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摘要：在高等级公路沥青路面结构设计中，路基土回弹模量是影响路面结构厚度最敏感的参数之一，即使回弹模量出现较小的变化对路面结构厚度也会产生很大的影响。为此，在沥青路面结构厚度设计中，能否选用合乎实际需要路基土回弹模量，将直接关系到路面结构的经济性与安全性。本文结合实际工作体验，就影响路基土回弹模量的各类因素，采用试验方法进行了具体的分析与探讨。
关键词：路基土；回弹模量；影响因素
目前，确定路基土回弹模量的试验方法主要为承载板法，即在路基土现场采用直径为30.4cm的刚性承载板，在土基表面逐渐加载和卸载测出与每级荷载相对应的回弹变形值。然而承载板试验法仅适用于静态性的回弹模量测定，且测试方法复杂繁琐，容易导致试验结果与真实值之间存在较大误差。为此，有必要采用更加科学合理的测试方法，以确保试验结果的准确，并能对动态状态下的路基土回弹模量进行检测。本文综合比选了国内外多项试验方法，最终选用室内重复加载三轴试验法，对多种不同性质路基土的回弹模量进行了测试，并以此分析了路基土回弹模量与各类影响因素之间的关系。
一、路基土回弹模量主要影响因素概述
影响路基土回弹模量的因素，主要有以下三个方面：一、应力状况；二、物理状况，包括了含水率和密实度；三、路基土的材料性质及组成。其中，最主要的影响因素是应力状况，其次是含水率。
1、应力状况
影响路基土回弹模量的应力状况因素包括了：侧向应力和偏应力；应力反复作用次数；应力加载时间、频率及序列等方面。多年以来的研究结果表明，其中侧向应力和偏应力是最重要的影响因素。早在上世纪60年代左右，Monismith和Hicks等人就通过试验证明，路基土回弹模量对侧向应力和偏应力都有着很强的依赖性，并随着两者应力的增加而有较大幅度的增长。
2、含水率
因路基土材料性质的不同，含水率对路基土回弹模量也有着不同程度的影响。对于是开级配粒料的路基土材质，由于其孔隙较大，渗水快，含水率对其回弹模量的影响较小；而对于是密级配的路基土材质，则含水率对其回弹模量有着较大的影响，通常是回弹模量会随着含水率的增加而降低。
3、密实度
通常而言，增加密实度，可以使路基土对静载作用的相应出现较大的变化，其刚度和强度都会有所增加。经过多年来的试验研究表明，路基土回弹模量通常会随着密实度的增加而增长。其基本原理为，当路基土材质中粒料越密实时，每个颗粒的平均接触点数也会相应增加，使得外载作用下的平均接触应力减少，颗粒接触点的变形也相应降低，使得回弹模量增加。同时，随着颗粒接触点的增多，也能有效阻止了颗粒之间的重新排列和相互滑移，避免回弹模量的降低。
二、试验方案及步骤
1、试验材料选择
在本文中为详细分析各种材料性质的路基土的回弹模量与应力状况、含水率以及密实度之间的关系，选择了三种有代表性的路基土进行重复加载三轴试验。分别为粘土（clay），来自于祁临高速K949和商荷高速K4；粉土（silt），来自于重隧高速K800；砂土（sand），来自于京珠高速K275。各类路基土的具体性质参数，详见下表1所示。
2、试验步骤
本文选用重复加载三轴试验法，作为路基土回弹模量的测定方法。其中，试验仪器采用的通用测试仪UTM-100，围压采用的是气压加载的方式。
（1）试件的制备。试验中所采用的试件尺寸为10×20cm，通过万能液压试验机对试件进行静压压实成型。根据具体的试验结果，分别按照90%以及96%的密实度来实现试件的制备，并通过试验前和试验后所测试到的试件高度平均值，对其实际密实度进行计算。
（2）试验中参数的选择。在整个重复加载三轴试验中，荷载的波形为半正矢波，荷载的频率为10Hz。加载的时间和荷载的间隙时间分别为0.2s和0.8s。
（3）加载序列的确定。根据我国路面结构的实际特点，并参考国内外学者的试验方法，对本文试验中的三轴加载序列进行统计分析和制定。在加载过程中，要求每个加载步骤，都应当等应变力稳定后，再选择最后5次的数据来分析计算路基土的回弹模量。
3、试验中的误差控制
为有效控制试验中出现的误差，在本文中对不同性质的路基土样均制备了三个标准试件。且每个试件的实际含水量、实际密实度都与目标含水量、目标密实度的误差均不超过2%。
当试验过程中预压加载次数达到1000次以后，如果试件的垂直永久应变力超过5%，则应当停止繼续预压。此时应当详细分析试件仍没有获得足够密实度的原因。若无法合理解释，则应当再重新选用标准件进行测试。在最终试验结果中，要求每个试件所测量得到的回弹模量值，和平均值之间的误差不得大于5%。
三、试验结果与分析
1、应力状况对回弹模量的影响分析
选用具有最佳含水量以及目标密实度为96%试件，对各应力状况下的路基土回弹模量进行分析，粘土1和粘土2的回弹模量与应力关系曲线，其结果见下图1所示。
对上图中回弹模量和应力关系曲线的分析，可得出以下结论：
（1）在不同应力状态下，相同含水率和密实度的路基土回弹模量有着较大的变化，上图中显示的最大差异量达到了2.8倍左右。
（2）从图1、图2中可看出，侧向应力对粘土的回弹模量有着较大的影响，相对而言偏应力则影响较小，但是影响也非常明显。
2、含水率、密实度对路基土回弹模量的影响分析
在本文试验中，不同含水率和密实度条件下粘土的回弹模量，详见下图2。其中，在同一偏应力作用下，不同侧向应力路基土回弹模量是沿着纵坐标进行依次排列的，其侧向应力值依次为：60kPa、45kPa、30kPa和15kPa。
对上图中进行系统分析，可以得出以下结论：
（1）粘土的回弹模量对含水率的变化较为敏感，在相同压力状态和密实度条件下，随着其含水量的上升，粘土回弹模量出现明显下降。同时，经观测发现，粉土和砂土的回弹模量对含水率变化也较为敏感。证明了含水率对路基土回弹模量有着直接且重要的影响。
（2）在本文中对密实度的影响试验，主要是通过在相同压力状态以及含水率为最佳含水量的条件下，将密实度从96%降低到90%，以测定密实度对路基土回弹模量的影响。从上图中可以看出，粘土的回弹模量因密实度的变化而出现较大的改变，其回弹模量降低到原来的65%左右。
总结：
本文采用重复加载三轴试验法对三类典型的路基土回弹模量进行了试验，并通过数据证明了应力状态、含水率和密实度对路基土回弹模量的影响。由于路基土回弹模量的设计与计算，将直接关系到路面结构的经济性与安全性，因此必须重点考虑到应力状态、含水率和密实度对回弹模量的影响，并以此确定合理的试验内容与取值条件。
参考文献：
[1]凌建明，苏华才，等.路基土动态回弹模量的试验研究[J].地下空间与工程学报，2010（5）.
[2]赵树德.土力学[M].北京：高度教育出版社，2010.
[3]姚祖康.道路路基路面工程[M].上海：同济大学出版社，2008.
关键词：路基土；回弹模量；影响因素
目前，确定路基土回弹模量的试验方法主要为承载板法，即在路基土现场采用直径为30.4cm的刚性承载板，在土基表面逐渐加载和卸载测出与每级荷载相对应的回弹变形值。然而承载板试验法仅适用于静态性的回弹模量测定，且测试方法复杂繁琐，容易导致试验结果与真实值之间存在较大误差。为此，有必要采用更加科学合理的测试方法，以确保试验结果的准确，并能对动态状态下的路基土回弹模量进行检测。本文综合比选了国内外多项试验方法，最终选用室内重复加载三轴试验法，对多种不同性质路基土的回弹模量进行了测试，并以此分析了路基土回弹模量与各类影响因素之间的关系。
一、路基土回弹模量主要影响因素概述
影响路基土回弹模量的因素，主要有以下三个方面：一、应力状况；二、物理状况，包括了含水率和密实度；三、路基土的材料性质及组成。其中，最主要的影响因素是应力状况，其次是含水率。
1、应力状况
影响路基土回弹模量的应力状况因素包括了：侧向应力和偏应力；应力反复作用次数；应力加载时间、频率及序列等方面。多年以来的研究结果表明，其中侧向应力和偏应力是最重要的影响因素。早在上世纪60年代左右，Monismith和Hicks等人就通过试验证明，路基土回弹模量对侧向应力和偏应力都有着很强的依赖性，并随着两者应力的增加而有较大幅度的增长。
2、含水率
因路基土材料性质的不同，含水率对路基土回弹模量也有着不同程度的影响。对于是开级配粒料的路基土材质，由于其孔隙较大，渗水快，含水率对其回弹模量的影响较小；而对于是密级配的路基土材质，则含水率对其回弹模量有着较大的影响，通常是回弹模量会随着含水率的增加而降低。
3、密实度
通常而言，增加密实度，可以使路基土对静载作用的相应出现较大的变化，其刚度和强度都会有所增加。经过多年来的试验研究表明，路基土回弹模量通常会随着密实度的增加而增长。其基本原理为，当路基土材质中粒料越密实时，每个颗粒的平均接触点数也会相应增加，使得外载作用下的平均接触应力减少，颗粒接触点的变形也相应降低，使得回弹模量增加。同时，随着颗粒接触点的增多，也能有效阻止了颗粒之间的重新排列和相互滑移，避免回弹模量的降低。
二、试验方案及步骤
1、试验材料选择
在本文中为详细分析各种材料性质的路基土的回弹模量与应力状况、含水率以及密实度之间的关系，选择了三种有代表性的路基土进行重复加载三轴试验。分别为粘土（clay），来自于祁临高速K949和商荷高速K4；粉土（silt），来自于重隧高速K800；砂土（sand），来自于京珠高速K275。各类路基土的具体性质参数，详见下表1所示。
2、试验步骤
本文选用重复加载三轴试验法，作为路基土回弹模量的测定方法。其中，试验仪器采用的通用测试仪UTM-100，围压采用的是气压加载的方式。
（1）试件的制备。试验中所采用的试件尺寸为10×20cm，通过万能液压试验机对试件进行静压压实成型。根据具体的试验结果，分别按照90%以及96%的密实度来实现试件的制备，并通过试验前和试验后所测试到的试件高度平均值，对其实际密实度进行计算。
（2）试验中参数的选择。在整个重复加载三轴试验中，荷载的波形为半正矢波，荷载的频率为10Hz。加载的时间和荷载的间隙时间分别为0.2s和0.8s。
（3）加载序列的确定。根据我国路面结构的实际特点，并参考国内外学者的试验方法，对本文试验中的三轴加载序列进行统计分析和制定。在加载过程中，要求每个加载步骤，都应当等应变力稳定后，再选择最后5次的数据来分析计算路基土的回弹模量。
3、试验中的误差控制
为有效控制试验中出现的误差，在本文中对不同性质的路基土样均制备了三个标准试件。且每个试件的实际含水量、实际密实度都与目标含水量、目标密实度的误差均不超过2%。
当试验过程中预压加载次数达到1000次以后，如果试件的垂直永久应变力超过5%，则应当停止繼续预压。此时应当详细分析试件仍没有获得足够密实度的原因。若无法合理解释，则应当再重新选用标准件进行测试。在最终试验结果中，要求每个试件所测量得到的回弹模量值，和平均值之间的误差不得大于5%。
三、试验结果与分析
1、应力状况对回弹模量的影响分析
选用具有最佳含水量以及目标密实度为96%试件，对各应力状况下的路基土回弹模量进行分析，粘土1和粘土2的回弹模量与应力关系曲线，其结果见下图1所示。
对上图中回弹模量和应力关系曲线的分析，可得出以下结论：
（1）在不同应力状态下，相同含水率和密实度的路基土回弹模量有着较大的变化，上图中显示的最大差异量达到了2.8倍左右。
（2）从图1、图2中可看出，侧向应力对粘土的回弹模量有着较大的影响，相对而言偏应力则影响较小，但是影响也非常明显。
2、含水率、密实度对路基土回弹模量的影响分析
在本文试验中，不同含水率和密实度条件下粘土的回弹模量，详见下图2。其中，在同一偏应力作用下，不同侧向应力路基土回弹模量是沿着纵坐标进行依次排列的，其侧向应力值依次为：60kPa、45kPa、30kPa和15kPa。
对上图中进行系统分析，可以得出以下结论：
（1）粘土的回弹模量对含水率的变化较为敏感，在相同压力状态和密实度条件下，随着其含水量的上升，粘土回弹模量出现明显下降。同时，经观测发现，粉土和砂土的回弹模量对含水率变化也较为敏感。证明了含水率对路基土回弹模量有着直接且重要的影响。
（2）在本文中对密实度的影响试验，主要是通过在相同压力状态以及含水率为最佳含水量的条件下，将密实度从96%降低到90%，以测定密实度对路基土回弹模量的影响。从上图中可以看出，粘土的回弹模量因密实度的变化而出现较大的改变，其回弹模量降低到原来的65%左右。
总结：
本文采用重复加载三轴试验法对三类典型的路基土回弹模量进行了试验，并通过数据证明了应力状态、含水率和密实度对路基土回弹模量的影响。由于路基土回弹模量的设计与计算，将直接关系到路面结构的经济性与安全性，因此必须重点考虑到应力状态、含水率和密实度对回弹模量的影响，并以此确定合理的试验内容与取值条件。
参考文献：
[1]凌建明，苏华才，等.路基土动态回弹模量的试验研究[J].地下空间与工程学报，2010（5）.
[2]赵树德.土力学[M].北京：高度教育出版社，2010.
[3]姚祖康.道路路基路面工程[M].上海：同济大学出版社，2008.