[发明专利]与结构一体化的水泥稳定破碎砾石基层或底基层设计方法

权利要求书

1.与结构一体化的水泥稳定破碎砾石基层或底基层设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，拟定路面结构组合，确定所述路面结构组合中的各结构层的材料类型与厚度；所述路面结构组合至少包含基层或底基层、上面层，以基层或底基层为设计层，所述基层或底基层的材料为水泥稳定破碎砾石；

步骤2，建立所述路面的施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型，分别确定所述施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型中各结构层的龄期与模量；

步骤3，计算所述施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型中的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的层底拉应力；

步骤4，确定所述与结构一体化的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的7d抗压强度设计标准[R_c7]与7d劈裂强度设计标准[R_s7]；

步骤5、设计水泥稳定破碎砾石基层或底基层的矿料级配；

步骤6、向所述矿料级配中加入水泥配制水泥稳定破碎砾石混合料，确定最大干密度ρ_max和最佳含水量w_o；加入水泥的质量为破碎砾石质量的3％～5％；

步骤7、设定预期压实度，根据最大干密度ρ_max、最佳含水量w_o及预期压实度，成型试件，并对所述试件依次进行标准养生6d、浸水1d，测试水泥稳定破碎砾石的7d无侧限抗压强度R_c7与7d劈裂强度R_s7；

步骤8、确定同时满足7d无侧限抗压强度R_c7大于等于7d抗压强度设计标准[R_c7]、7d劈裂强度R_s7大于等于7d劈裂强度设计标准[R_s7]的水泥加入量为最终的水泥加入量，完成设计；

其中，所述步骤4还包含以下子步骤：

子步骤401，假定施工期力学响应计算模型i的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的弯拉强度标准为不等于零，其中，t₁为施工期力学响应计算模型i的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的龄期，单位为d；

子步骤402，建立水泥稳定破碎砾石的弯拉强度增长方程为式中，R_wt为水泥稳定破碎砾石在t龄期的弯拉强度，单位为MPa；R_w∞为水泥稳定破碎砾石的极限弯拉强度，单位为MPa；α为模型系数；t为龄期，单位为d；

子步骤403，根据弯拉强度增长方程，由施工期力学响应计算模型i的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的弯拉强度标准计算施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型i中水泥稳定破碎砾石的弯拉强度标准计算公式为式中，t_i为施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型i水泥稳定破碎砾石基层或底基层的龄期，单位为d；α为模型系数；为施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型i的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的弯拉强度标准，单位为MPa；

子步骤404，采用公式计算施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型i中的水泥稳定破碎砾石的应力水平S_i；

子步骤405，将应力水平S_i代入水泥稳定破碎砾石的疲劳方程lg S_i＝a+blg N_i，计算水泥稳定破碎砾石的疲劳寿命N_i；式中，a为第一常数，b为第二系数；

子步骤406，确定施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型i的实际荷载作用次数n_i；

子步骤407，采用公式D_i＝n_i/N_i计算施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型i中水泥稳定破碎砾石的疲劳损伤率D_i，并计算累积损伤D＝∑D_i；

子步骤408，判断累积损伤D的范围是否满足属于[0.9,1.0]之间的要求，若满足，则接受子步骤401中假定的施工期力学响应计算模型i的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的弯拉强度标准若不满足，调整子步骤401中的施工期力学响应计算模型i的水泥稳定破碎砾石基层或底基层的弯拉强度标准直至累积损伤D满足要求；

子步骤409，根据强度增长方程，由子步骤408中经检验满足要求的累积损伤计算确定7d弯拉强度标准[R_w7]，计算公式为

子步骤410，将子步骤409所确定的7d弯拉强度标准[R_w7]代入水泥稳定破碎砾石的抗弯拉强度与劈裂强度的关系式[R_w7]＝η([R_S7])^δ，计算确定7d劈裂强度标准[R_S7]；式中，η为第二系数，δ为第二常数；

子步骤411，将子步骤410所确定的7d劈裂强度标准[R_S7]代入水泥稳定破碎砾石的劈裂强度与无侧限抗压强度的关系式[R_c7]＝c[R_S7]+d，计算确定7d无侧限抗压强度标准[R_c7]，式中，c为第三系数，d为第三常数；

所述步骤3还包含以下子步骤：

子步骤301，施加轴载：

向所述施工期力学响应计算模型施加标准运料车轴载，即单轴双轮组200kN作为计算轴载，接地压力为0.906MPa、直径为0.213m且双圆圆心距离为1.5倍直径；

向所述运营期力学响应计算模型施加标准轴载，即单轴双轮组100kN，接地压力为0.7MPa、直径为0.213m且双圆圆心距离为1.5倍直径；

步骤302、分别计算所述施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型中的水泥稳定破碎砾石基层或底基层分别在施工荷载作用下及运营交通荷载作用下的层底拉应力σ_i。

2.根据权利要求1所述的与结构一体化的水泥稳定破碎砾石基层或底基层设计方法，其特征在于，步骤2还包含以下子步骤：

子步骤201，依次确定所述路面结构组合的施工期力学响应计算模型，其中，所述各结构层的施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型的序号记为i，并设水泥稳定破碎砾石基层或底基层铺筑的路面结构为第一次建立的计算模型i，即i＝1，此后每加铺一层的路面结构重新建立计算模型i+1，i＝1，2…，N，N为自然数；

所述运营期力学响应计算模型为所述上面层铺筑完成并开放交通后的计算模型；

子步骤202，分别确定所述施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型的龄期：

所述施工期力学响应计算模型的结构层中基层或底基层的龄期t_i按照式t_i＝15×i计算，式中，i为施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型的序号，i＝1，2，…，N，N为自然数；序号为i的施工期力学响应计算模型的结构层中基层或底基层之上的各个结构层的龄期为基层或底基层的龄期t_i依次减15d；

所述运营期力学响应计算模型的各结构层的龄期为360d；

子步骤203，分别确定所述施工期力学响应计算模型和运营期力学响应计算模型中各结构层的抗压回弹模量E_t，按照下式计算

E_t＝1500×0.409(lnt)^0.511

式中，t为结构层的龄期，单位为d；E_t为抗压回弹模量，单位为MPa。