第2章-行車荷載、環(huán)境因素與土基的承載能力(路基路面工程)課件

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。10/7/2023上節(jié)內(nèi)容回顧：8/1/202316.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.10/7/20236.路基的水溫狀況和干濕類型(分界稠度)8/1/20232第2章行車荷載、環(huán)境因素與土基的承載能力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，200510/7/2023第2章行車荷載、環(huán)境因素路基路面工程參考教材：路基路面工3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2.2交通分析2.3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2.5土基的承載能力2.6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)）10/7/2023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42.1行車荷載2.1.1車輛種類注：1）貨車總的發(fā)展趨向是向大噸位發(fā)展（集裝箱，40-50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)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)，主要考慮重型車路面表面特性(平整性，抗滑性)：以小汽車為主要對(duì)象。

客車小客車自重和滿載重量小，車速高，120km/h中客車6~20個(gè)座位大客車20個(gè)座位以上，長(zhǎng)途客運(yùn)和城市公共交通貨車整車貨箱與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一體。牽引式掛車牽引車與掛車分離，牽引車提供動(dòng)力，牽引后掛的拖車牽引式半掛車牽引車與掛車分離，鉸接，牽引車的后軸也擔(dān)負(fù)部分貨車的重量10/7/20232.1行車荷載2.1.1車輛種類客車小客車自重和滿載重量5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汽車的軸型10/7/2023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0.4～0.7MPa范圍內(nèi)。2.1.3汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力(接觸壓力)10/7/20231）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73）接觸壓力：a、通常停駐時(shí)接觸壓力p約為(0.8～0.9)pib、行駛→溫度↑→內(nèi)壓力↑→p約(0.9～1.1)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汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力(接觸壓力)10/7/20233）接觸壓力：2.1.3汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力(接觸壓力)84）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。10/7/20234）荷載圖式：8/1/20239對(duì)于單輪組車軸：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。10/7/2023對(duì)于單輪組車軸：8/1/202310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0.0138s10/7/2023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111）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—城市道路大小：與垂直壓力P、輪與路面附著系數(shù)ψ有關(guān)qmax≤p×ψ10/7/20231）汽車對(duì)道路的水平力作用8/1/2023122）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、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。10/7/20232）汽車對(duì)道路的振動(dòng)力作用8/1/2023133）動(dòng)荷載的其它影響瞬時(shí)性：作用時(shí)間0.01～0.10S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??；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)。10/7/20233）動(dòng)荷載的其它影響8/1/2023142.2.1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+γ)t-12.2交通分析注：Ne乘以方向系數(shù)和車道系數(shù)后即可得到車道交通量。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。10/7/20232.2.1交通量：2.2交通分析注：Ne乘以方向系數(shù)和151)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”10/7/20231)軸載組成/軸載譜2.2.2軸載組成與軸載換算軸載譜162）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)(區(qū)別道勘交通量折算→車輛占用道路凈空)換算公式：式中：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)。不同路面結(jié)構(gòu)換算公式不同，具體公式見相應(yīng)規(guī)范章節(jié)。

10/7/20232）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173）輪跡橫向分布a）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)η：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)。10/7/20233）輪跡橫向分布a）車輛在道路橫斷面上的分布，通常在中心線183）輪跡橫向分布10/7/20233）輪跡橫向分布8/1/2023192.2.4交通量預(yù)測(cè)分析步驟1）交通調(diào)查；2）軸載組成分析；3）軸載換算，求當(dāng)量軸載作用次數(shù)；4）求N1；5）求Ne

10/7/20232.2.4交通量預(yù)測(cè)分析步驟8/1/2023202.2.4交通量預(yù)測(cè)分析(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)。10/7/20232.2.4交通量預(yù)測(cè)分析(例題)例2.1某瀝青路面，由交21軸載（kN）軸次數(shù)軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次數(shù)單軸<2000.0016020~4000.0081040~6010.0625060~8060.2401180~1001440.656194100~110161.215519110~12011.7492雙軸<40140.0032040~80210.0162080~120440.1256120~160420.480220160~180441.04446180~200211.62934200~2201012.431246220~240433.498150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3.7510/7/2023軸載（kN）軸次數(shù)軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次數(shù)單軸<2000.00222.2.4交通量預(yù)測(cè)分析(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)。10/7/20232.2.4交通量預(yù)測(cè)分析(例題)例2.2某二級(jí)汽車專用公23[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480.512324.5904179,7223軸公共汽車251.117827.945204,2392軸4輪貨車16050.019230.816225,2222軸6輪貨車5180.7041364.7232,665,6243軸貨車1951.11216.451,581,9483軸牽引式半拖車400.710828.432207,7984軸牽引式半拖車251.546438.66282,5515軸牽引式半拖車52.152510.762578,6594軸貨車+拖車650.820453.326389,7395軸貨車+拖車170.978516.6345121,5755軸以上貨車+拖車261.238132.1906235,269合計(jì)25696,172,345

10/7/2023[解]：由規(guī)范，取標(biāo)準(zhǔn)軸載為100KN。車輛類型初始交通量等242.3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10/7/20232.3環(huán)境因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響2.3.1原因8/1/25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。

10/7/2023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262.3.2溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律

10/7/20232.3.2溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律8/1/202272.3.2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）

10/7/20232.3.2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28月平均溫度變化曲線：2.3.2溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律

10/7/2023月平均溫度變化曲線：2.3.2溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響292.3.2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10/7/20232.3.2溫度對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的影響規(guī)律8/1/202302.3.3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——?dú)夂驐l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；10/7/20232.3.3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：312）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。10/7/20232）預(yù)測(cè)方法：8/1/202332b）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。10/7/20238/1/202333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。1、整體穩(wěn)定填挖引起路基失穩(wěn)/軟土上高路基/巖質(zhì)土質(zhì)山坡上開挖嚴(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。2、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)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。2.4路基的力學(xué)強(qiáng)度特性10/7/2023對(duì)路基的要求2.4路基的力學(xué)強(qiáng)度特性8/1/2023341）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70～90%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10/7/2023力學(xué)特性8/1/202335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路基受力狀況10/7/2023作用于路基的荷載：2.4.1路基受力狀況8/1/2023362.4.2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)1/10～1/5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；γ——土的容重，kN/m3；n——系數(shù)，n=5-10。10/7/20232.4.2路基工作區(qū)定義：在路基的某一深度Za處，當(dāng)輪重37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)。10/7/2023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382.4.2路基土的應(yīng)力—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)：10/7/20232.4.2路基土的應(yīng)力—應(yīng)變特性1）與理想線彈性體的區(qū)別：393）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，代表加載開始時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變狀況①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②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)③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④線。注：前三種模量：應(yīng)變=塑性+回彈變形→路基沉降計(jì)算回彈模量：回彈變形→反映土的彈性性質(zhì)→路面結(jié)構(gòu)分析10/7/20233）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404）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）。10/7/20234）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412.4.3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。10/7/20232.4.3重復(fù)荷載對(duì)路基的影響1）重復(fù)作用的后果：兩種截423）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))10/7/20233）重復(fù)應(yīng)力的臨界值8/1/2023432.5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μ(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)10/7/20232.5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)442.5.1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。10/7/20232.5.1土基的回彈模量1）物理意義：反映土基在瞬時(shí)荷載作452.5.2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)：沒有考慮地基中剪應(yīng)力的存在)10/7/20232.5.2地基反應(yīng)模量1）地基模型：Winkler地基模型462.5.2地基反應(yīng)模量2）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：D↑時(shí)，K↓，當(dāng)D≥76cm時(shí)，K值趨于穩(wěn)定。規(guī)定采用承載板的直徑d為76cm→一次加載到位來(lái)測(cè)定K值?？刂浦笜?biāo)：A）地基較為軟弱→以彎沉作為控制指標(biāo)（1.27mm）B）地基較為堅(jiān)實(shí)→壓力作為控制指標(biāo)（70kPa）3）討論A）當(dāng)采用30cm直徑的承載板時(shí)，測(cè)得的K值應(yīng)按下式計(jì)算：K76=0.4K30B）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)K值的修正：最不利狀態(tài)時(shí)Ks＝Ln*Kn/Ls

Ln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。Ls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+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KR：KR=1.77K10/7/20232.5.2地基反應(yīng)模量2）試驗(yàn)方法：承載板試驗(yàn)8/1/20472.5.3加州承載比（CBR）1）定義：以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19.35cm２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)）10/7/20232.5.3加州承載比（CBR）1）定義：以抵抗局部荷載壓入482.6路基的變形、破壞及防治2.6.1路基的常見病害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10/7/20232.6路基的變形、破壞及防治2.6.1路基的常見病492）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)。10/7/20232）邊坡滑塌：可分溜方與滑坡兩種。8/1/202350B）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。10/7/2023B）滑坡—部分土體在自重作用下沿某一滑動(dòng)面向下滑動(dòng)。8/1513）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）。10/7/20233）邊坡崩塌和碎落：8/1/2023522.6.2路基病害產(chǎn)生的主要原因及防治措施1）主要原因：①路基土體整體或一部分不穩(wěn)定；②路基以下的地基土體不穩(wěn)定；③重復(fù)的行車荷載作用；④填土方法不正確或壓實(shí)不足；⑤自然因素的作用(含水量變化、溫度變化)。10/7/20232.6.2路基病害產(chǎn)生的主要原因及防治措施1）主要原因：532）防治措施：①正確設(shè)計(jì)路基橫斷面；②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；③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；④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；⑤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)；⑥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；⑦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。10/7/20232）防治措施：8/1/2023542.7路面材料的力學(xué)特性路面材料分類（按組成和性質(zhì)）：1）松散顆粒型材料2）瀝青材料3）無(wú)機(jī)結(jié)合料這些材料以不同的成型方式（密實(shí)混合料型、嵌擠鎖結(jié)型、無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定型等）形成各種路面結(jié)構(gòu)層。2.7.1路面材料的強(qiáng)度特征強(qiáng)度：材料達(dá)到極限狀態(tài)（或出現(xiàn)破壞）時(shí)所能承受的最大荷載。路面材料力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)：抗剪強(qiáng)度（c，φ）、抗拉（彎拉）強(qiáng)（黏聚力c）、抗壓強(qiáng)度。2.7.2路面材料應(yīng)力－應(yīng)變特征（1）顆粒材料－非線性（回彈模量Er：σ1－σ3↑Er↓，σ3↑Er

↑

）10/7/20232.7路面材料的力學(xué)特性路面材料分類（按組成和性質(zhì)）：855（2）水泥混凝土及水泥穩(wěn)定類材料單軸試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、小梁試驗(yàn)（3）瀝青混合料（彈－粘－塑，與上述材料有明顯區(qū)別）當(dāng)瀝青混合料所受的應(yīng)力較小(低于彈性極限)時(shí)，且力的作用時(shí)間很短暫時(shí)，瀝青混合料基本處于彈性狀態(tài)并兼有粘彈性性質(zhì)；當(dāng)瀝青混合料承受較大的應(yīng)力作用，且應(yīng)力作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，其應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系分別呈現(xiàn)出彈性、彈－粘性、彈－粘－塑性等不同的性質(zhì)。溫度影響：低溫、常溫和高溫。瀝青混合料的溫度與時(shí)間效應(yīng)：勁度模量10/7/2023（2）水泥混凝土及水泥穩(wěn)定類材料8/1/2023562.7.3路面材料的變形積累（1）顆粒材料：塑性應(yīng)變-應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)關(guān)系；（2）瀝青混合料：塑性應(yīng)變隨應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)的增加而增加。塑性應(yīng)變累積量隨溫度的升高而增加，同時(shí)受到時(shí)間的影響。2.7.4路面材料的疲勞特征疲勞強(qiáng)度的大小隨應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)的增加而降低