获取方式主要有以下几种:
- 室内动三轴试验:最准确,模拟行车荷载的重复作用。
- 承载板法 (Field Plate Load Test):现场测试,通过压力-沉降曲线的卸载段计算。
- 贝克曼梁法 (Benkelman Beam):测定路面弯沉值,反算回弹模量。
- 落锤式弯沉仪 (FWD):目前国际主流的无损检测方法。
5. 辨析:回弹模量 vs 变形模量
| 参数 | 回弹模量 (E_r) | 变形模量 (E_0) |
|---|---|---|
| 定义阶段 | 卸荷阶段 (弹性部分) | 加载阶段 (全过程) |
| 包含变形 | 仅包含弹性变形 | 包含弹性变形 + 塑性变形 |
| 数值大小 | 数值较小 (相对土体刚度而言) | 数值较大 |
| 主要应用 | 公路、机场跑道 (动荷载) | 建筑地基、大坝 (静荷载) |
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