静态应力-应变关系铺面工程学

路基是路面的支承结构物，车轮荷载通过路面结构传递到路基，使之产生应力和应变，因此，路基土的应力-应变特性是影响路基路面结构性能的重要因素。实际上，诸多路面病害都是由于路基的抗变形能力不足、变形量过大所造成的。

路基土与一些常用工程材料不同，水泥混凝土、钢材等在一定的应力或者应变范围内为理想的线弹性体，应力-应变关系呈线性特征，且在应力卸载后，材料恢复其原来的尺寸。而路基土的应力-应变关系曲线几乎无直线段，应力卸载后仍残余不可恢复的永久变形，表现为非线性弹-塑性特性，如图4-7所示。

图4-7　应力-应变曲线和模量的确定

通常采用弹性模量这一比例常数来表征弹性材料的应力-应变关系。但对于路基土而言，应力与应变的比值并不是常数。但另一方面，现行的路面结构分析主要基于弹性理论，对路基的考虑重点还是其弹性特性。因此，尽管路基土的应力—应变关系如此复杂，但习惯上仍沿用模量公式来反映其应力-应变关系，如式（4-3）所示。

式中　σ1——竖向主应力，MPa；

σ3——侧限应力，MPa；

ε1——σ1方向上（轴向）的应变。

根据应力-应变关系曲线上所取应力的不同（图4-7），可以给出以下不同的模量定义。(www.xing528.com)

（1）初始切线模量：应力值为零时的应力-应变曲线的斜率，代表加荷开始时的应力-应变状况，如图4-7中的①。

（2）切线模量：某一应力级位处应力-应变曲线的斜率，反映该级位应力-应变变化的关系，如图4-7中的②。

（3）割线模量：应力-应变曲线上某一应力级位点与原点之间割线的斜率，反映土在某一工作应力范围内应力-应变的平均状况，如图4-7中的③。

（4）回弹模量：应力卸载阶段应力-应变曲线的割线模量，如图4-7中的④。

前三种模量中的应变值是包括了回弹应变和塑性应变的总应变，因而常用于路基变形分析，特别是割线模量。而回弹模量仅包括可恢复的回弹应变，它在一定程度上反映了土的弹性性质。因此，在以弹性理论为基础的路基路面结构分析与设计中，路基回弹模量是一项极其重要的参数。

路基土应力-应变关系的非线性特性，决定了其回弹模量随应力级位大小和取值方法的不同而不同。试验结果表明，偏应力值（σ1-σ3）越小，回弹模量值越高，如图4-8所示。同时，回弹模量还随侧限应力σ3而变化。σ3越大，相同偏应力条件下产生的回弹应变量越小，回弹模量也就越高。但侧限应力对回弹模量的影响程度随土质而异，对于黏质土相对影响不大，故常常忽略。

图4-8　回弹模量随偏应力大小的变化