重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算方法及系统

本发明属于道路工程，具体涉及一种重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算方法及系统。

背景技术：

1、由于透水路面具有能够减少城市内涝灾害、补充地下水、改善城市热岛效应等功能，是实现“海绵城市”建设的重要基础设施。碎石粒料层作为全透水路面的重要组成结构，不仅为上部结构提供了良好支撑，还需要具备较强的储、透水能力，其性能优劣直接影响透水路面的服务水平与服役周期。在降雨或洒水后，水分进入到碎石粒料层，含水率增大；一段时间后，水分排出或下渗，含水率降低；如此往复，服役期内的碎石粒料层含水量动态变化，而含水率对碎石粒料层的变形行为影响显著。此时，碎石粒料层的变形行为受到重复荷载和透水共同作用，使其与特定含水条件下碎石粒料层的变形行为不同。

2、碎石粒料在重复荷载作用下产生累积塑性变形，含水率变化时，其累积塑性变形也随之发生变化。当前研究在分析含水率对塑性变形的影响时，将含水率视为固定参数，而实际工况下透水路面内部碎石粒料层的含水率是动态变化的，且透水的次数和透水时长或多或少也会对碎石粒料的结构特性产生影响，进而影响碎石粒料层的累积塑性变形特征，但目前研究中并未对此进行考虑。

3、透水路面中碎石粒料层处于重复荷载和透水共同作用的工况较多，荷载与透水以顺序、交叉、并行等多种方式作用于碎石粒料层，不同工况下碎石粒料层的累积塑性变形规律各有其特点。针对透水路面中碎石粒料的工况，将重复荷载与透水的作用进行分析归纳，其中，透水与重复荷载同时作用是最具有代表性的工况，对应边洒水或降雨边通车的状况。

4、针对透水路面服役期间重复行车荷载与透水同时作用的典型工况，研究透水与重复荷载作用下碎石粒料的变形特征，能够更好地掌控碎石粒料在复杂工况下的力学响应，从而优化透水路面的碎石粒料层结构设计和施工。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算方法及系统，考虑了透水作用对塑性变形的影响，能够预估碎石粒料在不同荷载条件和透水条件下碎石粒料的塑性应变，为碎石粒料在透水路面中的力学性能分析、级配优化、结构层设计和施工提供依据。

2、为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

3、第一方面，提供一种重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算方法，包括：

4、对待测碎石粒料进行若干次透水与重复荷载试验，获取总塑性应变εp；

5、按照透水次数设定模型拟合的阶段数；第一阶段塑性应变εp1采用幂函数模型对透水与重复荷载同时作用下的塑性应变曲线进行拟合得到，再在总塑性应变εp中扣除第一阶段塑性应变εp1，将得到的残余塑性应变εpr采用sigmoidal logistic模型进行拟合，得到第二阶段塑性应变εp2；按照第二阶段塑性应变εp2获取方式依次类推，得到后续第n阶段塑性应变εpn；

6、通过拟合回归获得全部阶段的模型参数，并将全部阶段的模型进行线性叠加，得到透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型，利用透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型，计算出待测碎石粒料重复荷载与透水同时作用下的塑性变形。

7、作为一种优选的方案，在所述对待测碎石粒料进行若干次透水与重复荷载试验，获取总塑性应变εp的步骤中，透水次数决定了同时作用的阶段数，每一个阶段的重复荷载作用次数为20000次以上，荷载强度为80kpa～320kpa，透水时长根据不同地区的降雨量、降水时长及入渗量确定。

8、作为一种优选的方案，所述残余塑性应变εpr按照如下计算表达式进行求解：

9、εpr＝εp-εp1＝εp-anb

10、式中：εp为总塑性应变，等于第n次加载时塑性应变累计值；

11、εp1为第一阶段塑性应变；εpr为残余塑性应变；

12、a和b为塑性应变模型参数。

13、作为一种优选的方案，所述sigmoidal logistic模型的表达式如下：

14、

15、式中，c、k、xc均为sigmoidal logistic模型参数。

16、作为一种优选的方案，所述将全部阶段的模型进行线性叠加，得到透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型的表达式如下：

17、

18、式中，ci、ki、xci为第i阶段的sigmoidal logistic模型参数，n为透水作用次数。

19、作为一种优选的方案，所述透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型考虑荷载强度时，对幂函数模型的参数a和b进行修正，其中a＝f1(σd,t,n)、b＝f2(σd,t，n)，ci＝f3(t，n)、ki＝f4(t，n)、xci＝f5(t，n)，式中t为透水作用时长，n为透水作用次数，σd为轴向荷载偏应力。

20、第二方面，提供一种重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算系统，包括：

21、总塑性应变获取模块，用于对待测碎石粒料进行若干次透水与重复荷载试验，获取总塑性应变εp；

22、多阶段模型拟合模块，用于按照透水次数设定模型拟合的阶段数；第一阶段塑性应变εp1采用幂函数模型对透水与重复荷载同时作用下的塑性应变曲线进行拟合得到，再在总塑性应变εp中扣除第一阶段塑性应变εp1，将得到的残余塑性应变εpr采用sigmoidallogistic模型进行拟合，得到第二阶段塑性应变εp2；按照第二阶段塑性应变εp2获取方式依次类推，得到后续第n阶段塑性应变εpn；

23、模型叠加模块，用于通过拟合回归获得全部阶段的模型参数，并将全部阶段的模型进行线性叠加，得到透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型，利用透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型，计算出待测碎石粒料重复荷载与透水同时作用下的塑性变形。

24、第三方面，提供一种电子设备，包括：存储器，存储至少一个指令；及处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现所述重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算方法。

25、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述重复荷载与透水同时作用下粒料塑性变形计算方法。

26、相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

27、本发明方法从碎石粒料在重复荷载下的塑性应变特点入手，结合透水作用对碎石粒料结构特性与弹塑性变形的影响，考虑了透水时长和透水次数与重复荷载作用组合形成的多种工况，在重复荷载作用下碎石粒料的塑性应变计算模型中引入透水作用参数，建立了透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型，通过透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型，可预估碎石粒料在不同荷载条件和透水条件下碎石粒料的塑性应变，为碎石粒料在透水路面中的力学性能分析、级配优化、结构层设计和施工提供依据。本发明透水与重复荷载同时作用下的碎石粒料塑性应变计算模型考虑因素丰富、模型适应性广泛、思路清晰、可操作性性强、实用性能高，对于计算复杂状况下碎石粒料的塑性变形具有较高的实用价值，能够为掌控碎石粒料在复杂状况下的服役性能研究提供理论依据。