季节性冻土地区路基稳定性评价方法、装置、介质及电子设备与流程

1.本发明涉及岩土和路基工程技术领域，特别是涉及季节性冻土地区路基稳定性评价方法、装置、介质及电子设备。


背景技术：

2.土温低于0℃时，土中水部分冻结成冰的现象。此时土体积膨胀，产生土的冻胀。中国东北和西北有广大的季节性冻土地区，在大小兴安岭北部、青藏高原以及天山和阿尔泰山地区还有面积约185～190万平方公里的永冻土区，如何评价和处理冻土带来的冻害，确保路基的长期服役性能是不可避免的关键问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种季节性冻土地区路基稳定性评价方法、装置、介质及电子设备，其考虑了冻融和动荷载的耦合，更接近现场工况，从而更加适于实用。
4.为了达到上述第一个目的，本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法的技术方案如下：
5.本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法包括以下步骤：
6.获取现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据；
7.根据所述现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据，采集示意图所需的试验参数；
8.根据所述所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图；
9.根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到所述动回弹模量与所述累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
10.本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法还可采用以下技术措施进一步实现。
11.作为优选，所述根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到所述动回弹模量与所述累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价具体包括以下步骤：
12.根据所述动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到动回弹模量相对于累积塑性应变的关系示意图；
13.根据动回弹模量相对于累积塑性应变的关系示意图，得到拟合曲线；
14.根据所述拟合曲线，得到动回弹模量与所述累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
15.作为优选，所述根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到所述动回弹模量与所述累积塑性应变之间的函
数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价具体包括以下步骤：
16.根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图，拟合得到动回弹模量相对于冻融循环次数之间的函数关系式；
17.根据计塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，拟合得到塑性应变相对于冻融循环次数之间的函数关系式；
18.根据所述动回弹模量相对于冻融循环次数之间的函数关系式、塑性应变相对于冻融循环次数之间的函数关系式，得到所述动回弹模量与所述累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
19.作为优选，所述根据所述现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据，得到所需的试验参数的步骤过程中，所述所需的试验参数包括冻融循环次数、围压、动应力、加载频率、初始含水率、初始压实度。
20.作为优选，根据所述所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的步骤过程中，所述动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图的横坐标为冻融循环次数，所述动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图的纵坐标为动回弹模量，所述动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图包括在设定的偏应力条件下的散点图，以及根据所述设定的偏应力条件下的散点图拟合得到的曲线图。
21.作为优选，根据所述所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的步骤过程中，所述累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的横坐标为冻融循环次数，所述累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的纵坐标为累积塑性应变，所述累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图包括在设定的围压条件下的散点图，以及根据所述设定的围压条件下的散点图拟合得到的曲线图。
22.作为优选，所述获取现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据的步骤过程中，针对所述现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验按照无补水或者补水工况进行。
23.为了达到上述第二个目的，本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价装置的技术方案如下：
24.本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价装置包括：
25.试验数据获取单元，用于获取现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据；
26.试验参数采集单元，用于根据所述现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据，得到所需的试验参数；
27.示意图绘制单元，用于根据所述所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图；
28.函数拟合及评价单元，用于根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到所述动回弹模量与所述累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
29.为了达到上述第三个目的，本发明提供的计算机可读存储介质的技术方案如下：
30.本发明提供的计算机可读存储介质上存储有季节性冻土地区路基稳定性评价程序，所述季节性冻土地区路基稳定性评价程序在被处理器执行时，实现本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法的步骤。
31.为了达到上述第四个目的，本发明提供的电子设备的技术方案如下：
32.本发明提供的电子设备包括室内循环动三轴试验装置、存储器和处理器，
33.所述室内循环动三轴试验装置用于现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验；
34.所述存储器上存储有季节性冻土地区路基稳定性评价程序；
35.所述季节性冻土地区路基稳定性评价程序在被处理器执行时，实现本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法的步骤。
36.本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法、装置、介质和电子设备现场取样后，可通过室内试验获得路基在长期冻融和车辆动荷载作用下的劣化效果；冻融试验可采用补水工况，试验结果更接近地下水位较浅时的工程；考虑了冻融和动荷载的耦合，比传统的冻融试验和动荷载试验更接近现场工况；试验周期短，操作简单，且试验数据与季冻区路基工况相一致，耦合试验适用性广，数据可信度高。
附图说明
37.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
38.附图1为本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法的步骤流程图；
39.附图2为本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法涉及的动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图；
40.附图3为本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法涉及的累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图；
41.附图4为本发明实施提供的季节性冻土地区路基稳定性评价装置中各功能模块之间的信号流向关系示意图；
42.附图5为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备结构示意图；
43.附图标记说明：
44.σ
d-室内循环动三轴试验时，待测试样受到的偏应力；
45.σ
3-室内循环动三轴试验时，向待测试样施加的围压；
46.σd＝σ
1-σ3，
47.其中，
48.σ
1-室内循环动三轴试验时，向待测试样施加的轴向应力。
具体实施方式
49.有鉴于此，本发明提供了一种季节性冻土地区路基稳定性评价方法、装置、介质及
电子设备，其考虑了冻融和动荷载的耦合，更接近现场工况，从而更加适于实用。
50.发明人经过艰苦卓绝的努力，发现，在季节性冻土区，服役期内的公路路基长期受到上覆车辆的动荷载，同时每年至少经历一次冻融循环。虽然土体冻结后土颗粒间的粘结变强，抗剪强度暂时显著增大，但融化后土体会发生融沉和力学性质的衰减。冻胀、融沉变形等将导致路基不均匀变形过大、路面起伏不平，甚至路面翻浆、护坡面板鼓胀破裂等病害，严重影响路基工程的服役寿命，增大后期维修费用。而对于路基的稳定性评价，动回弹模量和累积塑性应变是两个最为重要的指标。动回弹模量反应的是路基在弹性阶段内，抵抗竖向变形的能力，是最能反应路基强度和稳定性的指标；累积塑性应变则代表路基在长期车辆动荷载作用下，发生的累积塑性变形。这两个指标都能准确的反应出路基在长期车辆荷载作用下的性能。
51.在季节性冻土区路基，其不仅受到每年季节变化带来的土体冻融，同时还受到日复一日的车辆动荷载，实际上，正常服役状态下的路基会同时受到以上两者的共同影响，在冻融和动荷载的共同作用下，路基填料会发生一定程度的劣化，导致路基动回弹模量降低，累积塑性应变增加。而如何合理的评价这一现象，实现两者的耦合作用，是目前季节性冻土区路基亟待解决的重要问题。对此，可通过特定的冻融试验装置，将经历过冻融循环后的试样再进行动三轴试验，实现两者的耦合，通过参数的选择，去模拟实际工程状态，对得到的动回弹模量及累积塑性应变进行公式拟合，可精确的对季节性冰冻地区的路基稳定性进行评价。
52.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种季节性冻土地区路基稳定性评价方法、装置、介质及电子设备，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
53.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，具体的理解为：可以同时包含有a与b，可以单独存在a，也可以单独存在b，能够具备上述三种任一种情况。
54.季节性冻土地区路基稳定性评价方法实施例
55.参见附图1-附图3，本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法包括以下步骤：
56.步骤s1：获取现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据；
57.步骤s2：根据现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据，采集示意图所需的试验参数；
58.步骤s3：根据所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图；
59.步骤s4：根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
60.本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法现场取样后，可通过室内试验获得路基在长期冻融和车辆动荷载作用下的劣化效果；冻融试验可采用补水工况，试验结果更接近地下水位较浅时的工程；考虑了冻融和动荷载的耦合，比传统的冻融试验
和动荷载试验更接近现场工况；试验周期短，操作简单，且试验数据与季冻区路基工况相一致，耦合试验适用性广，数据可信度高。
61.其中，步骤s4在根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的步骤，以及，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价的步骤之间，还包括以下步骤：步骤s4’：根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系式。在这种情况下，不仅仅采用单一维度的数量关系，还进行了动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系的扩展，能够更多维度地了解各数据彼此之间的关系。
62.其中，步骤s4’根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价具体包括以下步骤：
63.步骤s411：根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到动回弹模量相对于累积塑性应变的关系示意图；具体而言，在这种情况下，由于动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的横坐标均为冻融循环次数，以冻融循环次数2为例，在图2动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图中，以冻融循环次数2为垂足画一垂线，该垂线与附图2中各曲线分别具有1个交点，分别为a、b、c、d，分别以交点a、b、c、d向纵坐标做垂线，与纵坐标的交点分别为a、b、c、d，该a、b、c、d的读数即为各曲线对应的动回弹模量的数值，本实施例中，a的读数约为35mpa，b的读数约为26mpa，c的读数约为28mpa，d的读数约为23mpa；在图3累积塑形应变相对于冻融循环次数的关系示意图中，以冻融循环次数2为垂足画一垂线，该垂线与附图3中各曲线分别具有1个交点，分别为m、n、p，分别以交点m、n、p向纵坐标做垂线，与纵坐标的交点分别为m、n、p，该m、n、p的读数即为各曲线对应的累积塑性应变数值，本实施例中，m的读数约为0.9％，n的读数约为0.62％，p的读数约为0.36％。在这种情况下，可以依次描出冻融循环次数分别为3次、4次、5次，更多次时动回弹模量数值、累积塑形应变的数值，在此基础上，将动回弹模量数值、累积塑形应变的数值的各约束条件赋予动回弹模量数值相对于累积塑形应变之间的关系示意图，即可得到在相应约束条件下的动回弹模量数值相对于累积塑形应变之间的曲线图，此时，由于各曲线图的制图方式和原理相同，因此，能够消除系统误差，因此，能够得到更多维度的数据关系，使得数据分析结果更加多元化。步骤s412：根据动回弹模量相对于累积塑性应变的关系示意图，得到拟合曲线；
64.步骤s413：根据拟合曲线，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
65.在这种情况下，本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法在动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的基础上，以冻融循环次数为媒介，得到动回弹模量相对于累积塑性应变的关系示意图，再进行曲线拟合，思路简捷，实现方便。
66.其中，步骤s4’根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价具体包括以下步骤：
67.步骤s421：根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图，拟合得到动回弹模量相对于冻融循环次数之间的函数关系式x＝f(y1)，式中，x表示冻融循环次数，y1表示动回弹模量，相关约束条件，详见附图2；
68.步骤s422：根据计塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，拟合得到塑性应变相对于冻融循环次数之间的函数关系式x＝f(y2)，式中，x表示冻融循环次数，y2表示累积塑性应变，相关约束条件详见附图3；
69.步骤s423：根据动回弹模量相对于冻融循环次数之间的函数关系式x＝f(y1)、塑性应变相对于冻融循环次数之间的函数关系式x＝f(y2)，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系式f(y1)＝f(y2)，约束条件包括附图2、附图3的全部约束条件，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。此时，由于该关系时在得出时，各关系式的约束条件相同，因此，能够消除系统误差。因此，能够得到更多维度的数据关系，使得数据分析结果更加多元化。
70.在这种情况下，根据动回弹模量相对于冻融循环次数之间的函数关系式、塑性应变相对于冻融循环次数之间的函数关系式，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系式，对曲线拟合要求更低。
71.其中，根据现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据，得到所需的试验参数的步骤过程中，所需的试验参数包括冻融循环次数、围压、动应力、加载频率、初始含水率、初始压实度。
72.其中，根据所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的步骤过程中，动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图的横坐标为冻融循环次数，动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图的纵坐标为动回弹模量，动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图包括在设定的偏应力条件下的散点图，以及根据设定的偏应力条件下的散点图拟合得到的曲线图。本实施例中，室内循环动三轴试验时，待测试样受到的偏应力分别为20kpa、30kpa、40kpa、50kpa，因此，能够绘制得到4条根据设定的偏应力条件下的散点图拟合得到的曲线图，参见附图2。
73.其中，根据所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的步骤过程中，累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的横坐标为冻融循环次数，累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图的纵坐标为累积塑性应变，累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图包括在设定的围压条件下的散点图，以及根据设定的围压条件下的散点图拟合得到的曲线图。本实施例中，室内循环动三轴试验时，向待测试样施加的围压分别为20kpa、30kpa、40kpa，因此，能够绘制得到3条根据设定的围压条件下的散点图拟合得到的曲线图，参见附图3。
74.其中，获取现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据的步骤过程中，针对现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验按照无补水或者补水工况进行。在这种情况下，由于考虑的工况更加准确，对季节性冻土地区路基稳定性评价方法更加精确。
75.季节性冻土地区路基稳定性评价装置实施例
76.参见附图4，本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价装置包括：
77.试验数据获取单元，用于获取现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据；
78.试验参数采集单元，用于根据现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验数据，得到所需的试验参数；
79.示意图绘制单元，用于根据所需的试验参数，在坐标系上，分别得动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图；
80.函数拟合及评价单元，用于根据动回弹模量相对于冻融循环次数的关系示意图、累积塑性应变相对于冻融循环次数的关系示意图，得到动回弹模量与累积塑性应变之间的函数关系式，对季节性冻土地区路基稳定性进行评价。
81.本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价装置现场取样后，可通过室内试验获得路基在长期冻融和车辆动荷载作用下的劣化效果；冻融试验可采用补水工况，试验结果更接近地下水位较浅时的工程；考虑了冻融和动荷载的耦合，比传统的冻融试验和动荷载试验更接近现场工况；试验周期短，操作简单，且试验数据与季冻区路基工况相一致，耦合试验适用性广，数据可信度高。
82.计算机可读存储介质实施例
83.本发明实施例提供的计算机可读存储介质上存储有季节性冻土地区路基稳定性评价程序，季节性冻土地区路基稳定性评价程序在被处理器执行时，实现本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法的步骤。
84.本发明实施例提供的计算机可读存储介质现场取样后，可通过室内试验获得路基在长期冻融和车辆动荷载作用下的劣化效果；冻融试验可采用补水工况，试验结果更接近地下水位较浅时的工程；考虑了冻融和动荷载的耦合，比传统的冻融试验和动荷载试验更接近现场工况；试验周期短，操作简单，且试验数据与季冻区路基工况相一致，耦合试验适用性广，数据可信度高。
85.电子设备实施例
86.本发明提供的电子设备包括室内循环动三轴试验装置、存储器和处理器，
87.室内循环动三轴试验装置用于现场路基填土冻融试样的室内循环动三轴试验；
88.存储器上存储有季节性冻土地区路基稳定性评价程序；
89.季节性冻土地区路基稳定性评价程序在被处理器执行时，实现本发明提供的季节性冻土地区路基稳定性评价方法的步骤。
90.本发明实施例提供的电子设备现场取样后，可通过室内试验获得路基在长期冻融和车辆动荷载作用下的劣化效果；冻融试验可采用补水工况，试验结果更接近地下水位较浅时的工程；考虑了冻融和动荷载的耦合，比传统的冻融试验和动荷载试验更接近现场工况；试验周期短，操作简单，且试验数据与季冻区路基工况相一致，耦合试验适用性广，数据可信度高。
91.其中，参照图5，图5为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备结构示意图。
92.如图5所示，该季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器central processing unit，cpu，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口
1003可以包括显示屏display、输入单元比如键盘keyboard，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口如无线保真wireless-fidelity，wi-fi接口。存储器1005可以是高速的随机存取存储器random access memory，ram存储器，也可以是稳定的非易失性存储器non-volatile memory，nvm，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
93.本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
94.如图5所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及季节性冻土地区路基稳定性评价的运行程序。
95.在图5所示的季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备中，季节性冻土地区路基稳定性评价的运行设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的季节性冻土地区路基稳定性评价的运行程序，并执行本发明实施例提供的季节性冻土地区路基稳定性评价的运行方法。
96.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
97.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。