路基路面工程第2章行車荷載、環(huán)境因素與土基的承載能力6

1、2022-6-6上節(jié)內(nèi)容回顧：1. 道路工程的發(fā)展概況路基路面工程的科研成果；2. 路基路面的功能和要求： (a)強(qiáng)度和剛度 抵抗荷載作用下產(chǎn)生的各種應(yīng)力和長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生的變形； (b)足夠的穩(wěn)定性； (c)耐久性； (d)表面平整性；(e)表面抗滑性.3. 影響路基路面穩(wěn)定性因素 (a)自然因素(地質(zhì)和地理?xiàng)l件，氣候條件，水文及水文地質(zhì)，土的類別和強(qiáng)度) (b)人為 因素(荷載作用，路基路面結(jié)構(gòu)，施工方法與質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)措施)4. 路基土的分類及工程性質(zhì)(根據(jù)塑性指標(biāo)、顆粒組成、有機(jī)質(zhì)含量分為：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土、特殊土)5.公路自然區(qū)劃一級(jí)自然區(qū)劃：根據(jù)地理、地貌、氣候、土質(zhì)等因素劃分

2、為7個(gè)區(qū)；二級(jí)自然區(qū)劃：以氣候和地形為主導(dǎo)因素，以潮濕系數(shù)為主要標(biāo)志體系；三級(jí)自然區(qū)劃：以行政區(qū)域作為界限，有兩種區(qū)劃方法：按照地貌、水文和土類劃分；按照水熱、地理和地貌劃分。2022-6-66. 路基的水溫狀況和干濕類型(分界稠度)7. 路面結(jié)構(gòu)及層次劃分(對(duì)面層、基層、墊層的要求)8. 路面等級(jí)與分類 路面等級(jí)：高級(jí)、次高級(jí)、中級(jí)、低級(jí)； 路面分類：柔性路面、剛性路面、半剛性路面.2022-6-6第第2 2章章 行車荷載、環(huán)境因素行車荷載、環(huán)境因素 與土基的承載能力與土基的承載能力路基路面工程路基路面工程參考教材：路基路面工程，主編：鄧學(xué)鈞，人民交通出版社，參考教材：路基路面工程，主編：鄧

3、學(xué)鈞，人民交通出版社，20052022-6-6本章主要介紹道路上行車荷載的特點(diǎn)、道路交通分析、環(huán)境因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響、土基的力學(xué)強(qiáng)度特性與承載能力等基礎(chǔ)知識(shí)。2.1行車荷載行車荷載2.2交通分析交通分析2.3環(huán)境因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響環(huán)境因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響2.4土基的力學(xué)強(qiáng)度特性土基的力學(xué)強(qiáng)度特性2.5土基的承載能力土基的承載能力2.6路基的變形、破壞及防治路基的變形、破壞及防治2.7 路面材料的力學(xué)特性（選學(xué)）路面材料的力學(xué)特性（選學(xué)）2022-6-62.1 行車荷載行車荷載2.1.1車輛種類車輛種類注：注：1）貨車總的發(fā)展趨向是向大噸位發(fā)展（集裝箱，）貨車總的發(fā)展趨向是向大噸位發(fā)展（集裝

4、箱，40-50噸）噸）2）汽車的總重量通過(guò)車軸與車輪傳遞給路面，所以路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)）汽車的總重量通過(guò)車軸與車輪傳遞給路面，所以路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要以軸重作為荷載標(biāo)準(zhǔn)，主要以軸重作為荷載標(biāo)準(zhǔn)，3）在設(shè)計(jì)時(shí)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要考慮重型車）在設(shè)計(jì)時(shí)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要考慮重型車路面表面特性路面表面特性(平整性，抗滑性平整性，抗滑性)：以小汽車為主要對(duì)象。：以小汽車為主要對(duì)象。 客車客車小客車小客車自重和滿載重量小，車速高，自重和滿載重量小，車速高，120km/h中客車中客車620個(gè)座位個(gè)座位大客車大客車20個(gè)座位以上，長(zhǎng)途客運(yùn)和城市公共交通個(gè)座位以上，長(zhǎng)途客運(yùn)和城市公共交通貨車貨車整車整車貨箱與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一體

5、。貨箱與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一體。牽引式掛車牽引式掛車牽引車與掛車分離，牽引車提供動(dòng)力，牽引牽引車與掛車分離，牽引車提供動(dòng)力，牽引后掛的拖車后掛的拖車牽引式半掛車牽引式半掛車牽引車與掛車分離，鉸接，牽引車的后軸也牽引車與掛車分離，鉸接，牽引車的后軸也擔(dān)負(fù)部分貨車的重量擔(dān)負(fù)部分貨車的重量2022-6-6對(duì)于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，主要考慮汽車的軸重。由于軸重的大小直接關(guān)系到路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為了統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和便于交通管理，各個(gè)國(guó)家對(duì)于軸重的最大限度均有明確的規(guī)定。據(jù)國(guó)際道路聯(lián)合會(huì)1989年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在141個(gè)成員國(guó)和地區(qū)中，軸限最大的為140KN，近40%執(zhí)行100KN軸限。我國(guó)公路與城市道

6、路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100KN作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重。通常認(rèn)為我國(guó)的道路車輛軸限為100KN。2.1.2 2.1.2 汽車的軸型汽車的軸型2022-6-61）定義：汽車對(duì)道路的作用可分為停駐狀態(tài)和行駛狀態(tài)。當(dāng)汽車處于停駐狀態(tài)下，對(duì)路面的作用力為靜態(tài)壓力，主要是由輪胎傳給路面的垂直壓力p，其大小主要取決于車輪的總重。2）影響因素：a、汽車輪胎的內(nèi)壓力pi。b、輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀。c、輪載的大小。貨車輪胎的標(biāo)準(zhǔn)靜內(nèi)壓力pi一般在0.40.7MPa范圍內(nèi)。2.1.3 2.1.3 汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力( (接觸壓力接觸壓力) )2022-6-63）接觸壓力：a、通常停駐時(shí)接

7、觸壓力p約為(0.80.9) pib、行駛溫度內(nèi)壓力 p約(0.91.1) pic、輪胎新舊、接觸面形狀、輪胎的花紋影響接觸壓力的分布，一般接觸面上的壓力分布是不均勻的。在路面設(shè)計(jì)中，通常忽略上述因素的影響，認(rèn)為p=pi，并假定在接觸面上，壓力是均勻分布的。2.1.3 2.1.3 汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力( (接觸壓力接觸壓力) )2022-6-64）荷載圖式：汽車輪胎與路面接觸形狀近似于橢圓(長(zhǎng)短軸差別不大)，其面積稱為輪跡面積。在路面設(shè)計(jì)中，將其換算為等面積的當(dāng)量圓 (輪跡當(dāng)量圓，相應(yīng)的面積則稱為輪跡當(dāng)量圓面積)，并將車輪荷載簡(jiǎn)化為圓形均布荷載。2022-6-6對(duì)于單輪組車

8、軸：當(dāng)量圓半徑計(jì)算： 對(duì)于雙輪組車軸：每一側(cè)雙輪用一個(gè)圓表示，稱為單圓荷載：每一側(cè)雙輪用兩個(gè)圓表示，稱為雙圓荷載：注：P作用在車輪上的荷載，kN。2022-6-6動(dòng)載特性汽車在道路上行駛，由于車身本身的振動(dòng)和路面的不平整，車輪實(shí)際上是以一定的頻率和振幅在路面上跳躍前進(jìn)，作用在路面上的輪載也呈時(shí)大時(shí)小的波動(dòng)形式。（水平力、振動(dòng)力）（瞬時(shí)性、重復(fù)性） 2.1.4 2.1.4 汽車對(duì)道路的動(dòng)力作用汽車對(duì)道路的動(dòng)力作用中等平整度路面，車速60km/h，輪胎著地長(zhǎng)23cm通過(guò)時(shí)間0.0138s2022-6-61 1）汽車對(duì)道路的水平力作用）汽車對(duì)道路的水平力作用汽車運(yùn)動(dòng)形式不同，產(chǎn)生的水平力的大小和方向

9、也不同。上坡和加速汽車對(duì)路面產(chǎn)生向后的水平力；下坡制動(dòng)及減速產(chǎn)生向前的水平力；在彎道上行駛產(chǎn)生側(cè)向水平力；直線等速運(yùn)動(dòng)克服各種阻力而對(duì)路面施加一定的水平力。 后果：水平力易使路面產(chǎn)生波浪、擁包、推擠等損壞，要求面層材料有足夠的抗剪強(qiáng)度城市道路大?。号c垂直壓力P、輪與路面附著系數(shù)有關(guān)qmaxp2022-6-62 2）汽車對(duì)道路的振動(dòng)力作用）汽車對(duì)道路的振動(dòng)力作用a、輪載振動(dòng)力可近似地看作為呈正態(tài)分布，其變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)離差/輪載靜載)影響因素：行車速度：車速越高，變異系數(shù)越大；路面的平整度：平整度越差，變異系數(shù)越大；車輛的振動(dòng)特性：輪胎剛度，減振裝置效果。 正常情況下，變異系數(shù)一般均小于0.3。b

10、、沖擊系數(shù)：振動(dòng)輪載的最大峰值與靜載之比。在較平整的路面上，行車速度不超過(guò)50km/h時(shí)，沖擊系數(shù)不超過(guò)1.30。路面設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)要計(jì)入沖擊系數(shù)的影響。以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。2022-6-63 3）動(dòng)荷載的其它影響）動(dòng)荷載的其它影響瞬時(shí)性：作用時(shí)間0.010.10S左右行車速度由3.2km/h提高到56km/h，瀝青路面的總彎沉減少36%；當(dāng)行車速度由3.2km/h提高到96.7km/h，水泥混凝土路面的板角撓度和板邊應(yīng)變量減少29%左右。動(dòng)荷載作用時(shí)間短暫，應(yīng)力來(lái)不及傳遞到較深的土層，路面變形量減小；可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對(duì)提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對(duì)提高。重復(fù)作用：材料的

11、疲勞/彈塑性材料變形的累積路面設(shè)計(jì)，不僅要重視軸重靜力與動(dòng)力的量值，道路通行的各類軸載的累積作用次數(shù)也是路面設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。2022-6-62.2.1交通量：定義：一定時(shí)間間隔內(nèi)各類車輛通過(guò)某一道路橫斷面的數(shù)量。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要求收集交通總量，還必須區(qū)分不同的車型。交通量觀測(cè)調(diào)查：1、直接觀測(cè)：分車型2、軸載譜調(diào)查：交通量年平均增長(zhǎng)率根據(jù)長(zhǎng)期交通觀測(cè)資料得到，設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量Ne： N1為設(shè)計(jì)初始年平均日交通量；Nt=N1(1+)t-12.2 2.2 交通分析交通分析 注：注：Ne乘以方向系數(shù)和車道系數(shù)后即可得到車道交通量。乘以方向系數(shù)和車道系數(shù)后即可得到車道交通量。方向系數(shù)：一個(gè)

12、行車方向的交通量與行車道交通量的比例。方向系數(shù)：一個(gè)行車方向的交通量與行車道交通量的比例。2022-6-61)軸載組成/軸載譜 不同重量的軸載給路面結(jié)構(gòu)帶來(lái)的損傷程度是不同的各級(jí)軸載所占的比例即為軸載組成/譜。 由交通量調(diào)查得到的各類車輛的日交通量乘以與相應(yīng)的軸載譜百分率各類車輛各級(jí)軸載的相應(yīng)日作用次數(shù)。2.2.2 2.2.2 軸載組成與軸載換算軸載組成與軸載換算 軸載譜的應(yīng)用：軸載調(diào)查軸載譜各級(jí)軸載作用次數(shù)； “實(shí)踐理論實(shí)踐”2022-6-62 2）軸載換算）軸載換算 道路上行駛的汽車軸載與通行次數(shù)可以按照等效原則換算為某一標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量通行次數(shù)。我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范和瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范

13、均選用雙輪組單軸軸載100KN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。換算原則：同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的損傷程度。注：其以結(jié)構(gòu)損傷為基礎(chǔ)注：其以結(jié)構(gòu)損傷為基礎(chǔ)(區(qū)別道勘交通量折算區(qū)別道勘交通量折算車輛車輛占用道路凈空占用道路凈空)換算公式：式中：反映軸型(單軸、雙軸或三軸)和輪組輪胎數(shù)(單輪或雙輪)影響的系數(shù)；n同路面結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的系數(shù)。不同路面結(jié)構(gòu)換算公式不同，具體公式見(jiàn)相應(yīng)規(guī)范章節(jié)。 nsiisippNN2022-6-6 當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，軸載換算采用如下的計(jì)算公式:35. 4211)(PPnCCNiiki2022-6-63 3）輪跡橫向分布）輪跡橫向分布 a）

14、車輛在道路橫斷面上的分布，通常在中心線附近一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，由于輪跡的寬度遠(yuǎn)小于車道的寬度，因而車道上的軸載作用次數(shù)既不會(huì)集中在橫斷面的某一固定位置，也不可能平均分配到每一點(diǎn)上，而是按一定的規(guī)律在車道橫斷面上分布，該現(xiàn)象稱為輪跡橫向分布輪跡橫向分布頻率曲線。 b）影響因素：交通量、交通組成，車道寬度、交通管理規(guī)則等。c ）輪跡橫向分布系數(shù)：取輪跡橫向分布頻率曲線中二個(gè)條帶的寬度50cm(20+10+20)的條帶頻率之和稱為輪跡橫向分布系數(shù)。2022-6-63 3）輪跡橫向分布）輪跡橫向分布 2022-6-62.2.42.2.4交通量預(yù)測(cè)分析步驟交通量預(yù)測(cè)分析步驟 1）交通調(diào)查；2）軸載組成分析；

15、3）軸載換算，求當(dāng)量軸載作用次數(shù)；4）求N1；5）求Ne 2022-6-62.2.42.2.4交通量預(yù)測(cè)分析交通量預(yù)測(cè)分析( (例題例題) )例2.1 某瀝青路面，由交通調(diào)查資料得知，其中5軸和5軸以上的牽引式半拖車和拖車類車輛的日交通量為165輛，由稱重得到的這類車輛的軸載組成列于下表，請(qǐng)確定這類車輛的等效軸載換算系數(shù)。2022-6-6軸載（kN）軸次數(shù)軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次數(shù)單軸2000.00160 204000.00810 406010.06250 608060.24011 801001440.656194 100110161.215519 11012011.7492 雙軸40140.00

16、320 4080210.01620 80120440.1256 120160420.480220 160180441.04446 180200211.62934 2002201012.431246 220240433.498150 累計(jì)當(dāng)量軸次數(shù)619 解：由規(guī)范，取標(biāo)準(zhǔn)軸載為100KN。（1）交通調(diào)查，由題目給出；（2）軸載組成分析，如表：（3）計(jì)算各種軸載的換算系數(shù)，結(jié)果如表：（4）軸載換算，計(jì)算各種軸載的當(dāng)量軸載次數(shù)；見(jiàn)表：（5）求和，可得累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)；（6）則等效軸載換算系數(shù)為：619.31/165=3.75所以，其等效軸載換算系數(shù)為3.752022-6-62.2.42.2.4

17、交通量預(yù)測(cè)分析交通量預(yù)測(cè)分析( (例題例題) )例2.2 某二級(jí)汽車專用公路，瀝青路面，設(shè)計(jì)年限為15年。由交通量調(diào)查資料得到，初始年平均日交通量為7000輛，其中同路面損壞有關(guān)的各類車輛的交通量列于下表中，方向系數(shù)為0.5。請(qǐng)計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)。2022-6-6解：由規(guī)范，取標(biāo)準(zhǔn)軸載為100KN。（1）交通調(diào)查，由題目給出；（2）計(jì)算各種車型的等效軸載換算系數(shù)，結(jié)果如表：（4）軸載換算，計(jì)算各種車型的當(dāng)量軸載次數(shù)見(jiàn)表：（5）由題可知t=15，查表取交通量年平均增長(zhǎng)率r=4%，可計(jì)算各種車型的當(dāng)量軸載在設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)作用次數(shù)Ne，見(jiàn)表；（5）求和，可得設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用

18、次數(shù)Ne=6,172,345輛。所以，設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)為6,172,345輛。車輛類型初始交通量等效軸載換算系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)N1設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)作用次數(shù)Ne2軸公共汽車480.512324.5904179,722 3軸公共汽車251.117827.945204,239 2軸4輪貨車16050.019230.816225,222 2軸6輪貨車5180.7041364.7232,665,624 3軸貨車1951.11216.451,581,948 3軸牽引式半拖車400.710828.432207,798 4軸牽引式半拖車251.546438.66282,551 5軸牽引式半拖車5

19、2.152510.762578,659 4軸貨車+拖車650.820453.326389,739 5軸貨車+拖車170.978516.6345121,575 5軸以上貨車+拖車261.238132.1906235,269 合計(jì)25696,172,345 2022-6-62.3 2.3 環(huán)境因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響環(huán)境因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響 2.3.1原因路基路面結(jié)構(gòu)直接暴露在大氣之中，經(jīng)受著自然環(huán)境因素的影響。溫度和濕度是對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)有重要影響的自然環(huán)境因素，路基路面結(jié)構(gòu)的溫度和濕度狀況隨周圍環(huán)境的變化而變化，路基路面體系的性質(zhì)與狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。1）強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性2）溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力20

20、22-6-6道路直接暴露于大氣中，受溫度、濕度影響大 溫度濕度變化體積變化變化受限脹縮應(yīng)力(溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力)破壞。 2022-6-62.3.2 2.3.2 溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律 2022-6-62.3.2 2.3.2 溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律（與瀝青路面對(duì)比） 2022-6-6月平均溫度變化曲線：2.3.2 2.3.2 溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律 2022-6-62.3.2 2.3.2 溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律 1）周期性2）幅度性3）滯后性20

21、22-6-62.3.3 2.3.3 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的分析與預(yù)測(cè)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的分析與預(yù)測(cè) 1）影響因素：外部因素氣候條件（太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)速、降雨（雪）量和蒸發(fā)量）內(nèi)部因素路面結(jié)構(gòu)層的熱傳導(dǎo)性能、熱容量、對(duì)輻射熱吸收能力；2022-6-62）預(yù)測(cè)方法 ：a）統(tǒng)計(jì)分析方法在路面結(jié)構(gòu)層的不同深度處埋設(shè)測(cè)溫元件，連續(xù)觀測(cè)一年四季中路面結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處在不同時(shí)刻的溫度變化，同時(shí)收集當(dāng)?shù)氐臍鉁睾洼椛錈岬葰夂蛸Y料，進(jìn)行逐步回歸分析，分別建立不同深度處路面結(jié)構(gòu)指標(biāo)的回歸方程。 Tmax 路面某一深度處的最高溫度，； Ta.max相應(yīng)的日最高氣溫， ； Q相應(yīng)的太陽(yáng)日輻射熱，J/； a，b，c回歸常

22、數(shù)。特點(diǎn)：不包含所有復(fù)雜因素，精度有地區(qū)局限性，只可在條件相似的地區(qū)參考使用。2022-6-6b）理論分析方法根據(jù)氣象資料和路面材料熱物理特性應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推導(dǎo)估算路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況。特點(diǎn)：參數(shù)確定具有一定的難度； 理論假設(shè)與實(shí)際情況存在差異，溫度預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有一定的差距。2022-6-6對(duì)路基的要求對(duì)路基的要求 路基是路面的支撐結(jié)構(gòu)物，對(duì)路面的使用性能有重要影響。路基是路面的支撐結(jié)構(gòu)物，對(duì)路面的使用性能有重要影響。1 1 、整體穩(wěn)定、整體穩(wěn)定填挖引起路基失穩(wěn)填挖引起路基失穩(wěn)/ /軟土上高路基軟土上高路基/ /巖質(zhì)土質(zhì)山坡上開(kāi)挖巖質(zhì)土質(zhì)山坡上開(kāi)挖嚴(yán)重性：交通阻斷，易引起交通事故

23、。嚴(yán)重性：交通阻斷，易引起交通事故。措施：正確設(shè)計(jì)，采取排水、防護(hù)和加固、支撐工程。措施：正確設(shè)計(jì)，采取排水、防護(hù)和加固、支撐工程。2 2 、變形小、變形小自重、車輛荷載作用下變形；地基軟弱、填土疏松、過(guò)分潮濕時(shí)產(chǎn)自重、車輛荷載作用下變形；地基軟弱、填土疏松、過(guò)分潮濕時(shí)產(chǎn)生沉陷和變形。生沉陷和變形。危害：導(dǎo)致路面出現(xiàn)過(guò)量的變形和應(yīng)力增大，促使路面過(guò)早損壞并危害：導(dǎo)致路面出現(xiàn)過(guò)量的變形和應(yīng)力增大，促使路面過(guò)早損壞并影響舒適性。影響舒適性。措施：采用合適填料充分壓實(shí)，改善水溫狀況，加固軟弱地基。措施：采用合適填料充分壓實(shí)，改善水溫狀況，加固軟弱地基。2.4 2.4 路基的力學(xué)強(qiáng)度特性路基的力學(xué)強(qiáng)度

24、特性2022-6-61）路基力學(xué)性質(zhì)對(duì)道路結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度/剛度影響很大；路面結(jié)構(gòu)損壞原因：(路面強(qiáng)度不足/路基變形過(guò)大)2）路基變形的影響 彈性變形瀝青面層或水泥砼面板疲勞開(kāi)裂； 塑性變形瀝青路面：車轍、縱向不平整， 水泥路面：板底出現(xiàn)局部脫空引起斷裂；3）路面結(jié)構(gòu)總變形中，路基變形占7090%正確的設(shè)計(jì)思路：應(yīng)使路基所受的力在路基彈性限度范圍內(nèi)，即當(dāng)車輛駛過(guò)后，路基能恢復(fù)變形。保證路基相對(duì)穩(wěn)定，路面不致引起破壞。力學(xué)特性力學(xué)特性2022-6-6作用于路基的荷載：路基自重、汽車荷載1）車輛荷載產(chǎn)生的應(yīng)力：2）路基土自重在深度為 Z 處所引起的應(yīng)力：2.4.1 2.4.1 路基受力狀況路基受力狀況

25、2022-6-62.4.22.4.2路基工作區(qū)路基工作區(qū)定義：在路基的某一深度Za處，當(dāng)輪重所引起的應(yīng)力與路基自重引起的應(yīng)力的比值不超過(guò)1/101/5時(shí)，輪重所引起的應(yīng)力對(duì)于路基的影響，可忽略不計(jì)。該深度范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)，該深度Za則稱為路基工作區(qū)深度。式中：Za路基工作區(qū)深度，m；P一側(cè)輪重荷載，kN；K系數(shù)，通常取k=0.5；土的容重，kN/m3；n系數(shù)，n=5-10。3aKnPZ2022-6-6要求：1 ）對(duì)工作區(qū)深度范圍內(nèi)的土質(zhì)選擇，路基壓實(shí)度提出較高要求。 2 ）當(dāng)工作區(qū)深度大于填土高度時(shí)，天然地基也應(yīng)充分壓實(shí)。2022-6-62.4.22.4.2路基土的應(yīng)力路基土的應(yīng)力應(yīng)

26、變特性應(yīng)變特性1）與理想線彈性體的區(qū)別：非線性、非彈性2）關(guān)系取得：實(shí)驗(yàn)方法A）壓入承載板試驗(yàn)：B）三軸壓縮試驗(yàn)：lpDE)1 (2EE31122022-6-63 3）路基土的模量值：局部線性化法）路基土的模量值：局部線性化法初始切線模量：應(yīng)力值為零時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率，代表加載開(kāi)始時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變狀況 線；切線模量：某一應(yīng)力級(jí)位處應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率，反映該級(jí)應(yīng)力-應(yīng)變變化的關(guān)系 線；割線模量：以某一應(yīng)力相應(yīng)的曲線上的點(diǎn)同起始點(diǎn)相連的割線的斜率，反映土基在工作應(yīng)力范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變的平均狀態(tài) 線；回彈模量：應(yīng)力卸除階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的割線模量 線。 注：注：前三種模量：應(yīng)變前三種模量：應(yīng)變

27、=塑性塑性+回彈變形回彈變形路基沉降計(jì)算路基沉降計(jì)算回彈模量：回彈變形回彈模量：回彈變形反映土的彈性性質(zhì)反映土的彈性性質(zhì)路面結(jié)構(gòu)分析路面結(jié)構(gòu)分析2022-6-64 4）作用時(shí)間的影響）作用時(shí)間的影響A）土的流變特性：路基土在荷載作用下的變形荷載應(yīng)力+荷載持續(xù)時(shí)間通常在施加荷載的初期，變形量隨荷載持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，以后逐漸趨向穩(wěn)定。這又稱為土的流變特性。B）特點(diǎn)：土的流變特性主要同塑性應(yīng)變有關(guān)，與回彈應(yīng)變無(wú)關(guān)。C）一般情況下，土基的流變影響可以不予考慮（原因：車輪荷載作用時(shí)間短暫）。2022-6-62.4.32.4.3重復(fù)荷載對(duì)路基的影響重復(fù)荷載對(duì)路基的影響 1）重復(fù)作用的后果：兩種截然不同

28、的結(jié)果穩(wěn)定土體被逐漸壓密土顆粒之間進(jìn)一步互相靠攏單次塑性變形量 直至穩(wěn)定固結(jié)硬化失穩(wěn)剪切變形不斷發(fā)展能引起土體整體破壞的剪切面土基達(dá)到破壞土體整體剪切破壞2）影響因素：土的性質(zhì)(土類)和狀態(tài)(含水量/密實(shí)度/結(jié)構(gòu)狀態(tài))重復(fù)荷載的大?。阂韵鄬?duì)荷載即重復(fù)荷載與一次靜載時(shí)的極限強(qiáng)度之比表示；荷載作用的性質(zhì)：加載速度/持續(xù)時(shí)間/作用頻率側(cè)向應(yīng)力的大小。2022-6-6 3）重復(fù)應(yīng)力的臨界值重復(fù)應(yīng)力在臨界值內(nèi)時(shí)，總應(yīng)變累積規(guī)律：式中：a應(yīng)力一次作用下的初始應(yīng)變；b應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)回歸系數(shù)；N應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)。4）回彈模量ER的確定：重復(fù)加載的三軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力施加頻率20-30次/分；每次持續(xù)0.1-0.2S 重

29、復(fù)應(yīng)力作用600-1000次后回彈變形量回彈模量ER值(適應(yīng)車輪荷載重復(fù)作用特點(diǎn))Nbalg12022-6-62.52.5土基的承載能力土基的承載能力土基的承載能力采用土基在一定應(yīng)力級(jí)位下的抗變形能力來(lái)表征：模型：彈性半空間體地基模型文克勒地基模型 強(qiáng)度指標(biāo)：彈性模量E/泊松比(反映土基應(yīng)力-應(yīng)變特征)地基反應(yīng)模量k (土基受力后的變形性質(zhì))加州承載比CBR (土基承載能力)2022-6-62.5.12.5.1土基的回彈模量土基的回彈模量1）物理意義：反映土基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)可以用彈性理論公式描述荷載-變形關(guān)系可應(yīng)用在以彈性理論為基礎(chǔ)的各種設(shè)計(jì)方法中。2）試驗(yàn)方法：圓形承載板試

30、驗(yàn)(剛性壓板/柔性壓板)工程實(shí)際中，多采用剛性承載板撓度量測(cè)比較方便，壓力也易于控制。承載板直徑則常采用標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量圓半徑(剛性路面路基較大直徑承載板)。逐級(jí)加載卸載法：每級(jí)增加0.04MPa卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值下一級(jí)荷載回彈變形值超過(guò)1mm時(shí)停止加載繪出荷載-回彈彎沉曲線。iilpDE2142022-6-62.5.22.5.2地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量1）地基模型：Winkler地基模型/稠密液體地基 假定：土基頂面任一點(diǎn)的彎沉L僅同作用于該點(diǎn)的垂直壓力p成正比，而與其他相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。壓力p與彎沉L之比即稱為地基反應(yīng)模量k。(缺點(diǎn)：沒(méi)有考慮地基中剪應(yīng)力的存在)2022-6-6

31、2.5.22.5.2地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量2）試驗(yàn)方法：承載板試驗(yàn)）試驗(yàn)方法：承載板試驗(yàn)地基反應(yīng)模量實(shí)測(cè)值受承載板直徑的影響較大：地基反應(yīng)模量實(shí)測(cè)值受承載板直徑的影響較大：D時(shí)，時(shí)，K，當(dāng)，當(dāng)D76 cm時(shí)，時(shí)，K值趨于穩(wěn)定。值趨于穩(wěn)定。規(guī)定采用承載板的直徑規(guī)定采用承載板的直徑d為為76cm一次加載到位來(lái)測(cè)定一次加載到位來(lái)測(cè)定K值。值?？刂浦笜?biāo)：控制指標(biāo)：A）地基較為軟弱）地基較為軟弱以彎沉作為控制指標(biāo)（以彎沉作為控制指標(biāo)（1.27mm） B）地基較為堅(jiān)實(shí)）地基較為堅(jiān)實(shí)壓力作為控制指標(biāo)（壓力作為控制指標(biāo)（70kPa）3）討論）討論A）當(dāng)采用）當(dāng)采用30cm直徑的承載板時(shí)，測(cè)得的直徑的承載板時(shí)

32、，測(cè)得的K值應(yīng)按下式計(jì)算：值應(yīng)按下式計(jì)算：K76=0.4K30B）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)K值的修正：最不利狀態(tài)時(shí)值的修正：最不利狀態(tài)時(shí)KsKn*Ln/Ls Ln 室內(nèi)試件含水量與實(shí)測(cè)相當(dāng)時(shí)，室內(nèi)試件含水量與實(shí)測(cè)相當(dāng)時(shí)，70kPa荷載作用下的沉降值。荷載作用下的沉降值。 Ls 浸水飽和后相同荷載作用下的沉降值。浸水飽和后相同荷載作用下的沉降值。C）K值中包含回彈彎沉值中包含回彈彎沉+殘余彎沉。如果只考慮回彈彎沉，則可以得到地基殘余彎沉。如果只考慮回彈彎沉，則可以得到地基回彈反應(yīng)模量回彈反應(yīng)模量KR：KR=1.77K2022-6-62.5.32.5.3加州承載比（加州承載比（CBRCBR）1）定義：以

33、抵抗局部荷載壓入變形的能力表征材料的承載能力，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石的承載能力為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的相對(duì)比值CBR表示。 2）試驗(yàn)方法（室內(nèi)試驗(yàn)與室外試驗(yàn)）將端部面積為19.35cm標(biāo)準(zhǔn)壓頭以0.127cm/min的速度壓入土中，記錄每貫入0.254cm時(shí)的單位壓力直至壓入深度為1.27cm。標(biāo)準(zhǔn)壓力值用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石由試驗(yàn)求得(如表P49)。注：計(jì)算CBR值時(shí)，取貫入度為0.254cm，但是當(dāng)貫入度為0.254cm時(shí)的CBR值小于貫入度為0.508cm時(shí)的CBR值時(shí)，應(yīng)采用后者為準(zhǔn)。（按照施工時(shí)的含水量，浸泡四天，飽水狀態(tài)）2022-6-62.6 2.6 路基的變形、破壞及防治路基的變形、破壞及防治

34、 2.6.1 路基的常見(jiàn)病害 1）路基沉陷：路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落 A）類型：路基沉縮與地基沉陷B）原因：路基沉縮：軟弱地基的沉降；路堤內(nèi)有過(guò)度飽水區(qū)；壓實(shí)不足；施工方法不合理等。地基沉陷：天然地面承載力不足路基沉陷路基沉縮地基沉陷2022-6-62）邊坡滑塌：可分溜方與滑坡兩種。A）溜方少量被水飽和的土體沿土質(zhì)邊坡向下移動(dòng)所形成。 主要原因：流水沖刷邊坡或施工不當(dāng)。2022-6-6B）滑坡部分土體在自重作用下沿某一滑動(dòng)面向下滑動(dòng)。主要原因：土體穩(wěn)定性不足引起；路堤邊坡：邊坡坡度過(guò)陡、邊坡坡腳被水淘空、土過(guò)于潮濕、填土層次安排不當(dāng)；路塹邊坡：邊坡高度與天然巖層的性質(zhì)不適應(yīng)、存在粘土層

35、與蓄水砂石層交替分層及有傾向于路塹方向的斜坡層理、邊坡超載。 2022-6-63）邊坡崩塌和碎落：A）碎落軟弱石質(zhì)土經(jīng)風(fēng)化而成的碎塊沿坡面大量向下滾落B）崩塌大塊巖石脫離原邊坡坡面并沿邊坡坡面向下滾落原因：巖體風(fēng)化破碎，邊坡較高。4）路堤沿山坡滑動(dòng)：原因：山坡較陡、原地面未清除雜草或人工挖臺(tái)階、坡腳未進(jìn)行必要的支撐。5）路堤坍散：邊坡失去正常的形狀，邊坡表面下沉6）不良地質(zhì)水文條件造成路基破壞：泥石流、溶洞、大暴雨地區(qū)（較大自然災(zāi)害）。2022-6-62.6.2 2.6.2 路基病害產(chǎn)生的主要原因及防治措施路基病害產(chǎn)生的主要原因及防治措施1）主要原因：路基土體整體或一部分不穩(wěn)定；路基以下的地基

36、土體不穩(wěn)定；重復(fù)的行車荷載作用；填土方法不正確或壓實(shí)不足；自然因素的作用(含水量變化、溫度變化)。2022-6-62 2）防治措施：）防治措施：正確設(shè)計(jì)路基橫斷面；正確選擇良好的路基用土填筑路堤，必要時(shí)對(duì)地基上層土壤作穩(wěn)定處理；采用正確的填筑方法，不同性質(zhì)的土分層填筑，充分壓實(shí)路基，提高土基水穩(wěn)定性；提高填土高度，防止水分從側(cè)面滲入，或由地下水位上升而進(jìn)入路基工作區(qū)范圍；正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)(包括地面排水、地下排水、路面結(jié)構(gòu)排水及地基特殊排水)；設(shè)置隔水層以阻斷毛細(xì)水上升到通路；設(shè)置隔溫層，減少路基冰凍深度和水分積聚，設(shè)置砂墊層以疏干土基；采取邊坡加固措施、修筑擋土構(gòu)筑物以提高路基整體穩(wěn)定性。20

37、22-6-62.7 路面材料力學(xué)特性路面材料力學(xué)特性主要介紹路面材料的力學(xué)性質(zhì)、常用力學(xué)參數(shù)、試驗(yàn)方法等。2.7.1知識(shí)體系2.7.2強(qiáng)度特性2.7.3應(yīng)力-應(yīng)變特性2.7.4累積變形與疲勞特性2.7.5 瀝青混合料的溫度穩(wěn)定性2022-6-6路基土以剛度為主模量的確定道路材料顆粒類材料力學(xué)性質(zhì)路面瀝青類材料力學(xué)性質(zhì)無(wú)機(jī)結(jié)合料力學(xué)性質(zhì)抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度/抗壓強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度力學(xué)性質(zhì)抗彎拉強(qiáng)度剛度應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模量變形累積重點(diǎn)：各種強(qiáng)度/模量取得的方法，各自特點(diǎn)。2.7.1 2.7.1 道路材料力學(xué)性質(zhì)知識(shí)框圖道路材料力學(xué)性質(zhì)知識(shí)框圖2022-6-6單軸壓縮 抗壓模量試驗(yàn)方法三軸壓縮/承載板試驗(yàn)小梁

38、試驗(yàn)抗彎拉模量2022-6-62.7.2 2.7.2 強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性2.7.2.1抗剪強(qiáng)度：1）破壞形式：a）結(jié)構(gòu)層較薄土基應(yīng)力過(guò)大整體破壞b）層位不合理結(jié)構(gòu)應(yīng)力過(guò)大部分結(jié)構(gòu)層剪切破壞c）面層材料抗剪強(qiáng)度不足面層材料的縱/橫向推移2）摩爾強(qiáng)度理論：材料的抗剪強(qiáng)度包括摩擦阻力和粘結(jié)力兩部分組成；摩擦阻力同作用在剪切面上的法向正應(yīng)力成正比；粘結(jié)力材料固有性質(zhì)，與法向正應(yīng)力無(wú)關(guān)。3）試驗(yàn)方法：直剪試驗(yàn)-曲線三軸壓縮試驗(yàn)?zāi)枅A包絡(luò)線（無(wú)法成型材料）tgc 2022-6-6注：瀝青材料抗剪強(qiáng)度：瀝青的粘度、用量、 試驗(yàn)溫度、加荷的速率、集料級(jí)配、棱角等有關(guān)。2022-6-62.7.2.2 2.7.2.

39、2 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力提供)1）破壞形式：a）不良水溫狀況干縮拉裂b）車輛啟動(dòng)/制動(dòng)結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力2）試驗(yàn)方法： 試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線抗拉強(qiáng)度a）直接拉伸試驗(yàn)： 圓柱型試件、變形傳感器、應(yīng)力-應(yīng)變值；2022-6-6b）間接拉伸試驗(yàn)：即劈裂試驗(yàn)，圓柱型試件、壓條、試件開(kāi)裂破壞；（直徑為D，高度為h）注：瀝青混合料/溫度敏感性材料常溫：試驗(yàn)溫度抗拉強(qiáng)度；負(fù)溫：試驗(yàn)溫度抗拉強(qiáng)度存在峰值-脆化點(diǎn)溫度強(qiáng)度。APDhPt222022-6-62.7.2.3 2.7.2.3 抗彎拉強(qiáng)度抗彎拉強(qiáng)度1）破壞形式：水泥砼/瀝青混合料/半剛性材料結(jié)構(gòu)層車輪荷載作用彎曲工作狀態(tài)彎拉應(yīng)力過(guò)大彎曲斷裂

40、。2）試驗(yàn)方法：簡(jiǎn)支小梁試驗(yàn)（三分點(diǎn)加載）混凝土抗彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)尺寸：150150550mm；集料粒徑不大于40mm。式中：P破壞荷載，kN；l支點(diǎn)間距，m；b/h試件截面寬度/高度，m.2bhPlt2022-6-63）影響因素：水泥砼：集料組成，結(jié)合料含量與活性，拌制的均勻性與壓實(shí)度；瀝青砼：材料性質(zhì)（瀝青性質(zhì)/用量/礦料性質(zhì)/混合料均勻性/壓實(shí)度）、加荷狀況（重復(fù)次數(shù)/應(yīng)力增長(zhǎng)速度）、溫度。2022-6-62.7.3 2.7.3 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變特性應(yīng)變特性2.7.3.1 顆粒類材料 1）試驗(yàn)方法：三軸壓縮試驗(yàn)(用于基層/底基層的無(wú)結(jié)合料碎、礫石材料無(wú)法通過(guò)成型試件直接測(cè)試應(yīng)力-應(yīng)變特性)

41、。 2）特點(diǎn)：應(yīng)力-應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征Er隨偏應(yīng)力d(1-3)；隨側(cè)壓力3。 3）關(guān)系： 式中：三向主應(yīng)力之和，kPa；K1,K2回歸常數(shù)，同材料性質(zhì)有關(guān)。 4）影響因素（材料的級(jí)配、顆粒形狀，密實(shí)度） 通常，密實(shí)度 Er；顆粒棱角 Er ；細(xì)料含量不多時(shí)，含水量的影響很?。蝗≈捣秶鸀?00-700MPa。 21KrKE2022-6-62.7.3.2 水泥穩(wěn)定類及無(wú)機(jī)結(jié)合料類試驗(yàn)方法：?jiǎn)屋S試驗(yàn)/三軸試驗(yàn)/小梁彎曲試驗(yàn)單軸試驗(yàn)：150150300mm；步驟：先確定抗壓強(qiáng)度施加40%抗壓回彈模量Ec Ec=(Pu-P0)/A*(L/)三軸試驗(yàn)：無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高。特點(diǎn)

42、：非線性性，近似線性性（應(yīng)力級(jí)位較低50%）室內(nèi)承載板試驗(yàn)：（代替三軸試驗(yàn)）試件DH=150150mm；承載板d=37.4mm，A=11cm2；試驗(yàn)：承載板壓力p=0.20.7MPa分級(jí)加載沉降Er 回彈模量: Er=3.14pD(1-2)/(4l)小梁彎曲試驗(yàn)：（抗彎拉彈性模量）步驟：首先確定彎折強(qiáng)度t然后施加50%t荷載跨中撓度Et2022-6-62.7.3.3 瀝青混合料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1）試驗(yàn)方法：低溫：?jiǎn)屋S壓縮、小梁試驗(yàn)高溫：三軸壓縮試驗(yàn)（溫度敏感性強(qiáng)）2）應(yīng)力-應(yīng)變特點(diǎn)：隨溫度/加載時(shí)間變化而變化。a）加荷時(shí)間：應(yīng)力較?。簭椥浴?粘性應(yīng)力較大：彈性、彈-粘性、彈-粘-塑性b）溫度：低

43、溫：彈性高溫：彈-粘性、彈-粘-塑性結(jié)論：瀝青混合料的力學(xué)特性受溫度/加荷時(shí)間影響較大不能用一個(gè)常量彈性模量來(lái)表征應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系勁度模量。2022-6-63）勁度模量：a)定義：給定荷載作用時(shí)間和溫度條件下應(yīng)力與總應(yīng)變的比值。b)本質(zhì)：在特定溫度與特定加荷時(shí)間條件下的常量參數(shù)。c)特點(diǎn)：溫度對(duì)勁度的影響與加荷時(shí)間對(duì)勁度的影響具有等效互換性。d)勁度的得出：試驗(yàn)法與查諾模圖預(yù)估法（P57/圖33）2022-6-62.7.42.7.4累積變形與疲勞特性累積變形與疲勞特性1）重復(fù)作用下路面結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)累積變形：材料彈塑性塑性變形積累沉陷與車轍路面使用性能（非結(jié)構(gòu)破壞）疲勞破壞：材料彈性內(nèi)部微量損傷

44、累積擴(kuò)大疲勞極限疲勞斷裂(結(jié)構(gòu)破壞)2）特點(diǎn)破壞極限的發(fā)生不僅同荷載應(yīng)力的大小有關(guān)，而且同荷載應(yīng)力作用的次數(shù)有關(guān)。2022-6-62.7.42.7.4 變形積累與疲勞特性變形積累與疲勞特性2.7.4.1 變形積累 具有塑性的材料彈性工作狀態(tài)荷載重復(fù)作用塑性變形累積累積變形過(guò)度永久變形（沉陷或車轍）1）顆粒類材料：三軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力較小時(shí)壓實(shí)應(yīng)力較大時(shí)破壞重復(fù)應(yīng)力臨界值（塑性應(yīng)變隨應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增大） 級(jí)配不良的材料不適合作路面材料。2）瀝青混合料：?jiǎn)屋S壓縮試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)a）重復(fù)作用次數(shù)塑性應(yīng)變累積；b）溫度塑性應(yīng)變累積；結(jié)論：在同一溫度條件下，累積應(yīng)變量不僅與荷載重復(fù)作用次數(shù)有關(guān)，而且還與“加荷的總時(shí)間”有關(guān)；加