2-行車荷載解讀課件

第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)行車荷載第二節(jié)環(huán)境因素影響第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性第四節(jié)土基的承載能力第五節(jié)路基的變形、破壞及防治第六節(jié)路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性第七節(jié)路面材料的累積變形與疲勞特性1第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)行車荷載1第一節(jié)行車荷載一、車輛和類型和軸型（一）車輛的種類客車(bus)

小客車自重和滿載重量小，車速高，120km/h以上中客車6～20個座位大客車20個座位以上，長途客運(yùn)和城市公共交通貨車(truck)整車貨箱與汽車發(fā)動機(jī)一體。牽引式掛車牽引車與掛車分離牽引式半掛車牽引車與掛車分離，鉸接。2第一節(jié)行車荷載一、車輛和類型和軸型客車(bus)小客車自路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要以軸載作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。重型貨車與大客車起決定作用，輕型貨車與中、小客車影響很小，有時可以忽略不計。評定路面表面特征時，如路面的平整度、防滑性，應(yīng)考慮小客車的安全性和可靠性。3路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要以軸載作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。重型貨車與大客車起決定不同軸型的貨車示意圖二、汽車的軸型我國以100kN作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸重。4不同軸型的貨車示意圖二、汽車三、汽車對道路的靜態(tài)壓力1.輪載靜態(tài)壓力影響因素1）輪載的大小2）汽車輪胎的內(nèi)壓力3）輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀5三、汽車對道路的靜態(tài)壓力1.輪載靜態(tài)壓力影響因素1）輪載的（a）6.5-16走向花紋（b）6.5-16橫向花紋（c）11.00-20橫向花紋6（a）6.5-16走向花紋810kpa/1328kg

810kpa/2500kg

810kpa/5000kg

典型測試結(jié)果：11.00-20走向花紋輪胎接地壓力分布實測7810kpa/1328kg810kpa/2500kg81典型測試結(jié)果：11.00-20橫向花紋輪胎接地壓力分布實測810kpa/1900kg

810kpa/2500kg

810kpa/5000kg

2.輪載靜態(tài)壓力的簡化8典型測試結(jié)果：11.00-20橫向花紋輪胎接地壓力分布實測簡化為單圓簡化為雙圓單圓當(dāng)量圓直徑雙圓當(dāng)量圓直徑3.路面設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）100輪胎接地壓強(qiáng)p（MPa）0.70單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d（cm）21.30兩輪中心距（cm）1.5d9簡化為單圓簡化為雙圓單圓當(dāng)量圓直徑雙圓當(dāng)量圓直徑3.路面設(shè)四、運(yùn)動車輛對道路的動態(tài)影響縱向水平力橫向水平力水平力：Qmax≤Pφ，P—車輪垂直壓力，φ—路面附著系數(shù)

φ的最大值一般不超過0.7～0.8；干燥狀態(tài)的值比潮濕狀態(tài)高；車速提高時，φ將減小1.

輪載對路面的水平力10四、運(yùn)動車輛對道路的動態(tài)影響縱向水平力橫向水平力水平力：Qm2.

動態(tài)輪載的波動性軸載的動態(tài)變化車速為60km/h;輪胎著地長度23cm（著地時間0.014s）路面中等平整度112.動態(tài)輪載的波動性軸載的動態(tài)變化11動載波動性即變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)離差與輪載靜載之比)的影響因素：(1)行車速度(2)路面平整度(3)車輛的振動特性振動輪載的最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)。在設(shè)計路面時，有時以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計荷載。12動載波動性即變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)離差與輪載靜載之比)的影響3.輪載作用的瞬時性車速同路面變形的關(guān)系1—水泥混凝土路面，角隅彎沉量或邊緣應(yīng)變量隨車速變化；2—瀝青路面，表面總彎沉量隨車速的變化。133.輪載作用的瞬時性車速同路面變形的關(guān)系134.輪載作用的重復(fù)性車輪通過路面上任一點，路面承受荷載的時間只有0.01~0.10s左右。動荷載作用下路面變形量的減小，可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對增大。路面材料在重復(fù)荷載作用下，呈現(xiàn)出材料的疲勞性質(zhì)，即材料的強(qiáng)度隨荷載重復(fù)次數(shù)增加而降低；彈塑性材料，如土基和柔性路面，呈現(xiàn)出變形的累積。在設(shè)計中要予以考慮。144.輪載作用的重復(fù)性車輪通過路面上任一點，路面承受荷載的時五、交通分析交通量調(diào)查，將車輛分成11類：小型貨車、中型貨車、大型貨車、小型客車、大型客車、拖掛車、小型拖拉機(jī)、大中型拖拉機(jī)、自行車、人力車和畜力車。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要考慮設(shè)計年限內(nèi)，車輛對路面的綜合累計損傷作用，必須對現(xiàn)有的交通量、軸載組成及增長規(guī)律進(jìn)行調(diào)查和預(yù)估，并通過適當(dāng)?shù)姆绞綄⑺鼈儞Q算成當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù)。15五、交通分析交通量調(diào)查，將車輛分成11類：小型貨車、中型貨車1.交通量調(diào)查車型對路面造成損壞的主要是2軸4輪以上的客車和貨車，2軸4輪和4輪以下的車輛對路面損壞很小，道路結(jié)構(gòu)設(shè)計可以不考慮這部分車輛的影響。2軸4輪以上的客車和貨車：按車型可分為整車類、半掛車類和全掛車類；按車輛的軸型可以分為單軸、雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸；按車軸的輪型可分為單輪和雙輪組。161.交通量調(diào)查車型對路面造成損壞的主要是2軸4輪以上的客車不同軸型貨車代表車型：二軸車三軸車四軸車17不同軸型貨車代表車型：二軸車三軸車四軸車17五軸車六軸車18五軸車六軸車18拖掛車代表車型：

三軸車四軸車

五軸車六軸車19拖掛車代表車型：三軸車四軸車五2.交通（軸載）量調(diào)查方法根據(jù)實測道路通過軸載次數(shù)和重量，獲得典型軸載譜。

軸載譜202.交通（軸載）量調(diào)查方法根據(jù)實測道路通過軸載次數(shù)和重量，方法一(以軸型為基礎(chǔ))：按照不同的軸輪類型把車軸分類(單軸單輪、單軸雙輪、雙聯(lián)軸雙輪、三聯(lián)軸雙輪)，然后對所有車軸進(jìn)行稱重調(diào)查，按照軸型歸類得到各類軸的軸載譜；方法(1)的直接對象是軸，適合于對軸型有較好識別能力的快速自動稱重儀器。

方法二（以車輛類型為基礎(chǔ)）：把車輛按照軸型組成和軸數(shù)進(jìn)行分類(如三軸整車、三軸半掛等)，分別調(diào)查各類車輛的通過數(shù)，并在各類車輛中抽取一定數(shù)量進(jìn)行稱重調(diào)查，再統(tǒng)計得到各類軸的軸載譜。方法(2)把車輛按照軸型進(jìn)行分類，調(diào)查時統(tǒng)計的是車輛數(shù)，便于識別，適合于人工配合進(jìn)行的移動或慢速固定設(shè)備測定，并與交通量觀測數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。

21方法一(以軸型為基礎(chǔ))：方法二（以車輛類型為基礎(chǔ)）：213.軸載換算調(diào)查得到的軸載與通行次數(shù)可以按等效原則換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量通行次數(shù)，我國水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范和瀝青路面設(shè)計規(guī)范均選用單軸雙輪組軸載100kN（BZZ-100）作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。各種軸載的作用次數(shù)進(jìn)行等效換算的原則是：第一，換算以達(dá)到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，即對同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸載作用N1次后路面達(dá)到預(yù)定的臨界狀態(tài)，乙軸載作用使路面達(dá)到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，此時甲乙兩種軸載作用是等效的；第二，對某一種交通組成，不論以哪種軸載的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軸載換算，由換算所得軸載作用次數(shù)計算的路面厚度是相同的。223.軸載換算22軸載換算系數(shù)ηi

式中：ηi—i級軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的換算系數(shù)；Ps—標(biāo)準(zhǔn)軸載重，kN；Ns—標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)；Pi—i級軸載重，kN；Ni—i級軸載作用次數(shù)；α—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)。瀝青路面、水泥混凝土路面和半剛性路面的結(jié)構(gòu)特性不同，損傷的標(biāo)準(zhǔn)也不同，因而系數(shù)α和n取值各不相同。23軸載換算系數(shù)ηi式中：瀝青路面、水泥混凝土路面和半剛性路4.瀝青路面竣工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次新建公路根據(jù)《工程可行性研究報告》提供的交通量OD調(diào)查資料，可得到大客車、中型貨車、大型貨車、拖掛車等各種車型組成的比例，以及預(yù)估第一年或設(shè)計年末的日平均汽車交通量。設(shè)計時應(yīng)對各種車型的軸重分布情況進(jìn)行調(diào)查，并應(yīng)根據(jù)交通載重的實際情況，計入空載、滿載、超載等因素，更真實地預(yù)估設(shè)計交通量。對改建工程可根據(jù)有代表性的月、日、時的實測軸載譜，或調(diào)查的各類型車的軸載分布資料（可將單軸大于或等于25KN的各種車輛分別按軸重每10KN分級排列）。244.瀝青路面竣工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次24軸載換算方法：1)當(dāng)以彎沉進(jìn)行厚度設(shè)計及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時式中：N——標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，次/日；ni——被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；P——標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN；Pi——被換算車輛的各級軸載，KN；k——被換算車輛的類型數(shù)；C1——軸載系數(shù)，C1=1+1.2(m-1),m是軸數(shù)。當(dāng)軸間距大于3米時，按單獨(dú)的一個軸載計算，當(dāng)間距小于3米時，按雙軸或多軸計算。C2——輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。不計25KN以下軸載25軸載換算方法：式中：不計25KN以下軸載252)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時不計小于50KN的軸載式中：C1′──軸數(shù)系數(shù)；當(dāng)間距小于3米時，按雙軸或多軸計算C1′=1+2(m-1),m是軸數(shù)。C2′──輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。上述軸載換算公式，適用于單軸軸載小于130kN，雙軸軸載小于220kN，三軸軸載小于260kN的情況。262)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時不計小于50KN的軸載5.水泥混凝土路面設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)1)各類車輛按軸型稱重和統(tǒng)計時，隨機(jī)統(tǒng)計3000輛2軸6輪及以上車輛中單軸、雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸等不同軸型出現(xiàn)的單軸次數(shù)（雙聯(lián)軸按2次單軸計，三聯(lián)軸按3次單軸計），并分別稱取其單軸軸重，按單軸軸重級位統(tǒng)計整理后得到軸載譜。不同單軸軸重級位i的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)kp,i：式中：Pi—單軸級位i的軸重（kN）Ps—設(shè)計軸載的軸載（kN）275.水泥混凝土路面設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)式中依據(jù)單軸軸載譜和相應(yīng)的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)，計算得到設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)Ns[軸次/(車道?日)]式中：ADTT—設(shè)計車道的年平均日貨車交通量[輛/(車道?日)]；n—隨機(jī)調(diào)查3000輛2軸6輪以上車輛中出現(xiàn)的單軸總軸數(shù)；Pi—單軸軸重級位i的頻率(以分?jǐn)?shù)計)。設(shè)計車道為道路行車道內(nèi)承受交通最繁重的一個車道，是整個路面的最不利車道。初期年平均日貨車交通量（雙向）乘以方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)，即為設(shè)計車道的年平均日貨車交通量(ADTT)。28依據(jù)單軸軸載譜和相應(yīng)的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)，計算得到設(shè)計車道2)以車輛類型為基礎(chǔ)進(jìn)行各種軸型的軸載稱重和統(tǒng)計時，可將2軸6輪及以上車輛分為整車、半掛和多掛3大類，每類車再按軸數(shù)細(xì)分，分別按車型稱重后得到單軸軸載譜。各類車輛的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)：式中：kp,k—k類車輛的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)；pi—k類車輛單軸軸重級位i的頻率（以分?jǐn)?shù)計）。292)以車輛類型為基礎(chǔ)進(jìn)行各種軸型的軸載稱重和統(tǒng)計時，可將2依據(jù)調(diào)查所得的車輛類型組成數(shù)據(jù)，計算確定設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)。式中：pk—k類車輛的組成比例（以分?jǐn)?shù)計）30依據(jù)調(diào)查所得的車輛類型組成數(shù)據(jù)，計算確定設(shè)計車道使用初期的設(shè)6.

輪跡橫向分布我們在統(tǒng)計各種軸載的累計作用次數(shù)時，往往以通過某車道(或路面)斷面的軸載數(shù)表示。實際上，車輛輪跡僅具一定寬度，車輛通過時只能復(fù)蓋一小部分路面。因此，路面橫斷面上各點所受到的軸載作用次數(shù)，僅為通過該斷面軸載總數(shù)的一部分。輪跡橫向分布頻率：各點實際受到的作用次數(shù)同通過該斷面的總次數(shù)之比。輪跡橫向分布系數(shù)：路面橫斷面上某一寬度(例如輪跡寬度50cm)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)同通過該橫斷面的總作用次數(shù)的比值。

316.輪跡橫向分布31分車道單向行駛時輪跡橫向分布頻率曲線輪跡橫向分布頻率曲線(混合行駛雙車道)

影響輪跡橫向分布系數(shù)的主要因素：交通組織和管理、交通量及車道寬度。32分車道單向行駛時輪跡輪跡橫向分布頻率曲線影響輪跡橫向分布系數(shù)7.

設(shè)計年限(t)(瀝青路面)/設(shè)計基準(zhǔn)期（水泥路面）內(nèi)設(shè)計車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量數(shù)Ne式中：

N1—路面營運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次（瀝青路面），路面營運(yùn)第一年設(shè)計車道日平均當(dāng)量軸次（水泥路面）；η—車道系數(shù)，即方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)的乘積（瀝青路面），臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)（水泥路面）；γ—設(shè)計年限內(nèi)交通量年平均增長率。瀝青路面設(shè)計年限是指路面完工開始營運(yùn)起，在正常養(yǎng)護(hù)和維修、罩面的條件下至路面服務(wù)性能下降到需大修時的時間。水泥路面設(shè)計基準(zhǔn)期是指計算路面結(jié)構(gòu)可靠度時，考慮各項基本度量與時間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時間段。

337.設(shè)計年限(t)(瀝青路面)/設(shè)計基準(zhǔn)期（水泥路面）內(nèi)設(shè)第二節(jié)環(huán)境因素影響34第二節(jié)環(huán)境因素影響34受溫度和濕度影響，道路材料產(chǎn)生不均勻脹縮，脹縮受到約束而不能實現(xiàn)時，道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生附加應(yīng)力，即溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力。35受溫度和濕度影響，道路材料產(chǎn)生不均勻脹縮，脹縮受到約束3636一天內(nèi)不同時刻沿水泥混凝土面層深度的溫度變化曲線溫度梯度：單位深度內(nèi)的平均溫度坡差。37一天內(nèi)不同時刻沿水泥混凝土面層深度的溫度變化曲線溫度梯度：水泥混凝土面層溫度梯度與氣溫的日變化曲線

38水泥混凝土面層溫度梯度與氣溫的日變化曲線383939影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：外部：氣象條件，包括太陽輻射、氣溫、風(fēng)速、降水量、蒸發(fā)量內(nèi)部：材料熱物理特性參數(shù)，如熱傳導(dǎo)率、熱容量、對輻射熱的吸收能力40影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：40路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料及路面結(jié)構(gòu)的熱特性參數(shù)之間建立聯(lián)系的方法來預(yù)估，預(yù)估方法分為統(tǒng)計法和理論法。(1)

統(tǒng)計法41路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料及路面結(jié)構(gòu)的熱特性(2)

理論法應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推導(dǎo)出。特點：參數(shù)確定難度大，理論假設(shè)理想化，結(jié)果與實測有一定的誤差。42(2)理論法應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推導(dǎo)出。42第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況①路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力②路基土本身自重力在路基內(nèi)深度為Z處所引起的垂直壓應(yīng)力式中：P—一側(cè)輪軸荷載(kN)K—系數(shù)，一般取K=0.5Z—應(yīng)力作用點深度(m)γ—土的容重(kN/m3)43第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況①路基土在車輪荷載4444二、路基工作區(qū)1.

定義45二、路基工作區(qū)1.定義45工作區(qū)深度和路基高度關(guān)系a.路堤高度大于Za；b.路堤高度小于Za路基工作區(qū)范圍內(nèi)的路基，受車輪荷載的影響較大;當(dāng)Za>H時,不僅填筑方受荷載作用,天然地基也受影響。2.

路基工作區(qū)的意義46工作區(qū)深度和路基高度關(guān)系路基工作區(qū)范圍內(nèi)的路基，受車輪荷載的三、路基土的應(yīng)力—應(yīng)變特性土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線初始切線模量切線模量割線模量回彈模量47三、路基土的應(yīng)力—應(yīng)變特性土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線初始切線模量4土基應(yīng)力-應(yīng)變的特性：非線性、彈塑性。土體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形：微觀：土的顆粒之間的相對移動，當(dāng)移動的距離超出一定限度時，即使將應(yīng)力解除，土體的顆粒已不再能回復(fù)原位；宏觀：土基產(chǎn)生不可恢復(fù)的殘余變形。48土基應(yīng)力-應(yīng)變的特性：非線性、彈塑性。土體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變通過試驗測得的回彈變形計算土基的回彈模量：式中：l—承載板的回彈變形(m)D—承載板的直徑(m)E—土體的回彈模量(kPa)μ—土體的泊松比p—承載板壓強(qiáng)(kPa)壓入承載板試驗49通過試驗測得的回彈變形計算土基的回彈模量：式中：l—承載板的三軸壓縮試驗50三軸壓縮試驗50路基土的回彈模量ER四、重復(fù)荷載對路基土的影響每次荷載作用后，回彈變形消失，塑性變形殘留在土基中。隨作用次數(shù)增加，塑性變形不斷累積，總變形量不斷增大。51路基土的回彈模量ER四、重復(fù)荷載對路基土的影響每次荷載作用后產(chǎn)生兩種情況：1)土體逐漸壓密，土體顆粒之間進(jìn)一步靠攏，每一次加載產(chǎn)生的塑性變形量越來越小，直至穩(wěn)定。2)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，形成能引起土體整體破壞的剪切面，最后達(dá)到破壞階段。影響土體塑性變形的參數(shù)：1)土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水率、密實度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）；2)重復(fù)荷載的大?。ㄏ鄬奢d），3)荷載作用性質(zhì)（速度、作用持續(xù)時間、頻率）52產(chǎn)生兩種情況：影響土體塑性變形的參數(shù)：52第四節(jié)土基的承載能力路基的承載能力，取決于路基頂面在一定應(yīng)力級位下抵抗變形的能力。一、土基回彈模量土基在圓形承載板下的壓力與撓度分布曲線（a.柔性承載板；b.剛性承載板）53第四節(jié)土基的承載能力路基的承載能力，取決于路基頂面剛性承載板測定土基回彈模量：式中：l—撓度p(r)—接觸壓力p—平均單位壓力54剛性承載板測定土基回彈模量：式中：l—撓度54試驗采用逐級加載卸載法，荷載小于0.1MPa時，每級增加0.02MPa，以后每級增加0.04MPa。待卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級荷載?；貜椬冃沃党^1mm時，則停止加載。式中：pi，li—分別為各級荷載的單位壓力與相對應(yīng)的回彈彎沉值55試驗采用逐級加載卸載法，荷載小于0.1MPa時，每級增加二、地基反應(yīng)模量溫克勒地基假定，土基頂面任一點的彎沉l，僅同作用于該點的垂直壓力p成正比，而同其相鄰點處的壓力無關(guān)。地基反應(yīng)模量：K=p/l(kN/m3)56二、地基反應(yīng)模量溫克勒地基假定，土基頂面任一點的彎沉l，僅同三、加州承載比CBR(CaliforniaBearingRatio)57三、加州承載比CBR(CaliforniaBearing承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的相對比值表示CBR值。式中：p—對應(yīng)于某一貫入度的土基單位壓力(kPa)ps—相應(yīng)貫入度的標(biāo)準(zhǔn)壓力適用于CBR經(jīng)驗路面設(shè)計法，或用于對土或其他筑路材料以及土基本身進(jìn)行強(qiáng)度評價?？梢耘c彈性模量建立相關(guān)性很好的換算關(guān)系。58承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)野外：施工時的濕度狀態(tài)；換算成飽水狀態(tài)的CBR。室內(nèi)外CBR試驗室內(nèi)：試件按路基施工時的含水量及壓實度要求在試筒內(nèi)制備，并在加載前浸泡在水中飽水４天。為了模擬路面結(jié)構(gòu)對土基的附加應(yīng)力，在浸水過程中及壓入試驗時，在試件頂面施加環(huán)形砝碼，其質(zhì)量應(yīng)根據(jù)預(yù)計的路面結(jié)構(gòu)重力來確定。59野外：施工時的濕度狀態(tài)；換算成飽水狀態(tài)的CBR。室內(nèi)外CBR第五節(jié)路基的變形、破壞及防治路基沉陷路基沉縮地基沉陷一、路基的主要病害1.

路基沉陷60第五節(jié)路基的變形、破壞及防治路基沉陷路基沉縮地基沉陷一、路2.邊坡滑塌1）溜方2）滑坡612.邊坡滑塌1）溜方2）滑坡613.

碎落和崩塌4.路基沿山坡滑動623.碎落和崩塌4.路基沿山坡滑動62二、路基病害防治5.

不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞63二、路基病害防治5.不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞63第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)行車荷載第二節(jié)環(huán)境因素影響第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性第四節(jié)土基的承載能力第五節(jié)路基的變形、破壞及防治第六節(jié)路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性第七節(jié)路面材料的累積變形與疲勞特性64第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)行車荷載1第一節(jié)行車荷載一、車輛和類型和軸型（一）車輛的種類客車(bus)

小客車自重和滿載重量小，車速高，120km/h以上中客車6～20個座位大客車20個座位以上，長途客運(yùn)和城市公共交通貨車(truck)整車貨箱與汽車發(fā)動機(jī)一體。牽引式掛車牽引車與掛車分離牽引式半掛車牽引車與掛車分離，鉸接。65第一節(jié)行車荷載一、車輛和類型和軸型客車(bus)小客車自路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要以軸載作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。重型貨車與大客車起決定作用，輕型貨車與中、小客車影響很小，有時可以忽略不計。評定路面表面特征時，如路面的平整度、防滑性，應(yīng)考慮小客車的安全性和可靠性。66路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要以軸載作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。重型貨車與大客車起決定不同軸型的貨車示意圖二、汽車的軸型我國以100kN作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸重。67不同軸型的貨車示意圖二、汽車三、汽車對道路的靜態(tài)壓力1.輪載靜態(tài)壓力影響因素1）輪載的大小2）汽車輪胎的內(nèi)壓力3）輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀68三、汽車對道路的靜態(tài)壓力1.輪載靜態(tài)壓力影響因素1）輪載的（a）6.5-16走向花紋（b）6.5-16橫向花紋（c）11.00-20橫向花紋69（a）6.5-16走向花紋810kpa/1328kg

810kpa/2500kg

810kpa/5000kg

典型測試結(jié)果：11.00-20走向花紋輪胎接地壓力分布實測70810kpa/1328kg810kpa/2500kg81典型測試結(jié)果：11.00-20橫向花紋輪胎接地壓力分布實測810kpa/1900kg

810kpa/2500kg

810kpa/5000kg

2.輪載靜態(tài)壓力的簡化71典型測試結(jié)果：11.00-20橫向花紋輪胎接地壓力分布實測簡化為單圓簡化為雙圓單圓當(dāng)量圓直徑雙圓當(dāng)量圓直徑3.路面設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）100輪胎接地壓強(qiáng)p（MPa）0.70單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d（cm）21.30兩輪中心距（cm）1.5d72簡化為單圓簡化為雙圓單圓當(dāng)量圓直徑雙圓當(dāng)量圓直徑3.路面設(shè)四、運(yùn)動車輛對道路的動態(tài)影響縱向水平力橫向水平力水平力：Qmax≤Pφ，P—車輪垂直壓力，φ—路面附著系數(shù)

φ的最大值一般不超過0.7～0.8；干燥狀態(tài)的值比潮濕狀態(tài)高；車速提高時，φ將減小1.

輪載對路面的水平力73四、運(yùn)動車輛對道路的動態(tài)影響縱向水平力橫向水平力水平力：Qm2.

動態(tài)輪載的波動性軸載的動態(tài)變化車速為60km/h;輪胎著地長度23cm（著地時間0.014s）路面中等平整度742.動態(tài)輪載的波動性軸載的動態(tài)變化11動載波動性即變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)離差與輪載靜載之比)的影響因素：(1)行車速度(2)路面平整度(3)車輛的振動特性振動輪載的最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)。在設(shè)計路面時，有時以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計荷載。75動載波動性即變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)離差與輪載靜載之比)的影響3.輪載作用的瞬時性車速同路面變形的關(guān)系1—水泥混凝土路面，角隅彎沉量或邊緣應(yīng)變量隨車速變化；2—瀝青路面，表面總彎沉量隨車速的變化。763.輪載作用的瞬時性車速同路面變形的關(guān)系134.輪載作用的重復(fù)性車輪通過路面上任一點，路面承受荷載的時間只有0.01~0.10s左右。動荷載作用下路面變形量的減小，可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對增大。路面材料在重復(fù)荷載作用下，呈現(xiàn)出材料的疲勞性質(zhì)，即材料的強(qiáng)度隨荷載重復(fù)次數(shù)增加而降低；彈塑性材料，如土基和柔性路面，呈現(xiàn)出變形的累積。在設(shè)計中要予以考慮。774.輪載作用的重復(fù)性車輪通過路面上任一點，路面承受荷載的時五、交通分析交通量調(diào)查，將車輛分成11類：小型貨車、中型貨車、大型貨車、小型客車、大型客車、拖掛車、小型拖拉機(jī)、大中型拖拉機(jī)、自行車、人力車和畜力車。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要考慮設(shè)計年限內(nèi)，車輛對路面的綜合累計損傷作用，必須對現(xiàn)有的交通量、軸載組成及增長規(guī)律進(jìn)行調(diào)查和預(yù)估，并通過適當(dāng)?shù)姆绞綄⑺鼈儞Q算成當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù)。78五、交通分析交通量調(diào)查，將車輛分成11類：小型貨車、中型貨車1.交通量調(diào)查車型對路面造成損壞的主要是2軸4輪以上的客車和貨車，2軸4輪和4輪以下的車輛對路面損壞很小，道路結(jié)構(gòu)設(shè)計可以不考慮這部分車輛的影響。2軸4輪以上的客車和貨車：按車型可分為整車類、半掛車類和全掛車類；按車輛的軸型可以分為單軸、雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸；按車軸的輪型可分為單輪和雙輪組。791.交通量調(diào)查車型對路面造成損壞的主要是2軸4輪以上的客車不同軸型貨車代表車型：二軸車三軸車四軸車80不同軸型貨車代表車型：二軸車三軸車四軸車17五軸車六軸車81五軸車六軸車18拖掛車代表車型：

三軸車四軸車

五軸車六軸車82拖掛車代表車型：三軸車四軸車五2.交通（軸載）量調(diào)查方法根據(jù)實測道路通過軸載次數(shù)和重量，獲得典型軸載譜。

軸載譜832.交通（軸載）量調(diào)查方法根據(jù)實測道路通過軸載次數(shù)和重量，方法一(以軸型為基礎(chǔ))：按照不同的軸輪類型把車軸分類(單軸單輪、單軸雙輪、雙聯(lián)軸雙輪、三聯(lián)軸雙輪)，然后對所有車軸進(jìn)行稱重調(diào)查，按照軸型歸類得到各類軸的軸載譜；方法(1)的直接對象是軸，適合于對軸型有較好識別能力的快速自動稱重儀器。

方法二（以車輛類型為基礎(chǔ)）：把車輛按照軸型組成和軸數(shù)進(jìn)行分類(如三軸整車、三軸半掛等)，分別調(diào)查各類車輛的通過數(shù)，并在各類車輛中抽取一定數(shù)量進(jìn)行稱重調(diào)查，再統(tǒng)計得到各類軸的軸載譜。方法(2)把車輛按照軸型進(jìn)行分類，調(diào)查時統(tǒng)計的是車輛數(shù)，便于識別，適合于人工配合進(jìn)行的移動或慢速固定設(shè)備測定，并與交通量觀測數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。

84方法一(以軸型為基礎(chǔ))：方法二（以車輛類型為基礎(chǔ)）：213.軸載換算調(diào)查得到的軸載與通行次數(shù)可以按等效原則換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量通行次數(shù)，我國水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范和瀝青路面設(shè)計規(guī)范均選用單軸雙輪組軸載100kN（BZZ-100）作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。各種軸載的作用次數(shù)進(jìn)行等效換算的原則是：第一，換算以達(dá)到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，即對同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸載作用N1次后路面達(dá)到預(yù)定的臨界狀態(tài)，乙軸載作用使路面達(dá)到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，此時甲乙兩種軸載作用是等效的；第二，對某一種交通組成，不論以哪種軸載的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軸載換算，由換算所得軸載作用次數(shù)計算的路面厚度是相同的。853.軸載換算22軸載換算系數(shù)ηi

式中：ηi—i級軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的換算系數(shù)；Ps—標(biāo)準(zhǔn)軸載重，kN；Ns—標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)；Pi—i級軸載重，kN；Ni—i級軸載作用次數(shù)；α—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)。瀝青路面、水泥混凝土路面和半剛性路面的結(jié)構(gòu)特性不同，損傷的標(biāo)準(zhǔn)也不同，因而系數(shù)α和n取值各不相同。86軸載換算系數(shù)ηi式中：瀝青路面、水泥混凝土路面和半剛性路4.瀝青路面竣工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次新建公路根據(jù)《工程可行性研究報告》提供的交通量OD調(diào)查資料，可得到大客車、中型貨車、大型貨車、拖掛車等各種車型組成的比例，以及預(yù)估第一年或設(shè)計年末的日平均汽車交通量。設(shè)計時應(yīng)對各種車型的軸重分布情況進(jìn)行調(diào)查，并應(yīng)根據(jù)交通載重的實際情況，計入空載、滿載、超載等因素，更真實地預(yù)估設(shè)計交通量。對改建工程可根據(jù)有代表性的月、日、時的實測軸載譜，或調(diào)查的各類型車的軸載分布資料（可將單軸大于或等于25KN的各種車輛分別按軸重每10KN分級排列）。874.瀝青路面竣工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次24軸載換算方法：1)當(dāng)以彎沉進(jìn)行厚度設(shè)計及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時式中：N——標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，次/日；ni——被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；P——標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN；Pi——被換算車輛的各級軸載，KN；k——被換算車輛的類型數(shù)；C1——軸載系數(shù)，C1=1+1.2(m-1),m是軸數(shù)。當(dāng)軸間距大于3米時，按單獨(dú)的一個軸載計算，當(dāng)間距小于3米時，按雙軸或多軸計算。C2——輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。不計25KN以下軸載88軸載換算方法：式中：不計25KN以下軸載252)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時不計小于50KN的軸載式中：C1′──軸數(shù)系數(shù)；當(dāng)間距小于3米時，按雙軸或多軸計算C1′=1+2(m-1),m是軸數(shù)。C2′──輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。上述軸載換算公式，適用于單軸軸載小于130kN，雙軸軸載小于220kN，三軸軸載小于260kN的情況。892)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時不計小于50KN的軸載5.水泥混凝土路面設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)1)各類車輛按軸型稱重和統(tǒng)計時，隨機(jī)統(tǒng)計3000輛2軸6輪及以上車輛中單軸、雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸等不同軸型出現(xiàn)的單軸次數(shù)（雙聯(lián)軸按2次單軸計，三聯(lián)軸按3次單軸計），并分別稱取其單軸軸重，按單軸軸重級位統(tǒng)計整理后得到軸載譜。不同單軸軸重級位i的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)kp,i：式中：Pi—單軸級位i的軸重（kN）Ps—設(shè)計軸載的軸載（kN）905.水泥混凝土路面設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)式中依據(jù)單軸軸載譜和相應(yīng)的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)，計算得到設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)Ns[軸次/(車道?日)]式中：ADTT—設(shè)計車道的年平均日貨車交通量[輛/(車道?日)]；n—隨機(jī)調(diào)查3000輛2軸6輪以上車輛中出現(xiàn)的單軸總軸數(shù)；Pi—單軸軸重級位i的頻率(以分?jǐn)?shù)計)。設(shè)計車道為道路行車道內(nèi)承受交通最繁重的一個車道，是整個路面的最不利車道。初期年平均日貨車交通量（雙向）乘以方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)，即為設(shè)計車道的年平均日貨車交通量(ADTT)。91依據(jù)單軸軸載譜和相應(yīng)的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)，計算得到設(shè)計車道2)以車輛類型為基礎(chǔ)進(jìn)行各種軸型的軸載稱重和統(tǒng)計時，可將2軸6輪及以上車輛分為整車、半掛和多掛3大類，每類車再按軸數(shù)細(xì)分，分別按車型稱重后得到單軸軸載譜。各類車輛的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)：式中：kp,k—k類車輛的設(shè)計軸載當(dāng)量換算系數(shù)；pi—k類車輛單軸軸重級位i的頻率（以分?jǐn)?shù)計）。922)以車輛類型為基礎(chǔ)進(jìn)行各種軸型的軸載稱重和統(tǒng)計時，可將2依據(jù)調(diào)查所得的車輛類型組成數(shù)據(jù)，計算確定設(shè)計車道使用初期的設(shè)計軸載日作用次數(shù)。式中：pk—k類車輛的組成比例（以分?jǐn)?shù)計）93依據(jù)調(diào)查所得的車輛類型組成數(shù)據(jù)，計算確定設(shè)計車道使用初期的設(shè)6.

輪跡橫向分布我們在統(tǒng)計各種軸載的累計作用次數(shù)時，往往以通過某車道(或路面)斷面的軸載數(shù)表示。實際上，車輛輪跡僅具一定寬度，車輛通過時只能復(fù)蓋一小部分路面。因此，路面橫斷面上各點所受到的軸載作用次數(shù)，僅為通過該斷面軸載總數(shù)的一部分。輪跡橫向分布頻率：各點實際受到的作用次數(shù)同通過該斷面的總次數(shù)之比。輪跡橫向分布系數(shù)：路面橫斷面上某一寬度(例如輪跡寬度50cm)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)同通過該橫斷面的總作用次數(shù)的比值。

946.輪跡橫向分布31分車道單向行駛時輪跡橫向分布頻率曲線輪跡橫向分布頻率曲線(混合行駛雙車道)

影響輪跡橫向分布系數(shù)的主要因素：交通組織和管理、交通量及車道寬度。95分車道單向行駛時輪跡輪跡橫向分布頻率曲線影響輪跡橫向分布系數(shù)7.

設(shè)計年限(t)(瀝青路面)/設(shè)計基準(zhǔn)期（水泥路面）內(nèi)設(shè)計車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量數(shù)Ne式中：

N1—路面營運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次（瀝青路面），路面營運(yùn)第一年設(shè)計車道日平均當(dāng)量軸次（水泥路面）；η—車道系數(shù)，即方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)的乘積（瀝青路面），臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)（水泥路面）；γ—設(shè)計年限內(nèi)交通量年平均增長率。瀝青路面設(shè)計年限是指路面完工開始營運(yùn)起，在正常養(yǎng)護(hù)和維修、罩面的條件下至路面服務(wù)性能下降到需大修時的時間。水泥路面設(shè)計基準(zhǔn)期是指計算路面結(jié)構(gòu)可靠度時，考慮各項基本度量與時間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時間段。

967.設(shè)計年限(t)(瀝青路面)/設(shè)計基準(zhǔn)期（水泥路面）內(nèi)設(shè)第二節(jié)環(huán)境因素影響97第二節(jié)環(huán)境因素影響34受溫度和濕度影響，道路材料產(chǎn)生不均勻脹縮，脹縮受到約束而不能實現(xiàn)時，道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生附加應(yīng)力，即溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力。98受溫度和濕度影響，道路材料產(chǎn)生不均勻脹縮，脹縮受到約束9936一天內(nèi)不同時刻沿水泥混凝土面層深度的溫度變化曲線溫度梯度：單位深度內(nèi)的平均溫度坡差。100一天內(nèi)不同時刻沿水泥混凝土面層深度的溫度變化曲線溫度梯度：水泥混凝土面層溫度梯度與氣溫的日變化曲線

101水泥混凝土面層溫度梯度與氣溫的日變化曲線3810239影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：外部：氣象條件，包括太陽輻射、氣溫、風(fēng)速、降水量、蒸發(fā)量內(nèi)部：材料熱物理特性參數(shù)，如熱傳導(dǎo)率、熱容量、對輻射熱的吸收能力103影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：40路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料及路面結(jié)構(gòu)的熱特性參數(shù)之間建立聯(lián)系的方法來預(yù)估，預(yù)估方法分為統(tǒng)計法和理論法。(1)

統(tǒng)計法104路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料及路面結(jié)構(gòu)的熱特性(2)

理論法應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推導(dǎo)出。特點：參數(shù)確定難度大，理論假設(shè)理想化，結(jié)果與實測有一定的誤差。105(2)理論法應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推導(dǎo)出。42第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況①路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力②路基土本身自重力在路基內(nèi)深度為Z處所引起的垂直壓應(yīng)力式中：P—一側(cè)輪軸荷載(kN)K—系數(shù)，一般取K=0.5Z—應(yīng)力作用點深度(m)γ—土的容重(kN/m3)106第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況①路基土在車輪荷載10744二、路基工作區(qū)1.

定義108二、路基工作區(qū)1.定義45工作區(qū)深度和路基高度關(guān)系a.路堤高度大于Za；b.路堤高度小于Za路基工作區(qū)范圍內(nèi)的路基，受車輪荷載的影響較大;當(dāng)Za>H時,不僅填筑方受荷載作用,天然地基也受影響。2.

路基工作區(qū)的意義109工作區(qū)深度和路基高度關(guān)系路基工作區(qū)范圍內(nèi)的路基，受車輪荷載的三、路基土的應(yīng)力—應(yīng)變特性土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線初始切線模量切線模量割線模量回彈模量110三、路基土的應(yīng)力—應(yīng)變特性土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線初始切線模量4土基應(yīng)力-應(yīng)變的特性：非線性、彈塑性。土體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形：微觀：土的顆粒之間的相對移動，當(dāng)移動的距離超出一定限度時，即使將應(yīng)力解除，土體的顆粒已不再能回復(fù)原位；宏觀：土基產(chǎn)生不可恢復(fù)的殘余變形。111土基應(yīng)力-應(yīng)變的特性：非線性、彈塑性。土體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變通過試驗測得的回彈變形計算土基的回彈模量：式中：l—承載板的