第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料力學(xué)性質(zhì)

第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料力學(xué)性質(zhì)第一頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)二、汽車的軸型1、軸載的大小直接關(guān)系到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2、為統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和便于交通管理，我國(guó)公路與城市道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100KN作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重，即通常認(rèn)為我國(guó)的道路車輛軸限為100KN；3、目前，在我國(guó)公路上行駛的貨車的后軸軸載，一般在60～130KN范圍內(nèi)，大部分在100KN以下；4、由于汽車向大型重型發(fā)展，出現(xiàn)了多軸貨車，以減輕對(duì)道路壓力，我國(guó)常見汽車路面設(shè)計(jì)參數(shù)見表2-1。第二頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力1、汽車對(duì)路面的靜態(tài)壓力主要由輪胎傳給路面的垂直壓力，大小受下列因素影響：A、汽車輪胎的內(nèi)壓力；B、輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形態(tài)；C、輪載的大小。2、輪胎與地面的接觸形狀近似于橢圓形，工程設(shè)計(jì)中以圓形接觸面積來(lái)表示。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)壓力作為輪胎接觸壓力。3、當(dāng)量圓的半徑計(jì)算公式見（2-1）～（2-3）。第三頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響（1）水平力車輛在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的水平力（尤其是制動(dòng)時(shí)較大），水平應(yīng)力的作用范圍同垂直應(yīng)力一樣，也認(rèn)為是均勻分布在當(dāng)量圓內(nèi)。（2）動(dòng)載特性主要隨三個(gè)因素變化：行車速度、路面的平整度、車輛振動(dòng)特性。設(shè)計(jì)時(shí)，以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。（3）瞬時(shí)性動(dòng)荷載下路面變形量的減少意味著路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高，或者說(shuō)路面體系的強(qiáng)度相對(duì)增大了。第四頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)五、交通分析1、交通量交通量是指一定時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)道路某一斷面的車輛總數(shù)，設(shè)計(jì)路面時(shí)，通常以平均日交通量來(lái)表征道路的交通狀況，即每晝夜通過(guò)道路某一斷面的車輛總數(shù)。交通量的觀測(cè)方法有兩種：直接記錄不同類型車輛的通行次數(shù)；用自動(dòng)記錄儀器記錄通行車輛的軸數(shù)與軸載大小，然后按軸載大小進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。2、軸載組成與等效換算汽車的軸載與通行次數(shù)可以按照等效原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)軸載的規(guī)定：我國(guó)瀝青路面和水泥混凝土路面規(guī)范均以雙輪組單軸100KN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。第五頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)各級(jí)軸載等效換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的原則：同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下，要達(dá)到相同的疲勞損壞程度。將交通量中各級(jí)軸載換算為BZZ-100后得到的軸載作用次數(shù)稱為當(dāng)量軸次（次/日），由此可得到設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次。3、輪跡橫向分布距路面外側(cè)緣0.9米和3米附近的輪跡分布達(dá)到峰值，車道邊緣路面受到的軸載作用次數(shù)少。第六頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)環(huán)境因素影響溫度和濕度對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)有重要影響。其變化會(huì)使路基路面產(chǎn)生溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力。1、路基溫度對(duì)路面的影響影響因素主要有：大氣降水和蒸發(fā)；地面水的滲透；地下水的影響；溫差引起的濕度變化沿路基深度出現(xiàn)較大的溫度梯度時(shí)，水分在溫差的影響下以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處移動(dòng)并積聚在該處。2、水泥混凝土面層濕度狀況及其影響面層濕度狀況的變化也會(huì)引起混凝土出現(xiàn)體積變化。（1）塑性收縮；（2）干燥收縮；第七頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)3、冰凍與融凍對(duì)路面的影響（1）冰凍——水結(jié)冰體積增大，使路基隆起而造成路面開裂；（2）融凍——冰凍路基融化后使路基失去承載力，導(dǎo)致路面損壞。4、溫度變化預(yù)測(cè)影響路面結(jié)構(gòu)溫度狀況的因素分為內(nèi)部和外部?jī)纱箢?。外部因素中氣溫和太?yáng)輻射是決定路面溫度狀況的兩項(xiàng)最重要因素；內(nèi)部因素為路面結(jié)構(gòu)層的熱特性。路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過(guò)同當(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(lái)預(yù)估，預(yù)估方法分統(tǒng)計(jì)法和理論法。第八頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)5、溫度對(duì)路面的影響溫度沿深度呈曲線分布，經(jīng)歷由負(fù)到正再到負(fù)的循環(huán)；水泥混凝土路面要鋸縫；瀝青路面可能會(huì)高溫低溫裂縫第九頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況1、路基的受力——受自重（隨深度增加應(yīng)力增加）與車輛荷載作用（隨深度增加應(yīng)力減?。?；2、車輪荷載作用下的應(yīng)力計(jì)算公式（2-10），自重應(yīng)力計(jì)算公式（2-11）。二、路基工作區(qū)1、路基工作區(qū)——在路基某一深度處，車輛荷載在土基中引起的應(yīng)力可以忽略不計(jì)（約為土基自重應(yīng)力的1/10～1/5），這一深度范圍以內(nèi)稱為路基工作區(qū)（深度用Za表示）；2、工作區(qū)內(nèi)路基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要。第十頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)三、路基土的應(yīng)力—應(yīng)變特性1、應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系與理想線彈性材料有很大區(qū)別，分三個(gè)階段：階段1——彈性變形階段，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線呈近似直線；階段2——塑性變形階段，部分變形能恢復(fù)，部分變形不能恢復(fù)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線呈曲線；階段3——破壞階段，應(yīng)力繼續(xù)增大，變形急劇增大，土體破壞。2、按照應(yīng)力—應(yīng)變曲線上應(yīng)力取值方法的不同，模量有以下幾種：A、初始切線模量：應(yīng)力值為零時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線的斜率；第十一頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)B、切線模量：某一應(yīng)力級(jí)位的應(yīng)力—應(yīng)變曲線的斜率，反映該級(jí)應(yīng)力處應(yīng)力—應(yīng)變變化的精確關(guān)系；C、割線模量：以某一應(yīng)力值對(duì)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)；D、回彈模量：應(yīng)力卸除階段，應(yīng)力—應(yīng)變曲線的割線模量。前三種模量中的應(yīng)變值包含殘余應(yīng)變和回彈應(yīng)變，而回彈模量則僅包含回彈應(yīng)變，它部分地反映了土的彈性性質(zhì)。第十二頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響1、重復(fù)荷載作用對(duì)土基的影響：A、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(lái)越小，直至穩(wěn)定，這種情況不致形成土基的整體性剪切破壞；B、每一次加載在土體中產(chǎn)生了逐步發(fā)展的剪切變形，形成引起整體破壞的剪裂面，最后達(dá)到破壞階段。2、最終產(chǎn)生何種影響，主要取決于：A、土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水率、密實(shí)度）；B、相對(duì)荷載（重復(fù)荷載的大小以重復(fù)荷載同一次靜載下達(dá)到的極限強(qiáng)度之比來(lái)表示）；C、荷載作用的性質(zhì)（即施加的速度、每次持續(xù)時(shí)間等）第十三頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第四節(jié)土基的承載能力用于表征土基承載力的參數(shù)指標(biāo)有：回彈模量、地基反應(yīng)模量、加州承載比等一、土基回彈模量彈性模量E0——把土基簡(jiǎn)化為一彈性半空間體，以圓形承載板壓入土基的方法測(cè)定；二、地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量KR——力學(xué)模型假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力與該點(diǎn)撓度成正比，與其它點(diǎn)無(wú)關(guān)，土基相當(dāng)于由互不聯(lián)系的彈簧組成；三、加州承載比（CBR）加州承載比（CBR值）——承載能力以材料抵抗局第十四頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，它們的相對(duì)比值即為CBR值；第十五頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第五節(jié)路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害1、路基沉陷；2、邊坡滑塌；3、碎落和崩塌；4、路基沿山坡滑動(dòng)；5、不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞；二、路基病害防治防治措施主要有：1、正確設(shè)計(jì)路基橫斷面；2、選擇良好的路基土填筑路基，必要時(shí)對(duì)路基上層填土作穩(wěn)定處理；第十六頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)3、采取正確的填筑方法，充分壓實(shí)路基，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度；4、適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍；5、正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)；6、必要時(shí)設(shè)置隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積，設(shè)置砂墊層以疏干土基；7、采取邊坡加固、修筑擋土墻、土體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。第十七頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第六節(jié)路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性路面所用材料，按形態(tài)及成型性質(zhì)大致可分為三類：1、松散顆粒型材料及塊料；2、瀝青結(jié)合料類；3、無(wú)機(jī)結(jié)合料類。一、抗剪強(qiáng)度按摩爾強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度包括摩阻力和粘結(jié)力兩部分，即公式（2-28）；粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角可以通過(guò)直接剪切試驗(yàn)，按上式計(jì)算；對(duì)松散粒料無(wú)法進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，可以由三軸壓縮試驗(yàn)，繪制摩爾圓和相應(yīng)的包絡(luò)線，按上式近似求出；瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度與瀝青的粘度、用量、試驗(yàn)溫度第十八頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)、加荷速率等因素有關(guān)。二、抗拉強(qiáng)度路面材料的抗拉強(qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供，可以采用直接拉伸或間接拉伸試驗(yàn)，測(cè)繪應(yīng)力—應(yīng)變曲線，取曲線的最大應(yīng)力值為抗拉強(qiáng)度。三、抗彎拉強(qiáng)度路面在車輛荷載作用下處于受彎拉狀態(tài)，路面材料的抗彎拉強(qiáng)度，大多通過(guò)簡(jiǎn)支小梁試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。計(jì)算公式見（2-31）四、應(yīng)力—應(yīng)變特性1、無(wú)機(jī)結(jié)合料可用三軸壓縮試驗(yàn)所得到的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線求得回彈模量值，具有明顯的非線性特征，計(jì)算第十九頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)公式見（2-32）；2、水泥混凝土的彈性模量可由規(guī)則試件進(jìn)行測(cè)定，常用的試驗(yàn)方法有單軸試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、小梁試驗(yàn)；3、瀝青混合料在荷載作用下的應(yīng)力—應(yīng)變具有隨溫度和荷載作用時(shí)間而變化的特性，因此不能用一個(gè)常量彈性模量來(lái)表征瀝青混合料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，采用勁度模量來(lái)表示（就是在給定溫度和加荷時(shí)間條件下的應(yīng)力—應(yīng)變參數(shù)）；第二十頁(yè)，共22頁(yè)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第