(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111543273.7 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市天心区万家丽 南路2段96 0号 (72)发明人 邱祥　范思齐　刘忠伟　付宏渊　 蒋煌斌　肖泽林　罗震宇　胡红波　 (74)专利代理 机构 西安知诚思 迈知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61237 专利代理师 闵媛媛 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E01C 3/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 车辆荷载作用下运营期填挖交界段路基沉 降变形预估、 评价方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种车辆荷载作用下运营期 填挖交界段路基沉降变形预估、 及评价方法及系 统， 预估方法具体为： 分别在路堤填挖交界处的 挖方段、 填方段取样； 对试样均进行静三轴试验 和动三轴试验， 通过静三轴试验获取路堤土体 静 荷载作用下土体的变形模量Et和切线泊松比 νt； 通过动三轴试验获取车辆荷载作用下路堤 土体的阻尼比λd； 建立运营期填挖交界段路基 的二维模型， 得到各节点对应的竖向应力σ1i、 侧向应力σ3i， 各节点对应的动应力σ ′di； 进而 得到路基纵向长度方向上任意竖直截面的总沉 降变形。 本发 明提供一种车辆荷载作用下运营期 填挖交界段路基沉降变形预估 方法， 全面考虑了 路基土体所产生的变形， 能更准确、 高效地预估 填挖交界段路基的沉降变形。 权利要求书4页 说明书14页 附图2页 CN 114912163 A 2022.08.16 CN 114912163 A 1.一种车辆荷载作用下运营期填挖交界段路基沉降变形预估方法， 其特征在于， 具体 按照以下步骤进行： S1， 分别在路堤填挖交界处的挖方 段、 填方段取样； S2， 对步骤S1的试样均进行静三轴试验和动三轴试验， 试验设置不同围压、 压实度、 含 水率的试验条件， 通过静三轴试验获取路堤土体静荷载作用下土体的变形模量Et和切线泊 松比νt； 通过动三轴试验获取 车辆荷载作用下路堤土体的阻尼比λd； S3， 通过数值模拟软件建立运营期填挖交界段路基的二维模型， 包括挖 方段和填方段； 对二维模型进行网格划分， 在任意一竖直截面内， 按照从上往下的顺序对节点进行编号， i 代表节点的编号； 将步骤S 2得到的变形模量Et和切线泊松比νt作为输入参数， 得到各节点对 应的竖向应力σ1i、 侧向应力σ3i； 将步骤S2得到的变形模量Et、 阻尼比λd作为输入参数， 得到 各节点对应的动应力σ ′di； S4， 将挖方段、 填方段各节点的竖向应力σ1i、 侧向应力σ3i分别代入对应的动荷载作用下 的永久应变模型中， 得到每个节点在动荷载作用下 的应变， 根据对应的应变分别得到填挖 交界段路基的填方 段和挖方 段在动荷载作用下的某一竖直截面的沉降值； S5， 将挖方段、 填方段各节点的竖向应力σ1i、 侧向应力σ3i代入对应的动弹性模量模型 中， 得到每个节点的动弹性模量Edi， 结合各节点对应的动应力得到每个节点在动荷载与静 荷载同时作用下的应变值， 再根据对应的应变值分别得到填挖交界段路基的填方段和挖方 段在静荷载与动荷载同时作用下的某一竖直截面 沉降值； S6， 基于单元节点沉降的叠加， 将同一竖直截面的两个沉降值加和得到路基纵向长度 方向上任意竖直截面的总沉降变形。 2.根据权利要求1所述一种车辆荷载作用下运营期填挖交界段路基沉降变形预估方 法， 其特征在于， 所述步骤S1， 具体为： 在路堤填挖交界处挖方段进 行现场取样； 在路堤 填方 段取原状土， 静压法制样； 对挖方段试样进行除杂、 保鲜膜密封处理， 使试样处于土体原有 状态； 对填方段土样进 行除杂、 风干， 过筛， 采用静压法进 行制样， 试样尺寸与挖方段试样一 致。 3.根据权利要求1所述一种车辆荷载作用下运营期填挖交界段路基沉降变形预估方 法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 静三轴试验采用排水固结的方法进 行， 围压设置为10kPa～ 50kPa， 填方段土体压实度设置为90％～96％， 挖方段土体固结度Ut设置为70％、 80％、 90％、 100％， 挖方 段土体采用天然含水率， 填方 段土体采用最佳含水率。 4.根据权利要求1所述一种车辆荷载作用下运营期填挖交界段路基沉降变形预估方 法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 填方段动荷载作用下的路基永久应变模型， 见式(7 ‑1)， 挖 方段动荷载作用下的路基永久应 变模型， 见式(7 ‑2)； 其中， k5、 k6、 k7、 k8、 k9、 k10、 b2、 b3为试验参数， εp为填方段的初始塑性应变， e为常数， Pa为 标准大气压强； ε1di表示填方段动荷载作用下的路基永久应变； k'5、 k'6、 k'7、 k'8、 k'9、 k'10、权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114912163 A 2b'2、 b'3为试验参数， ε'p为挖方段的初始塑性应变， ε ′1di表示挖方段动荷载作用下的路基永 久应变； σ11表示填方段土体的大主应力， σ31表示填方段土体的小主应力， σ11/σ31表示填方段 土体的应力比， ω1表示填方段土体的含 水率， K表 示填方段土体的压实度； σ12表示挖方段土 体的大主应力， σ32表示挖方段土体的小主应力， σ12/σ32表示挖方段土体的应力比， ω2表示 挖方段土体的含水率； 将填方段各节点的竖向应力σ1i、 侧向应力σ3i代入公式(7 ‑1)中， 计算每个节点在动荷载 作用下的应变 ε1di， 根据竖直截面的相邻上下两节 点应变值求平均值， 得到相 邻上下两节 点 间的应变平均值， 将相 邻上下两节点间的应变平均值加和除以竖直截面的总节 点段数n， 得 到 表示动荷载作用下路基竖直截面的平均应 变值； 通过公式(8)计算得到动荷载作用下 竖直截面上 各相邻上 下两节点间的沉降值S1f： 其中， hf表示第f个节点段上下两节点间的长度， f＝1， 2， …n； 再通过公式(9)求出填挖 交界段的填 方段路基在动荷载作用下的某一 竖直截面的沉降值S1x， x表示路基纵向长度X上 的某一点， 即竖直截面在X轴上的位置； 将挖方段各节点的竖 向应力σ1i、 侧向应力σ3i代入公式(7 ‑2)中， 其余步骤相同， 求出填 挖交界段的挖方 段路基在动荷载作用下的某一竖直截面的沉降值S ′1x。 5.根据权利要求4所述一种车辆荷载作用下运营期填挖交界段路基沉降变形预估方 法， 其特征在于， 所述步骤S 5中， 填方段的土体动弹性模量模 型见式(6 ‑1)， 挖方段的土体动 弹性模量模型 见式(6‑2)； 其中， k1、 k2、 k3、 k4、 b1为试验参数， Pa为标准大气压强， E0为填方段的初始动弹性模量， E2d表示填方段的土体动弹性模量， e为常数； k ’1、 k'2、 k'3、 k’4、 b'1为试验参数， E'0为挖方段 的初始动弹性模量， E ′2d表示挖方 段动弹性模量， Ut表示挖方 段土体的固结度； 将步骤S3 得到的填方段的各节点对应的竖向应力σ1i、 侧向应力σ3i代入公式(6 ‑1)中， 计 算出每个节点的动弹性模量E2di； 通过公式(10)计算得到每个节点在动荷载与静荷载同时 作用下的应力σdi： σdi＝σ1i+σ′di   (10) 将应力σdi代入公式(1 1)得到每 个节点在动荷载与静荷载同时作用下的应 变值 ε2di： ε2di＝σdi/Edi   (11) 根据竖直截面的相邻上下两节点应变值ε2di求平均值， 得到相邻上下两节点间的应变 平均值， 将相邻上下两节点间的应变平均值加和再除以总段数n， 得到 表示动荷 载与静荷载同时作用下路基的竖直截面的平均应 变值； 通过公式(12)计算得到静荷载与动荷载同时作用下竖直截面上各相邻上下两节点间权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114912163 A 3