东南大学路基路面工程考试复习题及参考答案.doc

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东南大学路基路面期末复习题
1、简答题
1.路基横断面形式有哪些类型？
2.是否可以采用不同性质的土作为路基填料？
3.影响路基路面稳定性的因素主要有哪些？
4.简述路基沉陷及其原因。
5.陡坡路堤可能的滑动形式有那些？产生滑动的主要原因是什么？
6.冲刷防护有哪些方法和措施？
7.什么是挡土墙？怎样对挡土墙进行分类？
8.路基排水设施有哪些？
9.旧水泥混凝土路面加铺层有哪些结构类型？
10.垫层有哪几种类型？各起什么作用？
2、论述题
1. 为什么最佳含水量可以获得好的压实效果？怎样控制含水量？
2. 在重复荷载作用下，路基将产生什么样的变形结果？为什么？
3. 挡土墙倾覆的原因是什么？如何增强挡土墙的抗倾覆稳定性？
4. 挡土墙产生滑移破坏的原因是什么？如何增强挡土墙的抗滑稳定性？
5. 旧水泥混凝土路面加铺层有哪些结构类型？如何选用？
6. 在沥青路面和水泥路面的结构设计中，轴载换算有什么不同？为什么？
3、分析与计算题
1．某砂类土挖方路基边坡，=27°，=13.90KPa，=16.90KN/m3，H=7.0m，采用边坡1︰0.5。假定。
①验算边坡的稳定性；
②当=1.25时，求允许边坡坡度；
③当=1.25时，求边坡允许最大高度。
2．某新建公路某路段，初拟普通水泥混凝土路面板厚26cm，取弯拉弹性模量3×104MPa；基层选用水泥稳定砂砾，厚25cm，回弹模量500MPa；垫层为天然砂砾，厚度25cm，回弹模量300 MPa；路基土回弹模量30 MPa。试求该路段基层顶面当量回弹模量。
3．公路自然区划II区某二级公路采用普通水泥混凝土路面结构，基层为水泥稳定砂砾，垫层为石灰土，水泥混凝土板平面尺寸为4.5m、长为5.0m，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆的假缝。初拟板厚=23 cm，取弯拉强度标准值为=5.0 MPa，相应弯拉弹性模量为=3.1×104MPa。设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数为=1500×104轴次，基层顶面当量回弹模量=178MPa。
① 计算荷载疲劳应力？
② 计算温度疲劳应力？
③ 验证该路面结构能否承受设计基准期内荷载应力和温度应力综合疲劳作用。
4．某路段路基填土高度220cm，水泥混凝土路面结构层当量厚度88cm，路基工作区深度280 cm，问原地基是否承受车辆荷载？为什么？
5．某路堤填料，边坡1：1.45，砂类土，判断该路堤是否失稳。
参考答案
一、名词解释
1.路床：
路床是路面的基础，是指路面结构层底面以下80cm深度范围内的路基部分。路床分上、下两层：路面结构层底面以下0-30cm深度范围内的路基称为上路床；路面结构层底面以下30-80cm深度范围内的路基称为下路床。
2. 面层：
直接与行车和大气接触的表面层次。与基层和垫层相比，承受行车荷载较大的垂直压力、水平力和冲击力的作用，还受降水和气温变化的影响。应具有较高的结构强度、抗变形能力和水温稳定性，耐磨，不透水，表面还应具有良好的平整读和粗糙度。
3.路基干湿类型：
路基的干湿类型是指路基在最不利季节所处的干湿状态。路基的干湿类型划分为干燥、中湿、潮湿和过湿四类。
4.路基工作区：
在路基的某一深度处，当车辆荷载引起的垂直应力与路基路面重量引起的自重应力之比很小，仅为1/10—1/5时，车辆荷载引起的应力可以忽略不计，该深度范围内的路基称为路基工作区。
5.最佳含水量：
使土体产生最大干密度时的含水量，称之为最佳含水量。
6.标准轴载：
路面设计以汽车双轮组单轴载100KN为标准轴载，用BZZ-100表示，需要将混合交通的各种轴载和通行次数按照等效损坏的原则换算为标准轴载的通行次数。
7. 第二破裂面：
往往会遇到墙背俯斜很缓，即墙背倾角α很大的情况，如折线形挡土墙的上墙墙背，衡重式挡土墙上墙的假象墙背。当墙后土体达到主动极限平衡状态时，破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动，而是沿着土体的另一破裂面滑动，这一破裂面称为第二破裂面。而远离墙的破裂面称为第一破裂面。
8. 基层：
主要承受车辆荷载的竖向压力，并把由面层传递下来的应力扩散到垫层和土基，是路面结构中的承重层，应具有足够的强度、刚度和扩散应力的能力、以及良好的水稳性和平整度。
9.分离式加铺层：
在旧混凝土面层与加铺层之间设置由沥青混凝土、沥青砂或油毡等材料的隔离层，这样的加铺层称为分离式加铺层。
10.设计弯沉：
路面设计弯沉是根据设计年限内设计车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的，相当于路面竣工后第一年的不利季节，路面在标准轴载100KN作用下测得的最大回弹弯沉值。
二、简答题
1.答题要点：路基横断面形式分为路堤、路堑和半挖半填路基三种类型。路堤是指路基设计标高高于原地面标高需要借土填筑而形成的填方路基；路堑是指路基设计标高低于原地面标高需要实施开挖而形成的挖方路基；如果路基一侧填筑而另一侧开挖，则称为半挖半填路基。
2. 答题要点：性质不同的土一般不能混合填筑，只能分层填筑。允许砂类土、亚粘土、砾石等在混合状态下填筑，取土场内这些类型的土的天然混合物可以直接用来铺筑路基。
3. 答题要点：影响路基路面稳定性的因素可以分为两类：
（1）自然因素：地形条件，气候条件，水文和水文地质条件，地质条件，路基土类别，植被发育情况等。
（2）人为因素：荷载作用，路基路面结构，施工方法，养护措施等。
4. 答题要点：在路基表面垂直方向上产生的较大沉落，称为路基沉陷。产生路基沉陷的原因主要有三：①路基填料不良；②施工压实不够；③地基强度不足。
5. 答题要点：陡坡路堤可能出现的滑动形式有三种情况：
①基底为岩层或稳定山坡，路堤沿接触面滑动；
②基底为较软的覆盖层山坡，下卧基岩较陡，滑动有两种可能，一是路堤连同覆盖层一起沿基岩滑动，二是路堤沿接触面滑动；
③基地为较软的岩层，滑动也有两种可能，一是沿软的岩层某一最弱的结构面滑动，二是沿接触面滑动。
陡坡路堤整体滑动的主要原因是：
①路堤填筑前未清表或未挖成阶梯状；②路堤上方山坡排水不畅；③坡脚未进行必要的支撑。
6. 答题要点：冲刷防护一般分为直接防护和间接防护两类。
直接防护主要是对河岸或路堤边坡采取包括砌石、抛石、石笼、浸水挡墙、土工模袋等直接加固措施，以抵抗水流的冲刷，特点是尽可能不干扰或很少干扰原来的水流性质。
间接防护主要是修筑顺坝、丁坝、格坝等导流结构物，改变水流性质，迫使水流偏离被防护路段，彻底解除水流对局部堤岸的冲刷破坏作用。
7. 答题要点：挡土墙是支撑路堤填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的结构物。
根据挡土墙设置位置不同，可以把挡土墙分为路堑挡土墙、路堤挡土墙、路肩挡土墙、山坡挡土墙。
根据挡土墙的结构不同，可以把挡土墙分为重力式、加筋土式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚定板式、柱板式等多种结构形式的挡土墙。
根据墙体材料不同可以把挡土墙分为石砌挡土墙、砖砌挡土墙、水泥混凝土挡土墙、木质地土墙。
8. 答题要点：路基排水设施分为地表排水设施和地下排水设施两大类：
地表排水设施主要有边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、倒虹吸、渡槽等。
地下排水设施主要有盲沟、渗沟、渗井等。
9. 答题要点：旧水泥混凝土路面加铺层结构类型有：① 分离式加铺层；② 结合式加铺层；③ 沥青混凝土加铺层结构；④将旧混凝土板破碎成小于4cm的小块，用作新建路面的底基层或垫层，并按新建路面设计。
10. 答题要点：垫层按其所起的作用分为排水垫层、隔离垫层、防冻胀垫层等。
①排水垫层：排除渗入基层和垫层的水分，防止路基过湿而影响路基路面的强度和稳定性。一般采用砂砾碎石等松散颗粒材料。
②隔离垫层：隔断地下水向路面结构层内移动。一般采用粗粒料或土工合成材料。
③防冻胀垫层：在季节性冰冻地区，需要考虑防冻胀最小厚度要求。
三、论述题
1. 答题要点：最佳含水量能得到最好的压实效果，这是因为：当土中含水量较小时，主要为粘结水，形成包裹在土颗粒外围很薄的水膜，土颗粒间的摩阻力较大，因而土颗粒难以挤密，不容易压实。随着含水量逐渐增大，水在土颗粒间起着润滑作用，土体变得易于压实。若土中含水量进一步增大，土中空隙被自由水充盈，压实效果反而降低。因此，只有在最佳含水量条件下，才能获得最好的压实效果。实际工作中，当填料含水量小于最佳含水量时，可以在整型工序前12~24h均匀洒水，闷料一夜后再行碾压；如果填料含水量小于最佳含水量，应翻拌晾晒或掺石灰，使含水量略大于（0.5%~1.0%）时进行碾压。
2. 答题要点：路基在重复荷载作用下，将产生弹性变形和塑性变形。每一次荷载作用之后，回弹变形即行消失，而塑性变形不再消失，并随荷载作用次数的增加而累积逐渐加大，但随着荷载作用次数的增加，每一次产生的塑性变形逐渐减小。产生的变形结果有两种：
①土粒进一步靠拢，土体进一步逐渐密实而稳定；
②累积变形逐步发展成剪切破坏。
出现哪一种变形结果取决于三种因素：
①土的类别和所处的状态（含水量、密实度、结构状态）。
②应力水平（亦称相对荷载）。
③荷载作用的性质.即重复荷载的施加速度、作用的的持续时间和重复作用频率。
3. 答题要点：对于墙趾的稳定力矩与倾覆力矩之比＜[K0]，挡土墙就不稳定；如果＜0，挡土墙就会倾覆。
增强挡土墙抗倾覆稳定性的措施主要有：
①拓宽墙趾
在墙趾处拓宽基础以增加稳定力臂，但在地面横坡较陡处，会因此引起墙高增加。
②改变墙面及墙背坡度
改缓墙面坡度可增加稳定力臂，改陡俯斜墙背或改缓仰斜墙背可减少土压力。在地面纵坡较陡处，须注意对墙高的影响。
③改变墙身断面类型
当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立，这时可改变墙身断面类型，如改用衡重式墙或者墙后加设卸荷平台、卸荷板，以减少土压力并增加稳定力矩。
④加固地基，提高地基承载力。
4. 答题要点：沿基底的抗滑力与滑动力的比值，即抗滑稳定系数KC ＜[KC]，挡土墙就不稳定；如果KC ＜0，挡土墙就会产生滑移破坏。
增强挡土墙抗滑稳定性的措施主要有：
①采用倾斜基底，倾斜基底与水平面的夹角不宜过大，以免基底下墙趾前发生剪切破坏。一般土质地基≤11○18′36″（1：5）；岩石地基≤18○26′06″（1：3）．
②基底设置凸榫，利用凸榫前的被动土压力增加抗滑稳定性，凸榫后缘至墙踵连线与水平线的锐夹角≤，凸榫前缘至墙趾连线与水平线的锐夹角≤。
5. 答题要点：旧水泥混凝土路面加铺层结构类型有：① 分离式加铺层；② 结合式加铺层；③ 沥青混凝土加铺层结构；④将旧混凝土板破碎成小于4cm的小块，用作新建路面的底基层或垫层，并按新建路面设计。
①当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为中或次，或者新旧混凝土板的平面尺寸不同、接缝形式或位置不对应或路拱横坡不一致时，应采用分离式混凝土加铺层。
②当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良，面层板的平面尺寸及接缝布置合理，路拱横坡符合要求时，可采用结合式混凝土加铺层。
③当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良或中时，可采用沥青加铺层。应根据气温、荷载、旧混凝土路面承载能力、接缝处弯沉差等情况选用合适的减缓反射裂纹的措施。沥青加铺层的厚度按减缓反射裂缝的要求确定。
④如旧混凝土路面损坏状况等级为差时，宜将旧混凝土板破碎成小于4cm的小块，用作新建路面的底基层或垫层，并按新建路面设计。
6. 答题要点：将混合交通的各种轴载和通行次数按照等效损坏的原则换算为标准轴载的通行次数。不同轴载的作用次数等效换算成标准轴载当量作用次数的换算公式：
式中：—标准轴载重，=100KN；
级轴载重（KN）；
—反映轴型（单轴、双轴或三轴）和轮组（单轮或双轮）影响的系数；
—与路面结构特性有关的系数。
因为沥青路面、水泥混凝土路面、半刚性路面的结构特性不同，损坏的标准也不同，因而和的取值各不相同。
⑴在沥青路面结构设计中：
①当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时,凡轴载大于25KN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。

式中：—标准轴载的当量轴次，次/日；
—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；
—标准轴载，KN；
—被换算车辆的各级轴载，KN；
—被换算车辆的类型数；
—轴数系数，，是轴数。当轴距大于3m时，按单独的一个轴载计算，当轴距小于3m时，就考虑轴数系数；
—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
②当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)的作用次数，均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。

式中： —轴数系数，；
—轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09。
⑵在水泥混凝土路面结构设计中：
凡是两轴六轮及两轴六轮以上车辆包括前后轴均应换算成标准轴载。对于两轴四轮以下车辆，因其轴载在混凝土板内产生应力很小，引起的疲劳损坏可以忽略不计。

式中：—100kN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；
—单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组成或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重（kN）
— 轴型和轴载级位数；
—各类轴型i级轴载的作用次数，次/d；
—轴-轮型系数，单轴-双轮组，=1；单轴-单轮，=2.22×；
双轴-双轮组，=1.07×；三轴-双轮组，=2.24×
四、分析与计算题
1．参考答案：
①边坡最小稳定性系数＞，该边坡稳定；
② 当=1.25时，最大允许边坡坡度为1：0.37；
③当=1.25时，边坡允许最大高度为。
2．参考答案：
基层顶面的当量回弹模量 MPa
3．参考答案：
①荷载疲劳应力MPa
②温度疲劳应力 MPa
③验证该路面结构能否承受设计基准期内荷载应力和温度应力综合疲劳作用
MPa
因此，该路面结构能够承受设计基准期内荷载应力和温度应力综合疲劳作用。
4．参考答案：
因为：Zs=280-88=192 cm＜220 cm
所以，原地基不承受车辆荷载。
5．参考答案：
据题意：
因 <
故 该路堤稳定，其边坡不会滑动。

计算题汇总
1、根据下图求整个路堑边坡的剩余下滑力， 滑动土体的γ=18.0kN/m3，内摩擦角φ=10°，C＝2kN/m2,安全系数K＝1，滑体分块重量：
Q1＝122.4kN,__ L1=5.7m,__Q2＝472.9kN,__ L2=8.0m,
Q3＝690.2kN,__ L3=9.2m,__Q4＝688.5kN,__ L4=9.2m.

2、两挡土墙高均为5m（见图），土的容重γ=17.5kN/m3，内摩擦角φ=30°,墙背摩擦角δ=20°,试用库仑理论计算墙背AB所受的主动土压力大小、方向、作用点及绘出土压应力图。
__
3、已知某路堑边坡高为8m，边坡坡度为1：0.75，边坡土体为亚粘土，容重为g=17.4kN/m3，土的粘聚力c＝11kPa，内摩擦角为j=24°（tanj=0.45），试分析该路基边坡的稳定性，并指出其最危险的破裂面的位置。
4、图1为某重力式挡土墙横断面：
（1）列出图中所示A、B、C、D、E各部分的名称；
（2）地面横坡的陡缓将影响B和E的形式，请分析一下B和E可能的形式及其适应的地面横坡条件。
5、某挡土墙墙后土压力 Ex=172.7kN，Ey=130.5kN，Zx= 2.3m，Zy= 2.2m ，挡土墙尺寸：顶宽 b1=1.2m，墙高H= 8m ，墙身为等截面，墙背墙面坡度均为1:0.2，基础两侧比墙身各宽出0.2m，基础厚 0.6m ，基底为岩石地基，墙体密度 ρ=22.5kN/m3 ，基底摩擦系数为0.52，验算其抗滑稳定性。
6、某砂类土挖方路基边坡，=27°，=13.90KPa，=16.90KN/m3，H=7.0m，采用边坡1︰0.5。假定。
①验算边坡的稳定性；
②当=1.25时，求允许边坡坡度；
③当=1.25时，求边坡允许最大高度。
7、某砂类土挖方路基边坡，=27°，=13.90KPa，=16.90KN/m3，H=7.0m，采用边坡1︰0.5。假定。
①验算边坡的稳定性；
②当=1.25时，求允许边坡坡度；
③当=1.25时，求边坡允许最大高度。
8、某路段路基填土高度220cm，水泥混凝土路面结构层当量厚度88cm，路基工作区深度280 cm，问原地基是否承受车辆荷载？为什么？
9、某路堤填料，边坡1：1.45，砂类土，判断该路堤是否失稳。
10、某路段为粉性土，土的液限，在最不利季节测得路槽下80cm内分层土的稠度如下：
0.21____0.22____0.23____0.26____0.25____0.22____0.26____0.2
分界相对稠度为：=0.75，=0.65，=0.55， 判断该路基的干湿类型。
11、现测得原公路在最不利季节路槽下80cm内每10cm的含水量分别为0.3__0.3__0.32__0.34__0.34__0.37__0.37__0.38 及，求平均相对含水量。
12、已知某路段是粘性土，Ⅳ，路表距地下水位高度为1.58m，预估路面厚度约为30cm，又得知路表面距地表长期积水高度为0.75m查得有关资料如下：
地下水__ ____
地下水 __ __ __试判断该地段的干湿类型。

计算题答案 （修改过）
1、 参考答案：第四块剩余下滑力116.59kN
2、 参考答案：
左图：破裂角θ=30.08°,主动土压力系数λa=0.3889,主动土压力Ea=85.1kN/m，
右图：破裂角θ=38.4°,主动土压力系数λa=0.2228,主动土压力Ea=48.74kN/m
3、已知某路堑边坡高为8m，边坡坡度为1：0.75，边坡土体为亚粘土，容重为g=17.4kN/m3，土的粘聚力c＝11kPa，内摩擦角为j=24°（tanj=0.45），试分析该路基边坡的稳定性，并指出其最危险的破裂面的位置。h
A
B
C
q
w

1:m

解：按直线滑动面计算。

（因为：）
取，求得Kmin和w0：

cotq=0.75，cscq=1.25，Kmin=1.35

=0.75+0.637=1.387，故w0=35.79，即m=0.72°
最危险破裂面位置的确定利用K的表达式进行求导，得到最危险破裂角ω0，即可确定。
4、图1为某重力式挡土墙横断面：
（1）列出图中所示A、B、C、D、E各部分的名称；
（2）地面横坡的陡缓将影响B和E的形式，请分析一下B和E可能的形式及其适应的地面横坡条件。
答：（1）A：墙顶；B：墙背；C：墙踵；D：墙趾；E墙面。
（2）地面横坡较陡时，墙背宜采用俯斜或垂直，墙面应与之相配合，采用直立或较陡的坡度；地面横坡较缓时，墙背可采用仰斜或垂直，墙面应与之相配合，采用较缓的坡度；
5、某挡土墙墙后土压力 Ex=172.7kN，Ey=130.5kN，Zx= 2.3m，Zy= 2.2m ，挡土墙尺寸：顶宽 b1=1.2m，墙高H= 8m ，墙身为等截面，墙背墙面坡度均为1:0.2，基础两侧比墙身各宽出0.2m，基础厚 0.6m ，基底为岩石地基，墙体密度 ρ=22.5kN/m3 ，基底摩擦系数为0.52，验算其抗滑稳定性。
解：

所以此挡土墙的抗滑稳定性满足要求。
6、某砂类土挖方路基边坡，=27°，=13.90KPa，=16.90KN/m3，H=7.0m，采用边坡1︰0.5。假定。
①验算边坡的稳定性；
②当=1.25时，求允许边坡坡度；
③当=1.25时，求边坡允许最大高度。
解：据题意，砂类土挖方边坡适用于直线滑动面解析法求解。
=27°=0.5095；__； 。__
① 求边坡最小稳定性系数

＞
因此，该边坡稳定。
② 当=1.25时，求最大允许边坡坡度

经整理得：
解得：， 取
因此：当=1.25时，求最大允许边坡坡度为1：0.37。
③当=1.25时，求边坡允许最大高度

经整理得：
解得：____，
由：______
得：______
因此:____当=1.25时，边坡允许最大高度为。
7、某砂类土挖方路基边坡，=27°，=13.90KPa，=16.90KN/m3，H=7.0m，采用边坡1︰0.5。假定。
①验算边坡的稳定性；
②当=1.25时，求允许边坡坡度；
③当=1.25时，求边坡允许最大高度。
参考答案：
①边坡最小稳定性系数＞，该边坡稳定；
② 当=1.25时，最大允许边坡坡度为1：0.37；
③当=1.25时，边坡允许最大高度为。
8、参考答案：
因为：Zs=280-88=192 cm＜220 cm
所以，原地基不承受车辆荷载。
9、参考答案：
据题意：__
因____<
故____该路堤稳定，其边坡不会滑动。
10、参考答案：某路段为粉性土，土的液限，在最不利季节测得路槽下80cm内分层土的稠度如下：
0.21____0.22____0.23____0.26____0.25____0.22____0.26____0.2
分界相对稠度为：=0.75，=0.65，=0.55
判断该路基的干湿类型。
解：=（0.21+0.22+0.23+0.26+0.25+0.22+0.26+0.20）/8*0.4 =0.58
>>所以该路段属于中湿类型。
11、参考答案：
现测得原公路在最不利季节路槽下80cm内每10cm的含水量分别为0.3__0.3__0.32__0.34__0.34__0.37__0.37__0.38 及，求平均相对含水量。
解：=（0.3+0.3+0.32+0.34+0.34+0.37+0.37+0.38）/ 8 =0.34
______ ==0.34/0.39=0.87
12、参考答案：
已知某路段是粘性土，Ⅳ，路表距地下水位高度为1.58m，预估路面厚度约为30cm，又得知路表面距地表长期积水高度为0.75m查得有关资料如下：
地下水____________
地下水 __ __ __试判断该地段的干湿类型。
解:首先按路槽底距地下水位的高度判断：路槽地距地下水位的高度H为1.58-0.3=1.28m,H＞H＞H,故属于中湿状态。其次按路槽地距地表长期积水位判断：路槽底距地表长期积水位高度为0.75-0.30=0.45m, H＞H＞H,故属于潮湿状态。最后判断：此地段的路基属于潮湿状态。

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