土基弹性模量E、反应模量k和CBR之间究竟是什么样的关系?

文摘   2024-07-10 06:43   北京  

FAAAC 150/5320-6G中进行机场道面结构计算时,可以用弹性模量E(简称E)和反应模量k(简称k,建立了如图1所示的Ek的关系式。在用FAARFIELD程序时自动将k转换为E

1  AC 150/5320-6G中的Ek的关系

AC 150/5320-6GEk的关系式,FAA没有给出满足Ek的关系式的条件。FAA认为这个Ek的关系存在着普遍性,即无论道面结构和飞机机轮荷载如何改变,Ek的关系是不变的,个人认为,这是不正确的。在2024年 1月 13日 “机场工程人家”微信公众号上发表的《关于“E地基”和“K地基”》一文中,已对Ek的关系做了详细的分析。Ek之间是不能建立起普遍性关系的。只能在给定条件(如:道面结构确定、荷载型式确定和作用位置确定等)下,Ek才能建立起相应的关系。FAA建立的Ek的关系(见图1),没有给出适用的条件。认为:以E为代表的弹性半空间地基和以k为代表的文克勒地基之间是存在着一一对应的关系,可以通过相关试验数据建立起普遍性的关系式。同时,将建立的Ek的关系式写入相关的规范中,应用到道面结构设计和评定中。久而久之,让大家认为Ek真的可以建立起普遍性的数学关系。

AC 150/5320-6G中,FAA还给出了kCBRECBR之间的关系(见图2)。根据AC 150/5320-6G中的2.3.9.11的规定,CBR采用试验室的CBR,按照《Standard Test Method for California Bearing Ratio (CBR) of LaboratoryCompacted Soils》(ASTM D1883)的规定进行试验。该试验方法只是材料的试验方法。由试验得出的结果也只是该材料的CBR

2  AC 150/5320-6G中的ECBRkCBR的关系

CBR的定义见图3CBR试验是在均匀应变率下进行的压入试验。某种材料的CBR是该材料的压入力与标准破碎石灰石压入力的比率,例如,CBR15的材料意味着该材料提供标准破碎石灰石15%的压入力。所以,CBR试验的本身只是材料性能的试验。

3  FAACBR试验方法

SubgradeAC 150/5320-6G的定义(见图4)是由天然土基或改良土基组成的,组成的结构是半空间体。目前采用两种模型,即弹性半空间体和文克勒地基。

4  FAAsubgrade的定义

k的测试方法见图5k是在subgrade上用承载板试验得到的。它反映了subgrade结构的特性,即由组成subgrade的材料和对应的厚度所决定的。Ek是一样采用承载板试验得到的,也是反映了subgrade结构的特性。因此,Ek反映了subgrade这个半空间体结构的特性,它不仅与组成材料的特性有关,还与组成结构的形态有关。

5  FAA的承载板试验测定k

由天然土基或改良土基组成的半空间体结构可能是一种或多种材料构成的。实际工程中由单一材料构成的土基几乎是没有的。同一种材料在实验室做出的CBR是一样的。用在土基时,由于厚度不同构成的土基结构的E和k是不同的。所以,一种材料的CBR可以对应不同的E和k,取决于该材料在土基结构中的形态。因此,CBR是无法与E和k建立一一对应的关系。FAA建立的CBR与E和k的关系式,在物理概念上是混乱的,错把材料性能参数和结构性能参数混为一体,把两个属于不同范畴的东西生拉硬扯到一起,希望通过一个简单的数学公式完整准确地表达CBR、E和k之间的关系是不够严谨的。

E和k用来表示subgrade的强度,分别代表弹性半空间地基和文克勒地基。两种地基模型力学特性是不一样的,E和k无法建立起一一对应的关系。CBR只能反映材料的特性,无法反映由该材料组成的结构特性,更不能体现弹性半空间地基和文克勒地基的结构组成特性(土基是由多种材料构成的,实验室得到的只是其中一种材料的CBR,无法反映多种材料构成的结构特性)。CBR与E和k是无法建立起相应的关系。FAA在AC 150/5320-6G给出的E和k的关系式,让大家误以为E和k客观上存在普遍性关系,让大家把一个特殊条件下的关系误认为是一个普遍性的关系,并推广应用到道面结构设计和评定中。CBR与E和k是分别表示材料性能和结构性能的参数。FAA把它们混为一体,建立了数学关系式。事实上,E、k和CBR之间不可能建立起简单的数学关系,目前建立的关系式仅在特定条件下成立,只在一定条件下适用,并没有普通性。



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