路基路面 行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性

1、第二章 行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性第一第一節(jié)節(jié) 行車荷載行車荷載第二節(jié)第二節(jié) 環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響第三節(jié)第三節(jié) 土基的力學(xué)強(qiáng)度特性土基的力學(xué)強(qiáng)度特性第四節(jié)第四節(jié) 土基的承載能力土基的承載能力第五節(jié)第五節(jié) 路基的變形破壞及防治路基的變形破壞及防治第六節(jié)第六節(jié) 路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性第七節(jié)第七節(jié) 路面材料的累積變形及疲勞特性路面材料的累積變形及疲勞特性第一節(jié)第一節(jié) 行車荷載行車荷載研究行車荷載的原因研究行車荷載的原因：1 1、汽車是路基路面的主要服務(wù)對(duì)象，又是造成、汽車是路基路面的主要服務(wù)對(duì)象，又是造成路基路面結(jié)構(gòu)損壞的主要成因。路基路面結(jié)構(gòu)損壞的主要成因。 2

2、2、汽車對(duì)路基路面作用力的大小、特性、分布、汽車對(duì)路基路面作用力的大小、特性、分布、持續(xù)時(shí)間、在使用期內(nèi)行車的變化情況及數(shù)量持續(xù)時(shí)間、在使用期內(nèi)行車的變化情況及數(shù)量影響路面的使用性能。影響路面的使用性能。 3 3、汽車荷載是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷的主要原、汽車荷載是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷的主要原因。因。要做好路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須對(duì)行車荷要做好路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須對(duì)行車荷載進(jìn)行分析。載進(jìn)行分析。 行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容：車輛的種類；車輛的種類； 汽車的軸型；汽車的軸型； 汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力；汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力； 運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響；運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響； 交通分析。交通分析。一、車

3、輛的種類道路上通行的車輛主要分為客車與貨車兩大類。道路上通行的車輛主要分為客車與貨車兩大類。客車客車：小客車、中客車、大客車；：小客車、中客車、大客車；貨車貨車：整車、牽引式半掛車、牽引式掛車。：整車、牽引式半掛車、牽引式掛車。u汽車的總重量通過(guò)車軸和車輪傳遞給路面，所以汽車的總重量通過(guò)車軸和車輪傳遞給路面，所以路面結(jié)構(gòu)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要以主要以軸重軸重作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。因此，在眾多的車輛組合作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。因此，在眾多的車輛組合中，重型貨車和大客車起決定作用。對(duì)于小客車，則主要中，重型貨車和大客車起決定作用。對(duì)于小客車，則主要對(duì)路面的對(duì)路面的表面特性表面特性如：平整性、抗滑性等，提出較高的要如：

4、平整性、抗滑性等，提出較高的要求。求。二、汽車的軸（輪）型汽車的重量通過(guò)車軸上的車輪作用于路面汽車的重量通過(guò)車軸上的車輪作用于路面 因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)特別重視軸或應(yīng)特別重視軸或 輪重和其作用次數(shù)輪重和其作用次數(shù)，而不是汽車種類和數(shù)量。，而不是汽車種類和數(shù)量。整車類：前軸、后軸。整車類：前軸、后軸。 u 牽引式半拖車類：牽引車：前軸、后軸；拖車：牽引式半拖車類：牽引車：前軸、后軸；拖車：后軸（單軸或雙軸）。后軸（單軸或雙軸）。 u 拖車類：由一輛或多輛組成，各配有前后二根拖車類：由一輛或多輛組成，各配有前后二根單軸或單前軸和雙后軸。單軸或單前軸和雙后軸。 軸載的大

5、小直接關(guān)系到路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載力軸載的大小直接關(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。各個(gè)國(guó)家均對(duì)軸重的最大限度有與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。各個(gè)國(guó)家均對(duì)軸重的最大限度有明確的規(guī)定。明確的規(guī)定。我國(guó)公路與城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中我國(guó)公路與城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中均以均以100kN100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸重。作為標(biāo)準(zhǔn)軸重。目前我國(guó)公路是行目前我國(guó)公路是行使的車輛，后軸軸載一般在使的車輛，后軸軸載一般在6060130kN130kN范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 u 汽車貨運(yùn)朝大型重載方向發(fā)展，貨車的汽車貨運(yùn)朝大型重載方向發(fā)展，貨車的總重量有總重量有 增加趨勢(shì)，超載運(yùn)輸問(wèn)題在我增加趨勢(shì)，超載運(yùn)輸問(wèn)題在我國(guó)日益突出。國(guó)日益突出。 要發(fā)展多軸多輪。要

6、發(fā)展多軸多輪。 u對(duì)對(duì)超載超載的定義：的定義：20002000年年2 2月，交通部月，交通部超超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理?xiàng)l例限運(yùn)輸車輛行駛公路管理?xiàng)l例規(guī)定：規(guī)定：“單軸（每側(cè)單輪胎）載質(zhì)量單軸（每側(cè)單輪胎）載質(zhì)量6000kg6000kg，單，單軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì) 量量10000kg10000kg，雙聯(lián)，雙聯(lián)軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)量軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)量 18000kg18000kg?！备礁絼t第二十九條規(guī)定，單軸軸載最則第二十九條規(guī)定，單軸軸載最 大不得大不得超過(guò)超過(guò)13000kg13000kg。某某 高高 速速 公公 路路 上上 重重 載載 交交 通通 車車 輛輛某某 路路

7、上上 的的 載載 重重 車車 隊(duì)隊(duì)n在重載交通條件下，瀝青路面主要損害類型表現(xiàn)在重載交通條件下，瀝青路面主要損害類型表現(xiàn) 為行車道輪跡帶車轍與裂縫為行車道輪跡帶車轍與裂縫( (龜裂與縱向裂縫龜裂與縱向裂縫) )； 若上述裂縫得不到即使的養(yǎng)護(hù)維修，在水的作用若上述裂縫得不到即使的養(yǎng)護(hù)維修，在水的作用 下將進(jìn)一步發(fā)展為松散或坑槽等水損害。下將進(jìn)一步發(fā)展為松散或坑槽等水損害。松散、坑槽松散、坑槽嚴(yán)重嚴(yán)重 三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力 1 1、汽車對(duì)道路的作用、汽車對(duì)道路的作用 停駐狀態(tài)：對(duì)道路的作用力為靜態(tài)垂直壓力。停駐狀態(tài)：對(duì)道路的作用力為靜態(tài)垂直壓力。 行駛狀態(tài)：對(duì)道路的作用力為動(dòng)態(tài)垂直壓力、水行駛

8、狀態(tài)：對(duì)道路的作用力為動(dòng)態(tài)垂直壓力、水平力、平力、 振動(dòng)力。振動(dòng)力。 2 2、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力 靜載的大小與車輛的總質(zhì)量及輪軸的形式有關(guān)。靜載的大小與車輛的總質(zhì)量及輪軸的形式有關(guān)。 影響靜態(tài)垂直壓力大小的因素：影響靜態(tài)垂直壓力大小的因素： （1 1）汽車輪胎的內(nèi)壓力）汽車輪胎的內(nèi)壓力pi pi； （2 2）輪胎的剛度和輪胎與路面的接觸的形狀；）輪胎的剛度和輪胎與路面的接觸的形狀； （3 3）輪載的大小。）輪載的大小。胎壁受拉胎壁受壓胎壓觸壓力高壓輪胎低壓輪胎 輪胎輪胎/ /路面接觸面與接觸應(yīng)力路面接觸面與接觸應(yīng)力輪跡 對(duì)于低壓輪胎：接觸壓力大于胎壓對(duì)于低壓輪胎：接觸壓

9、力大于胎壓 對(duì)于高壓輪胎：接觸壓力小于胎壓對(duì)于高壓輪胎：接觸壓力小于胎壓 在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)接觸壓力進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)接觸壓力進(jìn)行如下簡(jiǎn)化： 以輪胎內(nèi)壓力為輪胎的接觸壓力，即以輪胎內(nèi)壓力為輪胎的接觸壓力，即p=pip=pi， 接觸形狀為圓形，接觸形狀為圓形， 接觸面上的壓力為均勻分布接觸面上的壓力為均勻分布 即即將車輪荷載簡(jiǎn)化成當(dāng)量的圓形均布荷載，將車輪荷載簡(jiǎn)化成當(dāng)量的圓形均布荷載，并采用輪胎內(nèi)壓作為輪胎接觸壓力并采用輪胎內(nèi)壓作為輪胎接觸壓力p p。 當(dāng)量圓半徑當(dāng)量圓半徑 可以按下式確定?？梢园聪率酱_定。 式中：式中：PP作用在車輪上的荷載，作用在車輪上的荷載，kNkN； pp輪胎接

10、觸壓力，輪胎接觸壓力，kpakpa； 接觸面當(dāng)量圓半徑，接觸面當(dāng)量圓半徑，m m。 輪胎與路面的接觸形狀如下圖所示：輪胎與路面的接觸形狀如下圖所示： pP四、 運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響 （1 1）水平力（與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)）水平力（與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)） （2 2）行駛荷載的特性）行駛荷載的特性 振動(dòng)性振動(dòng)性 瞬時(shí)性瞬時(shí)性 重復(fù)性重復(fù)性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方向大小汽車等速行駛 與汽車行駛方向相反 較小 加速和上坡行駛 與汽車行駛方向相反 最大 減速和下坡行駛 與汽車行駛方向相同 最大 在彎道上行駛 與汽車行駛方向垂直 較大 車輛行使過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和隨機(jī)動(dòng)力荷載圖F(t) 0 P0 t n汽車在路面上行使過(guò)程中，由

11、于車輛自身各種因汽車在路面上行使過(guò)程中，由于車輛自身各種因 素（如發(fā)動(dòng)機(jī)偏心轉(zhuǎn)動(dòng)、輪胎花紋、燃料不均勻、素（如發(fā)動(dòng)機(jī)偏心轉(zhuǎn)動(dòng)、輪胎花紋、燃料不均勻、 駕駛員操作不穩(wěn)定等）、地面的不平整度以及輛駕駛員操作不穩(wěn)定等）、地面的不平整度以及輛地面相互作用耦合，會(huì)使產(chǎn)生車體跳起與顛簸、車地面相互作用耦合，會(huì)使產(chǎn)生車體跳起與顛簸、車軸跳起與顛簸的現(xiàn)象、從而使車輛與路面振動(dòng)，軸跳起與顛簸的現(xiàn)象、從而使車輛與路面振動(dòng)， 產(chǎn)生使路面受到隨機(jī)動(dòng)力荷載，即荷載大小隨時(shí)間產(chǎn)生使路面受到隨機(jī)動(dòng)力荷載，即荷載大小隨時(shí)間隨機(jī)變化。隨機(jī)變化。1. 1.交通量交通量 交通量交通量在一定時(shí)間間隔內(nèi)各類車輛通過(guò)某在一定時(shí)間間隔內(nèi)各

12、類車輛通過(guò)某一斷面的數(shù)量。一斷面的數(shù)量。 年平均日交通量年平均日交通量在一年在一年365365天內(nèi)的交通量之天內(nèi)的交通量之和除以和除以365365天。天。 交通量調(diào)查方法交通量調(diào)查方法直接記錄、自動(dòng)記錄儀。直接記錄、自動(dòng)記錄儀。 交通量年平均增長(zhǎng)率交通量年平均增長(zhǎng)率 設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量 2. 2.軸載組成與軸載換算軸載組成與軸載換算 軸載換算軸載換算道路上行駛的車輛軸載與通行次道路上行駛的車輛軸載與通行次數(shù)可以按照等效原則換算為某一標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)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)。量通行次數(shù)。 我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)軸載為我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100BZZ-100。

13、軸載等效換算的原則軸載等效換算的原則同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸 載作用下達(dá)到相同的損傷程度。載作用下達(dá)到相同的損傷程度。 3 3輪跡橫向分布輪跡橫向分布 輪跡（車道）的橫向分布輪跡（車道）的橫向分布：按一定規(guī)律分布在車道橫按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上。斷面上。 輪跡（車道）橫向分布系數(shù)輪跡（車道）橫向分布系數(shù)：對(duì)于路面橫斷面上某對(duì)于路面橫斷面上某 一寬度（輪跡寬度和車道寬度）范圍內(nèi)的頻率，也一寬度（輪跡寬度和車道寬度）范圍內(nèi)的頻率，也 即該寬度范圍內(nèi)所受到的車輛作用次數(shù)與通過(guò)該橫斷即該寬度范圍內(nèi)所受到的車輛作用次數(shù)與通過(guò)該橫斷 面的總作用次數(shù)的比值。面的總作用次數(shù)的比值。 影

14、響因素影響因素：路面寬度和車道寬度、交通組織管理方路面寬度和車道寬度、交通組織管理方 式（混合行駛、劃線分車道行駛和分隔帶（墩）分式（混合行駛、劃線分車道行駛和分隔帶（墩）分 車道行駛）、交通密度和交通組成。車道行駛）、交通密度和交通組成。第二節(jié) 環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在溫度溫度和和濕度濕度。 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)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。境因素。 路基土和路面材料的路基土和路面材料的強(qiáng)度強(qiáng)度與與剛度剛度隨路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫隨路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫 度和濕度的變化有時(shí)會(huì)有大幅度的增減。度和濕度的變化有時(shí)會(huì)有大幅度的增減。

15、路基土和路面材料的路基土和路面材料的體積體積隨路面體系內(nèi)的溫度和隨路面體系內(nèi)的溫度和 濕度升降而脹縮（脹縮因某種原因受到約束而不能濕度升降而脹縮（脹縮因某種原因受到約束而不能 實(shí)現(xiàn)時(shí)，路基和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，即實(shí)現(xiàn)時(shí)，路基和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，即 溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力）。溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力）。一、公路路面的溫度狀況 1 1 、影響機(jī)理、影響機(jī)理 路基土和路面材料的體積會(huì)隨著路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部路基土和路面材料的體積會(huì)隨著路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度的升降而產(chǎn)生膨脹和收縮。的溫度的升降而產(chǎn)生膨脹和收縮。 由于溫度在路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化沿深度方向是由于溫度在路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化沿深度方向

16、是不均勻的，所以不均勻的，所以不同深度處脹縮的變化也是不同的不同深度處脹縮的變化也是不同的。 當(dāng)這種不均勻脹縮受到某種原因的約束而不能實(shí)現(xiàn)當(dāng)這種不均勻脹縮受到某種原因的約束而不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，即時(shí)，路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，即溫度應(yīng)溫度應(yīng)力力，進(jìn)而對(duì)路基路面產(chǎn)生破壞。，進(jìn)而對(duì)路基路面產(chǎn)生破壞。 2 2、溫度狀況預(yù)估、溫度狀況預(yù)估 u路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過(guò)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過(guò)在外部和內(nèi)部影響在外部和內(nèi)部影響 因素之間建立聯(lián)系因素之間建立聯(lián)系的方法來(lái)預(yù)估。的方法來(lái)預(yù)估。 這種方法有兩類，即統(tǒng)計(jì)方法和理論方法。這種方法有兩類，即統(tǒng)計(jì)方法和理論方法。

17、統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法：就是在路面結(jié)構(gòu)層的不同深處埋設(shè)：就是在路面結(jié)構(gòu)層的不同深處埋設(shè)測(cè)溫元件測(cè)溫元件，連續(xù)，連續(xù)觀測(cè)年循環(huán)內(nèi)觀測(cè)年循環(huán)內(nèi)不同時(shí)刻的溫度變化不同時(shí)刻的溫度變化，同時(shí)收集當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y，同時(shí)收集當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，包括對(duì)應(yīng)的氣溫和輻射熱等，對(duì)記錄的路面溫度和氣象料，包括對(duì)應(yīng)的氣溫和輻射熱等，對(duì)記錄的路面溫度和氣象因素進(jìn)行逐步回歸分析。選擇符合顯著性檢驗(yàn)要求的因素，因素進(jìn)行逐步回歸分析。選擇符合顯著性檢驗(yàn)要求的因素，分別建立不同深度處各種路面溫度指標(biāo)的回歸方程式。分別建立不同深度處各種路面溫度指標(biāo)的回歸方程式。 式中：式中：Tmax路面某一深度處的最高溫度，路面某一深度處的最高溫度，； Ta.

18、max相應(yīng)的日最高氣溫，相應(yīng)的日最高氣溫，； Q相應(yīng)的太陽(yáng)日輻射熱，相應(yīng)的太陽(yáng)日輻射熱，Jm2； a、 b、c 回歸常數(shù)?；貧w常數(shù)。 cQbTaTamax.max u理論法理論法：是應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推演出各項(xiàng)氣象資：是應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推演出各項(xiàng)氣象資料和路面材料熱物理特性參數(shù)組成的溫度預(yù)估方程式。料和路面材料熱物理特性參數(shù)組成的溫度預(yù)估方程式。 u通常由于參數(shù)確定的難度大，理論假設(shè)的理想化，預(yù)通常由于參數(shù)確定的難度大，理論假設(shè)的理想化，預(yù)估的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有一定的差距。估的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有一定的差距。 tTkrSZT223 3、影響溫度變化的因素、影響溫度變化的因素 影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度

19、狀況的因素很多，可分為外部和內(nèi)部?jī)捎绊懧访娼Y(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素很多，可分為外部和內(nèi)部?jī)深?。類?u外部條件外部條件主要是氣象條件，如太陽(yáng)輻射、氣溫、主要是氣象條件，如太陽(yáng)輻射、氣溫、 風(fēng)速、降水風(fēng)速、降水量和蒸發(fā)量等。而其中，太陽(yáng)輻射和氣溫是決定路面溫度狀量和蒸發(fā)量等。而其中，太陽(yáng)輻射和氣溫是決定路面溫度狀況的二項(xiàng)最重要的因素。況的二項(xiàng)最重要的因素。 u內(nèi)部因素內(nèi)部因素則為路面各結(jié)構(gòu)層材料的熱物理特性參數(shù)，如熱傳則為路面各結(jié)構(gòu)層材料的熱物理特性參數(shù)，如熱傳導(dǎo)率、熱容量和對(duì)輻射熱的吸收能力等。導(dǎo)率、熱容量和對(duì)輻射熱的吸收能力等。 二、公路路面的濕度狀況 1. 1.對(duì)路基的影響對(duì)路基的影響 凍脹翻

20、漿（與溫度作用共同進(jìn)行）凍脹翻漿（與溫度作用共同進(jìn)行） 過(guò)大的濕度直接降低路基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性過(guò)大的濕度直接降低路基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性 2. 2.做好路基路面排水的重要性做好路基路面排水的重要性 第三節(jié) 土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況 u路基承受著路基承受著路基自重路基自重和和汽車輪重汽車輪重這兩種荷載。這兩種荷載。 在路基上部靠近路面結(jié)構(gòu)的一定深度內(nèi)，路基土主要承受在路基上部靠近路面結(jié)構(gòu)的一定深度內(nèi)，路基土主要承受車輛荷載的影響。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)保證路基所受的力在路基彈性車輛荷載的影響。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)保證路基所受的力在路基彈性限度以內(nèi)，當(dāng)車輛駛過(guò)后，路基能立即恢復(fù)原狀，以保證路基限度以內(nèi)，當(dāng)車輛

21、駛過(guò)后，路基能立即恢復(fù)原狀，以保證路基的相對(duì)穩(wěn)定，路面不致引起破壞。的相對(duì)穩(wěn)定，路面不致引起破壞。 u汽車輪重：計(jì)算時(shí)，假定車輪荷載為一圓形均布垂汽車輪重：計(jì)算時(shí)，假定車輪荷載為一圓形均布垂 直荷載，路基為一彈性均質(zhì)半空間體。直荷載，路基為一彈性均質(zhì)半空間體。 u路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力z可以可以用用 近似如下公式計(jì)算。近似如下公式計(jì)算。 2ZPKZ P P：一側(cè)輪重荷載（：一側(cè)輪重荷載（kNkN）；）； K: K: 系數(shù)，一般取系數(shù)，一般取0.50.5； Z Z：荷載中心下應(yīng)力作用點(diǎn)的深度（：荷載中心下應(yīng)力作用點(diǎn)的深度（m m）。）。u路基

22、土本身自重在路基內(nèi)深度為路基土本身自重在路基內(nèi)深度為Z Z處所引起的垂處所引起的垂直壓應(yīng)力直壓應(yīng)力B按下式計(jì)算：按下式計(jì)算： ：土的容重（：土的容重（kN/m3kN/m3）；）； Z: Z:應(yīng)力作用點(diǎn)深度（應(yīng)力作用點(diǎn)深度（m m）。）。 路基內(nèi)任一點(diǎn)處的垂直應(yīng)力路基內(nèi)任一點(diǎn)處的垂直應(yīng)力包括由車輪荷載引起的包括由車輪荷載引起的z和由土基和由土基自重引起的自重引起的B。B二、路基工作區(qū) 概念：概念：在路基某一深度在路基某一深度Za處，當(dāng)車輪荷載引起的處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力垂直應(yīng)力z與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為占比例很小，僅為11015時(shí)，該

23、深度，該深度Za范圍內(nèi)范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。的路基稱為路基工作區(qū)。 確定：確定：路基工作區(qū)深度路基工作區(qū)深度Za可以用下式計(jì)算。可以用下式計(jì)算。 3KnPZa 式中式中: :Z Za a路基工作區(qū)深度路基工作區(qū)深度,m,m； pp一側(cè)輪重荷載一側(cè)輪重荷載, ,MPaMPa； KK系數(shù)，取系數(shù)，取0.50.5； 土的容重土的容重,kN/m3,kN/m3； nn系數(shù)系數(shù),n ,n5 51010。 u 在工作區(qū)范圍內(nèi)的路基在工作區(qū)范圍內(nèi)的路基, ,對(duì)于支承路面結(jié)構(gòu)和車對(duì)于支承路面結(jié)構(gòu)和車輪荷載影響較大輪荷載影響較大, ,在工作區(qū)范圍以外的路基在工作區(qū)范圍以外的路基, ,影響逐影響逐漸減小。漸減

24、小。u 路基工作區(qū)內(nèi)路基工作區(qū)內(nèi), ,土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性對(duì)保證路面土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性對(duì)保證路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要, ,對(duì)工作區(qū)范圍內(nèi)的對(duì)工作區(qū)范圍內(nèi)的土質(zhì)選擇、路基的壓實(shí)度應(yīng)提出較高的要求。土質(zhì)選擇、路基的壓實(shí)度應(yīng)提出較高的要求。三、路基土的應(yīng)力一應(yīng)變特性 1 1、路基土的非線性變形特性、路基土的非線性變形特性 土應(yīng)力一應(yīng)變的非線性特性由土應(yīng)力一應(yīng)變的非線性特性由三軸壓縮試三軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)的結(jié)果表明：的結(jié)果表明： 土的變形包括土的變形包括彈性變形彈性變形和和塑性變形塑性變形兩部分兩部分 土土是非線彈性是非線彈性： 具有塑性變形體具有塑性變形體 ： )(f2 2、

25、土基的荷載彎沉關(guān)系、土基的荷載彎沉關(guān)系 u荷載作用下土基內(nèi)的應(yīng)力沿豎向和水平方向都荷載作用下土基內(nèi)的應(yīng)力沿豎向和水平方向都是變化的，因而是變化的，因而土基內(nèi)各點(diǎn)的模量值是不同的土基內(nèi)各點(diǎn)的模量值是不同的。 u目前路面設(shè)計(jì)而言，最關(guān)心的主要是目前路面設(shè)計(jì)而言，最關(guān)心的主要是土基表面土基表面的總變形的總變形（或總回彈變形）。（或總回彈變形）。壓入承載板試驗(yàn)壓入承載板試驗(yàn)是是研究土基荷載彎沉特性最常用的一種方法。把研究土基荷載彎沉特性最常用的一種方法。把反映荷載彎沉關(guān)系的模量，看作土基一個(gè)反映荷載彎沉關(guān)系的模量，看作土基一個(gè)當(dāng)量當(dāng)量的均勻模量值的均勻模量值。 u方法是以一定尺寸的剛性承載板置于土基頂

26、面方法是以一定尺寸的剛性承載板置于土基頂面, ,逐級(jí)加荷卸荷逐級(jí)加荷卸荷, ,記錄施加于承載板上的荷載及由該記錄施加于承載板上的荷載及由該荷載所引起的沉降變形荷載所引起的沉降變形, ,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果, ,可繪出土可繪出土基頂面壓應(yīng)力與回彈變形的關(guān)系曲線?；斆鎵簯?yīng)力與回彈變形的關(guān)系曲線。根據(jù)彈性力學(xué)理論，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的回彈變形根據(jù)彈性力學(xué)理論，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的回彈變形可以計(jì)算土基的回彈模量：可以計(jì)算土基的回彈模量： 式中：式中：ll承載板的回彈變形，承載板的回彈變形，m m； DD承載板的直徑，承載板的直徑，m m； EE土體的回彈模量，土體的回彈模量，kPakPa； 土體的泊松比；土

27、體的泊松比； pp承載板壓強(qiáng)，承載板壓強(qiáng)，kpakpa。 lpDE)1(2 u模量：模量：初始切線模量初始切線模量切線模量切線模量割線模量割線模量回彈模量回彈模量3 3、土基的流變性質(zhì)、土基的流變性質(zhì) u土是具有流變性質(zhì)材料：在荷載作用下的變形不土是具有流變性質(zhì)材料：在荷載作用下的變形不僅與荷載大小有關(guān)，而且還與僅與荷載大小有關(guān)，而且還與荷載作用時(shí)間荷載作用時(shí)間有關(guān)。有關(guān)。 u回彈變形與荷載的作用時(shí)間關(guān)系不大，塑性變形回彈變形與荷載的作用時(shí)間關(guān)系不大，塑性變形與荷載的作用時(shí)間關(guān)系大，與荷載的作用時(shí)間關(guān)系大，土的流變性主要同塑性土的流變性主要同塑性變形有關(guān)變形有關(guān)。 u車輛行駛時(shí)，車輛行駛時(shí)，車

28、輛荷載對(duì)路基的作用時(shí)間短，產(chǎn)車輛荷載對(duì)路基的作用時(shí)間短，產(chǎn)生的塑性變形比靜載長(zhǎng)期作用下的塑性變形小得多。生的塑性變形比靜載長(zhǎng)期作用下的塑性變形小得多?？梢钥梢栽谝话闱闆r下，在一般情況下，不考慮土基的流變性質(zhì)不考慮土基的流變性質(zhì)四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響 u土基在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生的塑性變形積累，最土基在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生的塑性變形積累，最終將導(dǎo)致何種狀況，主要取決于：終將導(dǎo)致何種狀況，主要取決于： （1 1）土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水量、密實(shí)度、）土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水量、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 狀態(tài)）；狀態(tài)）； （2 2）重復(fù)荷載的大小以重復(fù)荷載同一次靜載下達(dá)）重復(fù)荷載的大小以重復(fù)荷載同一

29、次靜載下達(dá)到的極限強(qiáng)度之比來(lái)表示，即相對(duì)荷載；到的極限強(qiáng)度之比來(lái)表示，即相對(duì)荷載； （3 3）荷載作用的性質(zhì)，即重復(fù)荷載的施加速度，）荷載作用的性質(zhì)，即重復(fù)荷載的施加速度，每次作用的持續(xù)時(shí)間以及重復(fù)作用的頻率；每次作用的持續(xù)時(shí)間以及重復(fù)作用的頻率； （4 4）土基中側(cè)向應(yīng)力的大小。）土基中側(cè)向應(yīng)力的大小。 u重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積塑性變形累積： （1 1）土體逐漸被壓密）土體逐漸被壓密, ,每次的塑性變形量逐漸減小每次的塑性變形量逐漸減小, ,直至最后穩(wěn)定直至最后穩(wěn)定, ,這種不會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生剪切破壞這種不會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生剪切破壞. . （2 2

30、）每一次加載作用在土體中產(chǎn)生了逐步發(fā)展的剪）每一次加載作用在土體中產(chǎn)生了逐步發(fā)展的剪切變形切變形, ,形成能引起土體整體破壞的剪裂面形成能引起土體整體破壞的剪裂面, ,最后達(dá)最后達(dá)到破壞。到破壞。 在重復(fù)應(yīng)力低于臨界值的范圍內(nèi)在重復(fù)應(yīng)力低于臨界值的范圍內(nèi), ,總應(yīng)變的累積規(guī)律在半總應(yīng)變的累積規(guī)律在半對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)( (或?qū)?shù)或?qū)?shù)) )坐標(biāo)上一般呈線性關(guān)系坐標(biāo)上一般呈線性關(guān)系, ,可表示為可表示為 1 1= =a+blgNa+blgN 式中：式中：a a 應(yīng)力一次作用下的初始應(yīng)變；應(yīng)力一次作用下的初始應(yīng)變； bb應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)回歸系數(shù)；應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)回歸系數(shù)； NN應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)。應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)。 第四節(jié)第

31、四節(jié) 土基的承載能力u路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它的抵抗車輪荷路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它的抵抗車輪荷載能力的大小，主要決定于路基頂面在一定應(yīng)載能力的大小，主要決定于路基頂面在一定應(yīng)力級(jí)位下抵抗變形的能力。力級(jí)位下抵抗變形的能力。u用于表征土基承載力的主要參數(shù)指標(biāo)：用于表征土基承載力的主要參數(shù)指標(biāo)： 回彈模量回彈模量 地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量 加州承載比加州承載比(CBR)以回彈模量表征土基的承載能力，可以以回彈模量表征土基的承載能力，可以反映土反映土 基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)，因而可以，因而可以 應(yīng)用彈性理論公式描述荷載與變形之間的關(guān)系。應(yīng)用彈性理論公

32、式描述荷載與變形之間的關(guān)系。 有兩種承載板可以用于測(cè)定土基回彈模量：有兩種承載板可以用于測(cè)定土基回彈模量： 、柔性壓板：、柔性壓板：用柔性壓板測(cè)定回彈模量，土基與用柔性壓板測(cè)定回彈模量，土基與壓板之間的接觸壓力為常量，即：壓板之間的接觸壓力為常量，即： 2)(aPrp 承載板的撓度承載板的撓度l(r)與坐標(biāo)與坐標(biāo)r有關(guān)，在壓板中心處有關(guān)，在壓板中心處 (r0)，即：即： 在柔性壓板邊緣處在柔性壓板邊緣處ra，其撓度可以按下式計(jì)算：，其撓度可以按下式計(jì)算： Epalr)1(220 Epalar)1 (42 、剛性承載板、剛性承載板: : u板底接觸壓力則隨板底接觸壓力則隨r值的變化，成鞍形分布。

33、其撓度值的變化，成鞍形分布。其撓度值與接觸壓力值與接觸壓力p值可分別按下式計(jì)算。值可分別按下式計(jì)算。 4)1(22Epal 2221)(raparp u在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙仍趯?shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙?易于測(cè)量，壓力容易控制。易于測(cè)量，壓力容易控制。 u試驗(yàn)時(shí)宜采用逐級(jí)加載卸載法，每級(jí)增加試驗(yàn)時(shí)宜采用逐級(jí)加載卸載法，每級(jí)增加0.04MPa 0.04MPa 。 待卸載穩(wěn)定待卸載穩(wěn)定1min1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級(jí)荷載。后讀取回彈彎沉值，再加下一級(jí)荷載。回彈變形值超過(guò)回彈變形值超過(guò)1mm1mm時(shí)，則停止加載?？牲c(diǎn)繪出荷時(shí)，則停止加載?？牲c(diǎn)繪出

34、荷載載回彈彎沉曲線?；貜棌澇燎€。 u在曲線上選取合適的量值按下式進(jìn)行計(jì)算。在曲線上選取合適的量值按下式進(jìn)行計(jì)算。 式中：式中：p pi i，l li i分別為各級(jí)荷載的單位壓力與相對(duì)應(yīng)分別為各級(jí)荷載的單位壓力與相對(duì)應(yīng)的回彈彎沉值。的回彈彎沉值。)1(2200 iilpaEu用溫克勒用溫克勒(E(EWinkler)Winkler)地基模型描述土基工作狀地基模型描述土基工作狀 態(tài)時(shí)，用地基反應(yīng)模量態(tài)時(shí)，用地基反應(yīng)模量K K表征土基的承載力。表征土基的承載力。 u溫克勒地基假定溫克勒地基假定：土基頂面任一點(diǎn)的彎沉：土基頂面任一點(diǎn)的彎沉l l，僅同，僅同 作用于該點(diǎn)的垂直壓力作用于該點(diǎn)的垂直壓力p

35、p成正比，而同其相鄰點(diǎn)處成正比，而同其相鄰點(diǎn)處 的壓力無(wú)關(guān)。的壓力無(wú)關(guān)。 u地基如同由許多各不相連的彈簧所組成（稠密液地基如同由許多各不相連的彈簧所組成（稠密液 體地基）體地基） u壓力壓力p p與彎沉與彎沉l l之比稱為地基反應(yīng)模量之比稱為地基反應(yīng)模量K K。 lpK 地基反應(yīng)模量用承載板試驗(yàn)確定：地基反應(yīng)模量用承載板試驗(yàn)確定： u承載板的直徑規(guī)定為承載板的直徑規(guī)定為76cm76cm。 u測(cè)定方法與回彈模量測(cè)定方法相類似，但是采取測(cè)定方法與回彈模量測(cè)定方法相類似，但是采取一次加載到位的方法。一次加載到位的方法。 u施加荷載的量值根據(jù)不同的工程對(duì)象，有兩種方施加荷載的量值根據(jù)不同的工程對(duì)象，有

36、兩種方法供選用。法供選用。 u當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)：用：用0.127cm0.127cm的彎沉量控制承載的彎沉量控制承載板的荷載。因?yàn)椋ǔＧ闆r下混凝土路面板的彎板的荷載。因?yàn)椋ǔＧ闆r下混凝土路面板的彎沉不會(huì)超出這一范圍。沉不會(huì)超出這一范圍。 u地基較為堅(jiān)實(shí)地基較為堅(jiān)實(shí)：彎沉值難以達(dá)到：彎沉值難以達(dá)到0.127cm0.127cm時(shí)，則采時(shí)，則采用另一種控制方法，以單位壓力用另一種控制方法，以單位壓力p p70kPa70kPa控制承控制承載板的荷載。載板的荷載。 u承載板直徑的大小對(duì)其值有一定影響，直徑越承載板直徑的大小對(duì)其值有一定影響，直徑越小，小，K K值越大。值越大。 u但是由

37、試驗(yàn)得知，當(dāng)承載板直徑大于但是由試驗(yàn)得知，當(dāng)承載板直徑大于76cm76cm時(shí)，時(shí)，其值的變化很小，因此規(guī)定以直徑為其值的變化很小，因此規(guī)定以直徑為76cm76cm的承的承載板為標(biāo)準(zhǔn)。載板為標(biāo)準(zhǔn)。 u當(dāng)采用直徑為當(dāng)采用直徑為30cm30cm的承載板測(cè)定時(shí)，可按下式的承載板測(cè)定時(shí)，可按下式進(jìn)行修正：進(jìn)行修正： K K76760.4K0.4K3030 三、加州承載比(CBR)u加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的一種一種 評(píng)定土基及路面材料承載能力的指標(biāo)評(píng)定土基及路面材料承載能力的指標(biāo)。承。承載能力載能力以以 材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表材料抵抗局部荷

38、載壓入變形的能力表征征，并，并采用高采用高 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的相對(duì)比值表示相對(duì)比值表示CBR CBR 值值。 uCBRCBR值有室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。值有室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。 u室內(nèi)要按施工現(xiàn)場(chǎng)的含水量和壓實(shí)度成型圓柱室內(nèi)要按施工現(xiàn)場(chǎng)的含水量和壓實(shí)度成型圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試件，在加載前要浸水形標(biāo)準(zhǔn)試件，在加載前要浸水4d4d。 u室外測(cè)試結(jié)果受現(xiàn)場(chǎng)含水量和壓實(shí)均勻性的影室外測(cè)試結(jié)果受現(xiàn)場(chǎng)含水量和壓實(shí)均勻性的影響，必須加以修正。響，必須加以修正。四、土基各強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系回彈模量回彈模量E E0 0與地基反應(yīng)模量與地基反應(yīng)模量k k的關(guān)系的關(guān)系 E Ec c水泥混凝

39、土板的彈性模量，水泥混凝土板的彈性模量，MpaMpa； h h水泥混凝土板厚度，水泥混凝土板厚度，m m； hEEEkc)1 (1 ()1 (91. 0200320204233200)1(34)1(kEhE 回彈模量回彈模量E E與加州承載比與加州承載比CBRCBR的關(guān)系的關(guān)系 n n為常數(shù)，一般為為常數(shù)，一般為211211之間之間 地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量k k與加州承載比與加州承載比CBRCBR的關(guān)系：的關(guān)系： 76114kCBR85.009.8CBREnCBRE0第五節(jié)第五節(jié) 路基的變形、破壞及防治 一、路基的主要病害一、路基的主要病害 路基的主要病害有以下幾種路基的主要病害有以下幾種:

40、 : 1 1、 路基沉陷路基沉陷 ：(1)(1)自身壓縮沉陷自身壓縮沉陷 (2)(2)天然地基承載力不足引起的沉陷。天然地基承載力不足引起的沉陷。 2 2邊坡滑塌：溜方、滑坡邊坡滑塌：溜方、滑坡 3 3碎落和崩塌碎落和崩塌 4 4路基沿山坡滑動(dòng)路基沿山坡滑動(dòng) 5 5不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞 二、路基病害防治為提高路基的穩(wěn)定性，防治各種病害的產(chǎn)生，為提高路基的穩(wěn)定性，防治各種病害的產(chǎn)生，主要有以主要有以 下一些措施：下一些措施： 1 1正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。 2 2選擇良好的路基用土填筑路基，必要時(shí)對(duì)路選擇良好的路基用土填筑路基，必要時(shí)對(duì)

41、路基上層填土作穩(wěn)定處理?；蠈犹钔磷鞣€(wěn)定處理。 3 3采取正確的填筑方法，充分壓實(shí)路基，保證采取正確的填筑方法，充分壓實(shí)路基，保證達(dá)到規(guī)定達(dá)到規(guī)定 的壓實(shí)度。的壓實(shí)度。 4 4適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上下水位上 升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍。升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍。 5 5正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)( (包括地面排水、地下排水、包括地面排水、地下排水、路路 面結(jié)構(gòu)排水以及地基的特殊排水面結(jié)構(gòu)排水以及地基的特殊排水) )。 6 6必要時(shí)設(shè)計(jì)隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔必要時(shí)設(shè)計(jì)隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層溫層 減少路基冰凍深度和水分累積，

42、設(shè)置砂墊減少路基冰凍深度和水分累積，設(shè)置砂墊層以疏層以疏 干土基。干土基。 7 7采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、土體加筋采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、土體加筋等防等防 護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。 以上各項(xiàng)技術(shù)措施的宗旨在于以上各項(xiàng)技術(shù)措施的宗旨在于限制水分侵入限制水分侵入路基，或使已侵路基的水分迅速排除，保持干路基，或使已侵路基的水分迅速排除，保持干燥，提高路基的整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性燥，提高路基的整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性。 第六節(jié)路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性第六節(jié)路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性 路面所用材料的分類路面所用材料的分類 (1)(1)松散顆粒型材料及塊料；松散顆粒型材料及

43、塊料； (2)(2)瀝青結(jié)合料類；瀝青結(jié)合料類； (3)(3)無(wú)機(jī)結(jié)合料類。無(wú)機(jī)結(jié)合料類。 這些材料按不同的成型方式這些材料按不同的成型方式( (密實(shí)型、嵌擠型密實(shí)型、嵌擠型和穩(wěn)定型和穩(wěn)定型) )形成各種結(jié)構(gòu)層。形成各種結(jié)構(gòu)層。 一、抗剪強(qiáng)度 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度材料受剪切時(shí)的極限或最大應(yīng)力材料受剪切時(shí)的極限或最大應(yīng)力 路面結(jié)構(gòu)層因抗剪強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞的情況有：路面結(jié)構(gòu)層因抗剪強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞的情況有： (1)路面結(jié)構(gòu)層厚度較薄，總體剛度不足，車輪荷路面結(jié)構(gòu)層厚度較薄，總體剛度不足，車輪荷載通過(guò)薄層結(jié)構(gòu)傳給土基的剪應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致載通過(guò)薄層結(jié)構(gòu)傳給土基的剪應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致路基路面整體結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破

44、壞；路基路面整體結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞； (2)無(wú)結(jié)合料的粒料基層因?qū)游徊缓侠?，?nèi)部剪應(yīng)無(wú)結(jié)合料的粒料基層因?qū)游徊缓侠?，?nèi)部剪應(yīng)力過(guò)大而引起部分結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生剪切破壞；力過(guò)大而引起部分結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生剪切破壞； (3)面層結(jié)構(gòu)的材料抗剪強(qiáng)度較低，如高氣溫條件面層結(jié)構(gòu)的材料抗剪強(qiáng)度較低，如高氣溫條件下的瀝青面層、級(jí)配碎石面層等，經(jīng)受較大的下的瀝青面層、級(jí)配碎石面層等，經(jīng)受較大的水平推力時(shí)，面層材料產(chǎn)生縱向或橫向推移等水平推力時(shí)，面層材料產(chǎn)生縱向或橫向推移等各種剪切破壞。各種剪切破壞。 摩爾摩爾(MohrCoumbnb)(MohrCoumbnb)強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度 包括包括摩擦阻力摩

45、擦阻力和和粘結(jié)力粘結(jié)力兩部分組成，摩擦阻力同作用兩部分組成，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)力為材料固有在剪切面上的法向正應(yīng)力成正比；粘結(jié)力為材料固有 性質(zhì)，與法向正應(yīng)力無(wú)關(guān)，即：性質(zhì)，與法向正應(yīng)力無(wú)關(guān)，即： 式中式中 抗剪強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度，kPakPa； cc材料的粘結(jié)力，材料的粘結(jié)力，kPakPa； 法向正應(yīng)力，法向正應(yīng)力，kPakPa； 材料的內(nèi)摩阻角。材料的內(nèi)摩阻角。 uc c和和 是表征路面材料抗剪強(qiáng)度的兩項(xiàng)參數(shù)，通過(guò)是表征路面材料抗剪強(qiáng)度的兩項(xiàng)參數(shù)，通過(guò) 直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)，繪出，繪出-曲線后，按上式確定曲線后，按上式確定tgc u對(duì)于對(duì)于松散粒料松散粒料無(wú)法

46、進(jìn)行無(wú)法進(jìn)行直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)時(shí)，可以由時(shí)，可以由三軸壓三軸壓 縮試驗(yàn)縮試驗(yàn)，繪制摩爾圓和相應(yīng)的包絡(luò)線，按上式直線，繪制摩爾圓和相應(yīng)的包絡(luò)線，按上式直線 關(guān)系近似確定關(guān)系近似確定c c、 值。由于三軸試驗(yàn)較接近實(shí)際受值。由于三軸試驗(yàn)較接近實(shí)際受力狀態(tài)，因此得到廣泛應(yīng)用。力狀態(tài)，因此得到廣泛應(yīng)用。 u對(duì)于對(duì)于能作抗拉和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)的材料能作抗拉和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)的材料，可以根據(jù)，可以根據(jù) 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 t t和抗壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度 c c推算推算c c、 值。值。 tcc21)arcsin(tctc u 土和顆粒材料的抗剪強(qiáng)度土和顆粒材料的抗剪強(qiáng)度是由礦質(zhì)顆粒之間的摩是由礦質(zhì)顆粒之間的摩擦、嵌擠

47、以及毛細(xì)和吸附等作用形成的。其參數(shù)同顆擦、嵌擠以及毛細(xì)和吸附等作用形成的。其參數(shù)同顆粒的大小和形狀、礦物成分和級(jí)配、密實(shí)度和含水量、粒的大小和形狀、礦物成分和級(jí)配、密實(shí)度和含水量、受力條件等因素有關(guān)。受力條件等因素有關(guān)。 u 瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度不僅同礦料的級(jí)配組成、形不僅同礦料的級(jí)配組成、形狀和表面特性有關(guān)，也同瀝青的粘度和用量有關(guān)，還狀和表面特性有關(guān)，也同瀝青的粘度和用量有關(guān)，還與試驗(yàn)溫度、加荷速率等因素有關(guān)?；旌狭现械牡V質(zhì)與試驗(yàn)溫度、加荷速率等因素有關(guān)?；旌狭现械牡V質(zhì)粒料因有瀝青涂敷，其摩阻力比純粒料有所下降。粒料因有瀝青涂敷，其摩阻力比純粒料有所下降。 二、抗拉強(qiáng)度

48、 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度材料受拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力材料受拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力 瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在在氣溫氣溫急驟下降時(shí)產(chǎn)生收縮，水泥混凝土路面和各急驟下降時(shí)產(chǎn)生收縮，水泥混凝土路面和各種半剛性基層在種半剛性基層在大氣濕度變化大氣濕度變化時(shí)，產(chǎn)生明顯的干縮，時(shí)，產(chǎn)生明顯的干縮，這些收縮變形受到約束阻力時(shí)，將在結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生這些收縮變形受到約束阻力時(shí)，將在結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉力，當(dāng)材料的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗上述拉應(yīng)力時(shí)，拉力，當(dāng)材料的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗上述拉應(yīng)力時(shí)，路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生拉伸斷裂。路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生拉伸斷裂。 抗拉強(qiáng)度的測(cè)定抗拉強(qiáng)度的測(cè)定通常用下列

49、兩種方法測(cè)定通常用下列兩種方法測(cè)定 ： 直接拉伸試驗(yàn)直接拉伸試驗(yàn) 間接拉伸試驗(yàn)（即劈裂試驗(yàn)）間接拉伸試驗(yàn)（即劈裂試驗(yàn)）u抗拉強(qiáng)度主要由混合料中抗拉強(qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力結(jié)合料的粘結(jié)力提供。提供。 u瀝青混合料在常溫下瀝青混合料在常溫下，抗拉強(qiáng)度，隨瀝青含量，抗拉強(qiáng)度，隨瀝青含量和加荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的和加荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的增加而下降；增加而下降； u瀝青混合料在負(fù)溫下瀝青混合料在負(fù)溫下，抗拉強(qiáng)度隨瀝青針入度，抗拉強(qiáng)度隨瀝青針入度和溫度的降低會(huì)略有下降；和溫度的降低會(huì)略有下降； u水硬性材料水硬性材料，影響抗拉強(qiáng)度的因素有集料（或，影響抗拉強(qiáng)度的因素有

50、集料（或土）組成、結(jié)合料含量和活性（或水灰比），土）組成、結(jié)合料含量和活性（或水灰比），伴制均勻性和壓實(shí)程度，齡期。伴制均勻性和壓實(shí)程度，齡期。三、抗彎拉強(qiáng)度 抗彎拉強(qiáng)度抗彎拉強(qiáng)度材料受彎拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力材料受彎拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力 路面材料路面材料的抗彎拉強(qiáng)度，大多通過(guò)簡(jiǎn)支小梁的抗彎拉強(qiáng)度，大多通過(guò)簡(jiǎn)支小梁試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。小梁截面邊長(zhǎng)的尺寸應(yīng)不低于混試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。小梁截面邊長(zhǎng)的尺寸應(yīng)不低于混合料中集料最大粒徑的合料中集料最大粒徑的4 4倍。通常采用三分點(diǎn)加倍。通常采用三分點(diǎn)加載，材料的抗彎拉強(qiáng)度按下式計(jì)算：載，材料的抗彎拉強(qiáng)度按下式計(jì)算： 式中：式中：pp破壞荷載，破壞荷載，kNkN； l

51、l支點(diǎn)間距，支點(diǎn)間距，m m； b b，hh試件截面的寬度和高度，試件截面的寬度和高度，m m。 2bhPlt 四、應(yīng)力一應(yīng)變特性 1 1、顆粒材料、顆粒材料 u無(wú)結(jié)合料碎礫石材料無(wú)結(jié)合料碎礫石材料 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變特性具有明顯的應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征，即彈性模量非線性特征，即彈性模量E Er r，隨偏應(yīng)力，隨偏應(yīng)力 d d(1 1 3 3 ) )的增大而減小，隨側(cè)壓力的增大而減小，隨側(cè)壓力 3 3的增大而增大。的增大而增大。 u采用三軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。采用三軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。 2 2、水泥穩(wěn)定類材料的應(yīng)力應(yīng)變特性、水泥穩(wěn)定類材料的應(yīng)力應(yīng)變特性 u水泥穩(wěn)定材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以通過(guò)單軸或

52、三水泥穩(wěn)定材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以通過(guò)單軸或三 軸壓縮試驗(yàn)或小梁彎曲試驗(yàn)得到。軸壓縮試驗(yàn)或小梁彎曲試驗(yàn)得到。 u 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也呈現(xiàn)出非線性狀，模量是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也呈現(xiàn)出非線性狀，模量是應(yīng)力（偏應(yīng)力和側(cè)限應(yīng)力）函數(shù)；在應(yīng)力級(jí)應(yīng)力（偏應(yīng)力和側(cè)限應(yīng)力）函數(shù)；在應(yīng)力級(jí)位低于極限荷載的位低于極限荷載的50%60%時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線可近似為線性的。線可近似為線性的。 u在不具備三軸壓縮試驗(yàn)條件時(shí)，可以采用室在不具備三軸壓縮試驗(yàn)條件時(shí)，可以采用室內(nèi)承載板法測(cè)定無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料早期抗壓內(nèi)承載板法測(cè)定無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料早期抗壓回彈模量?；貜椖Ａ?。 3 3、瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變特性、瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變

53、特性 1)瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 u瀝青及瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有隨瀝青及瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有隨溫度溫度和和荷載作用時(shí)間荷載作用時(shí)間而變化的特性，具有粘彈性性狀。而變化的特性，具有粘彈性性狀。 u彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變加載或卸載時(shí)，立即產(chǎn)生或恢復(fù)的應(yīng)變；加載或卸載時(shí)，立即產(chǎn)生或恢復(fù)的應(yīng)變； u粘彈性應(yīng)變粘彈性應(yīng)變應(yīng)變隨加載時(shí)間或卸載時(shí)間增加而增應(yīng)變隨加載時(shí)間或卸載時(shí)間增加而增加或減少的應(yīng)變；加或減少的應(yīng)變； u塑性應(yīng)變塑性應(yīng)變?cè)谛遁d后應(yīng)變不能恢復(fù)的應(yīng)變。在卸載后應(yīng)變不能恢復(fù)的應(yīng)變。 u隨隨施加荷載的大小施加荷載的大小和和作用時(shí)間的不同作用時(shí)間的不同，表現(xiàn)出不同，

54、表現(xiàn)出不同的彈性性質(zhì)、粘彈性性質(zhì)和粘彈塑性性質(zhì)。的彈性性質(zhì)、粘彈性性質(zhì)和粘彈塑性性質(zhì)。 u瀝青及瀝青混合料的力學(xué)特性受瀝青及瀝青混合料的力學(xué)特性受溫度溫度與與加載時(shí)間加載時(shí)間的的影響較大。影響較大。瀝青混合料瀝青混合料 u反映瀝青和瀝青混合料在給定溫度和加荷時(shí)間條反映瀝青和瀝青混合料在給定溫度和加荷時(shí)間條 件下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的參數(shù)，稱為勁度。件下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的參數(shù)，稱為勁度。TtTtES,)(式中：式中： S St t,T,T勁度模量，勁度模量，kPa kPa ； 施加的應(yīng)力，施加的應(yīng)力，kPakPa； 總應(yīng)變；總應(yīng)變； tt荷載作用時(shí)間，荷載作用時(shí)間，s s； TT混合料試驗(yàn)溫度，混合料試

55、驗(yàn)溫度，o oC C。 u由瀝青勁度試驗(yàn)曲線可以看出：由瀝青勁度試驗(yàn)曲線可以看出： （1 1）當(dāng)加荷時(shí)間短或溫度較低時(shí)，曲線接近水）當(dāng)加荷時(shí)間短或溫度較低時(shí)，曲線接近水平，表明材料處于彈性狀態(tài)。平，表明材料處于彈性狀態(tài)。 （2 2）加荷時(shí)間很長(zhǎng)或溫度較高時(shí)，則表現(xiàn)為粘）加荷時(shí)間很長(zhǎng)或溫度較高時(shí)，則表現(xiàn)為粘滯性狀；中間過(guò)渡段兼有彈一粘性狀態(tài)。滯性狀；中間過(guò)渡段兼有彈一粘性狀態(tài)。 （3 3）各種溫度條件下的曲線形狀有相似性，只）各種溫度條件下的曲線形狀有相似性，只是在水平方向有一個(gè)時(shí)間間隔。是在水平方向有一個(gè)時(shí)間間隔。 （4 4）這表明溫度對(duì)勁度的影響與加荷時(shí)間對(duì)勁）這表明溫度對(duì)勁度的影響與加荷時(shí)

56、間對(duì)勁度的影響具有等效互換性。度的影響具有等效互換性。五、測(cè)定瀝青混合料的勁度試驗(yàn)方法 1 1、蠕變模量試驗(yàn)、蠕變模量試驗(yàn) 對(duì)瀝青混合料試件施加恒定的單軸和三軸對(duì)瀝青混合料試件施加恒定的單軸和三軸荷載測(cè)定試件的壓縮應(yīng)變隨時(shí)間的增長(zhǎng)。荷載測(cè)定試件的壓縮應(yīng)變隨時(shí)間的增長(zhǎng)。 荷載可以是靜態(tài)的（大小隨時(shí)間不變），荷載可以是靜態(tài)的（大小隨時(shí)間不變），也可以也可以 是動(dòng)態(tài)的（連續(xù)的正弦波形）或重復(fù)是動(dòng)態(tài)的（連續(xù)的正弦波形）或重復(fù)的（正弦或梯形）的（正弦或梯形） 波形，但各次脈沖之間有波形，但各次脈沖之間有一段應(yīng)力為零的間隙時(shí)間。一段應(yīng)力為零的間隙時(shí)間。)( tSd2 2、動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn) 對(duì)試件

57、施加連續(xù)的正弦波形軸向應(yīng)力對(duì)試件施加連續(xù)的正弦波形軸向應(yīng)力 量測(cè)由此產(chǎn)生的正弦變化的軸向應(yīng)變量測(cè)由此產(chǎn)生的正弦變化的軸向應(yīng)變 復(fù)數(shù)模量或動(dòng)態(tài)模量復(fù)數(shù)模量或動(dòng)態(tài)模量 ttsin)(0)sin()(0tt)()(*ttE3 3、回彈模量試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn) 對(duì)試件重復(fù)施加梯（矩）形或半正弦（三角）對(duì)試件重復(fù)施加梯（矩）形或半正弦（三角）形形 軸向應(yīng)力或荷載，量測(cè)軸向回彈應(yīng)變、徑向軸向應(yīng)力或荷載，量測(cè)軸向回彈應(yīng)變、徑向回彈應(yīng)變回彈應(yīng)變 或回彈撓度進(jìn)行。或回彈撓度進(jìn)行。 三軸壓縮回彈模量三軸壓縮回彈模量 間接拉伸（劈裂）回彈模量間接拉伸（劈裂）回彈模量 彎曲回彈模量彎曲回彈模量rdrE1hPEhrr)2

58、7.0(IPlErr129623第七節(jié) 路面材料的累積變形與 疲勞特性u(píng) 由于重復(fù)荷載作用引起的路面結(jié)構(gòu)破壞極限狀由于重復(fù)荷載作用引起的路面結(jié)構(gòu)破壞極限狀態(tài)態(tài), ,不同于最大極限荷載引起的破壞極限狀態(tài)。不同于最大極限荷載引起的破壞極限狀態(tài)。 u 路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞極限狀態(tài)有二類：破壞極限狀態(tài)有二類： 第一類第一類: :若路面材料處于若路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)彈塑性工作狀態(tài)，則重復(fù)，則重復(fù)荷載作用將引起塑性變形的累積，當(dāng)累積變形超荷載作用將引起塑性變形的累積，當(dāng)累積變形超出一定限度時(shí)，路面使用功能將下降至允許限度出一定限度時(shí)，路

59、面使用功能將下降至允許限度以下，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)；以下，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)； 第二類第二類: :路面材料處于路面材料處于彈性工作狀態(tài)彈性工作狀態(tài)，在重復(fù)荷載作，在重復(fù)荷載作用下雖不產(chǎn)生塑性變形，但是結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生微用下雖不產(chǎn)生塑性變形，但是結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生微量損傷，當(dāng)微量損傷累積達(dá)到一定限度時(shí)，路面量損傷，當(dāng)微量損傷累積達(dá)到一定限度時(shí)，路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。一、累積變形 u路面結(jié)構(gòu)在車輪荷載重復(fù)作用下因塑性變形累積而路面結(jié)構(gòu)在車輪荷載重復(fù)作用下因塑性變形累積而產(chǎn)生產(chǎn)生沉陷沉陷或或車轍車轍，是路面結(jié)構(gòu)的主要病害。這種永，是路面結(jié)構(gòu)的主要病害。這種

60、永久性的變形是路基路面各結(jié)構(gòu)層材料塑性變形的綜久性的變形是路基路面各結(jié)構(gòu)層材料塑性變形的綜合合。 1. 1.碎、礫石混合料碎、礫石混合料 碎、礫石混合料在重復(fù)應(yīng)力作用下的塑性變形累積碎、礫石混合料在重復(fù)應(yīng)力作用下的塑性變形累積規(guī)律同細(xì)粒土相似。規(guī)律同細(xì)粒土相似。 2 2、瀝青混合料、瀝青混合料 塑性應(yīng)變量隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而增加的情塑性應(yīng)變量隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而增加的情況。溫度越高，塑性應(yīng)變累積量越大。況。溫度越高，塑性應(yīng)變累積量越大。 影響累積變形的因素，除了溫度、施加應(yīng)力大影響累積變形的因素，除了溫度、施加應(yīng)力大小以及加荷時(shí)間之外，小以及加荷時(shí)間之外， 同集料的狀況也有關(guān)系。同集料的狀