一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法与流程

1.本发明涉及道路铺设评估领域，尤其涉及一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法。


背景技术：

2.机场人行道表面必须没有不平整的地方，如果有不平整的地方会造成很多影响，例如可能影响安全运行、造成损坏或增加飞机结构损伤等，航空业提供了用于测量和评估跑道粗糙度的指南和程序，bbi方法可用于评估机场路面质量，考虑到与其他方法的结果非常一致，为路面评估开发了不同的高级算法，它们的结果显示了路面响应的良好性能。水泥外加剂，通常使用深度搅拌或喷射灌浆，被广泛用作地面改善措施，以促进软粘土条件下的机场地下施工。传统设计通常假设处理后的土壤是具有明确定义的强度和模量的均匀材料。实际上，水泥处理过的土壤在空间上是可变的，并且处理过的土壤质量的设计强度通常比具有相同混合比或平均核心强度的实验室测试值低几倍，土壤性质的空间变异性对聚落有显着影响，地基的差异沉降最终会导致地表不平整度的增加；因此，发明出一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法变得尤为重要；
3.现有的基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法在评估过程中不考虑到跑道路基水泥处理土壤的空间变异特性，无法估算 bbi，无法预测差异沉降；为此，我们提出一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法，该评估方法具体步骤如下：
7.(1)对机场路面进行有限元分析：geofea 9.0软件进行有限元分析，采用具有7个积分点的六节点三角形单元进行分析，建立了二维平面应变模型，分别计算了排水和固结条件下水泥土的表面沉降，平均网格尺寸为0.5m，共使用2260个6节点二次三角形单元；
8.(2)收集模型参数以构建相关模型：模型中水泥处理土壤的长度和厚度分别为50和3m，收集砂土和水泥土的相关参数，同时砂土和水泥土分别采用理想弹塑性模型和粘性剑桥模型进行建模；
9.(3)收集分析类型参数以进行数据评估：研究了七个案例， geofea9.0的分析类型分为两类，分别为排水/不排水和固结，排水固结分析类型符合实际情况，并对其进行数据评估，其中，案例d1 的分析类型为固结，案例d2
‑
d7的分析类型为排水；
10.(4)收集各组分析结果进行比较以确认模型编码正确性：将有限元分析结果与分析结果进行比较，在分析结果和有限元分析结果中使用相同的参数，在d1、d3、d4、d6和d7情况下，根据理论公式计算的砂表面垂直位移。
11.进一步地，步骤(1)中所述二维平面应变模型侧边界相对于法向位移固定，而底边界在所有方向上固定，侧边界和桩边界之间的距离足够大，以确保边界效应可以忽略不计。
12.进一步地，步骤(3)中所述数据评估具体步骤如下：
13.步骤一：超软土经水泥处理后，在水泥处理后的土壤表面铺设砂垫层，然后在其自身重力作用下固结1年；
14.步骤二：假设水泥处理土壤的无侧限抗压强度在情况d1
‑
d4中为200kpa，在情况d5
‑
d7中为500kpa，具有不同厚度的砂垫层；
15.步骤三：在土壤表面施加均匀静荷载10年，模拟实际工程荷载，包括20kpa的路面结构荷载、28kpa的填土荷载和41kpa的飞机荷载，同时确认100kpa为均匀静载荷。
16.进一步地，步骤(4)中所述垂直位移具体计算公式如下：
[0017][0018]
其中，s
i
代表半无限、均质、各向同性质量表面上承受均匀压力q的区域下的垂直位移，q代表半无限、均质、各向同性质量表面上承受均匀压力，i
s
代表一个影响因素，取决于加载区域的形状，代表相关土壤的泊松比，b为较小尺寸。
[0019]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0020]
1、该基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法考虑路基水泥处理土壤的空间变异性和砂垫层厚度对跑道路面粗糙度的影响，水泥土的随机空间变异性的存在增加了沉降，并且随着输入cov的增加，沉降和bbi增加，水泥土的无侧限抗压强度越高，砂垫层对沉降和bbi的影响越小，在无侧限抗压强度相同的情况下，随着平均强度cov的增大和砂垫层厚度的减小，空间变量水泥处理土相对于确定性水泥处理土的压缩性能更加显著，在使bbi值落在可接受范围内时，增加水泥处理土的强度比增加砂垫层的厚度更有效，能够预测差异沉降，考虑到跑道路基水泥处理土壤的空间变异特性，可以估算bbi，跑道路基水泥处理土的这种不均匀性在设计和施工中具有重要意义。
附图说明
[0021]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0022]
图1为本发明提出的一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法的流程框图。
具体实施方式
[0023]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0024]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0025]
实施例1
[0026]
参照图1，一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法，本实施例具体公开了一种数据评估方法：
[0027]
对机场路面进行有限元分析：geofea 9.0软件进行有限元分析，采用具有7个积分点的六节点三角形单元进行分析，建立了二维平面应变模型，分别计算了排水和固结条件下水泥土的表面沉降，平均网格尺寸为0.5m，共使用2260个6节点二次三角形单元。
[0028]
具体的，二维平面应变模型侧边界相对于法向位移固定，而底边界在所有方向上固定，侧边界和桩边界之间的距离足够大，以确保边界效应可以忽略不计。
[0029]
收集模型参数以构建相关模型：模型中水泥处理土壤的长度和厚度分别为50和3m，收集砂土和水泥土的相关参数，同时砂土和水泥土分别采用理想弹塑性模型和粘性剑桥模型进行建模。
[0030]
需要进一步说的是，砂土和水泥土的相关参数具体如下表所示，其中，naf代表理想弹塑性模型，c3模型代表粘性剑桥模型。
[0031][0032]
收集分析类型参数以进行数据评估：研究了七个案例， geofea9.0的分析类型分为两类，分别为排水/不排水和固结，排水固结分析类型符合实际情况，并对其进行数据评估，其中，案例d1 的分析类型为固结，案例d2
‑
d7的分析类型为排水。
[0033]
具体的，首先，超软土经水泥处理后，在水泥处理后的土壤表面铺设砂垫层，然后在其自身重力作用下固结1年，固结完成后，假设水泥处理土壤的无侧限抗压强度在情况d1
‑
d4中为200kpa，在情况d5
‑
d7中为500kpa，具有不同厚度的砂垫层，在土壤表面施加均匀静荷载10年，模拟实际工程荷载，包括20kpa的路面结构荷载、28kpa的填土荷载和41kpa的飞机荷载，同时确认100kpa为均匀静载荷。
[0034]
需要进一步说明的是，在确定性情景下，每种情况下，水泥处理土壤表面和砂表面横截面上的沉降是均匀的，d1和d3的结果表明，除了分析类型外，在相同的外部条件下，沉降是相同的，因此，仅计算了一个合并案例，分析类型对计算结果没有影响，相同无侧限抗压强度的水泥土表面沉降随砂厚的增加而减小，相同砂厚的水泥土表面沉降随水泥土无侧
限抗压强度的增加而减小，剖面中所有采样点(测量间隔为0.25m)的bbi为0，在可接受范围内，同时砂和水泥处理土壤在垂直方向上的位移是均匀的
[0035]
收集各组分析结果进行比较以确认模型编码正确性：将有限元分析结果与分析结果进行比较，在分析结果和有限元分析结果中使用相同的参数，在d1、d3、d4、d6和d7情况下，根据理论公式计算的砂表面垂直位移。
[0036]
需要进一步说明的是，垂直位移具体计算公式如下：
[0037][0038]
其中，s
i
代表半无限、均质、各向同性质量表面上承受均匀压力q的区域下的垂直位移，q代表半无限、均质、各向同性质量表面上承受均匀压力，i
s
代表一个影响因素，取决于加载区域的形状，代表相关土壤的泊松比，b为较小尺寸。
[0039]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。