4　超载对路基动力响应影响分析

4.1　位移云图对比分析

图3～图5为满载、超载20%和超载40%工况下路基沉降位移变形云图，从图3～图5可以看出，超载（20%、40%）时，路基整体的变形相对满载下的路基变形要大得多，满载工况下位移变形最大处位于路中心区域，而超载下的位移最大处发生在道路临近边坡处，横向3～4m距离以内。在车辆超载时，路基顶部位移最大处位于右车轮载外缘。同时，随着超载增加，云图显示靠近边坡处的沉降位移比满载下大得多，应力向路基边坡中部发生了明显的扩散。

图3　满载下路基沉降位移变形云图

图4　超载（20%）路基沉降位移变形云图

图5　超载（40%）路基沉降位移变形云图

4.2　竖向动位移、动应力峰值对比分析

表4是路基不同深度处竖向动位移峰值，图6和图7为竖向动位移峰值在路基深度处的分布情况。从表4与图6、图7可以看出，超载40%工况下，路基不同深度处竖向动位移峰值大于满载与超载20%下的竖向动位移峰值。超载20%和超载40%下的竖向动位移峰值相近，仅相差2mm，约是满载下的6倍。

表4　超载（20%、40%）时，路基不同深度处竖向动位移峰值

图6　竖向动位移峰值随深度变化

图7　竖向动位移峰值随载重变化

图8和图9为竖向动应力峰值随深度和载重的变化。从图9可以看出，荷载越大，各分层处竖向动应力峰值越大。0.3m深度以内，从满载到超载20%，不同深度处竖向动应力的峰值增幅较大，随着荷载继续增加，竖向动应力峰值增幅较前者在减小。对比满载，超载（20%）下的各分层处竖向动应力峰值约是其2.3倍。

图8　竖向动应力峰值随深度的变化

图9　竖向动应力峰值随载重的变化

路基不同深度处竖向动应力峰值的变化范围是13.06～71.8kPa，换填区以下底面（6.9m）处土体自重应力为128.544kPa，此深度交通荷载竖向动应力峰值为13.06kPa，占比为10.2%，根据《路基路面工程》路基工作区的定义[11]，可以认为超载20%，车辆行驶速度为40km/h时，动力响应影响深度为6.9m，该深度已经超过换填区，并且远远大于标准轴载作用下的动力响应影响深度1.9m。

4.3　路面结构层底弯拉应力峰值对比分析

表5为面层与基层层底弯拉应力峰值表，图10为路面结构层层底弯拉应力与超载的关系。从表5和图10可以看出，随着载重增加，面层与基层弯拉应力显著增加。超载40%时，面层层底弯拉应力的最大值是11.37×105Pa，是满载下的2.2～2.37倍，基层层底最大弯拉应力为9.43×105Pa，是满载下的4～4.7倍。因此可以判断，车辆超载是引起面层与基层早期结构性破坏的主要原因之一。

表5　面层与基层层底弯拉应力峰值表　单位：105Pa

图10　路面结构层层底弯拉应力随载重的变化