D4材料的力學(xué)性質(zhì)

1、第四章第四章材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能Mechanical Property of Material Mechanical Property of Material 前兩章考慮了外部對(duì)路基路面的影響，這章將從內(nèi)部考前兩章考慮了外部對(duì)路基路面的影響，這章將從內(nèi)部考慮對(duì)路基路面的影響。慮對(duì)路基路面的影響。路基路面材料大致可分外為三類：路基路面材料大致可分外為三類：1.1.土和顆粒材料土和顆粒材料2.2.瀝青類材料（有機(jī)結(jié)合料）瀝青類材料（有機(jī)結(jié)合料）3.3.水硬性材料（無機(jī)結(jié)合料）水硬性材料（無機(jī)結(jié)合料）- -水泥、石灰、粉煤灰水泥、石灰、粉煤灰材料的力學(xué)特性：材料的力學(xué)特性：1.1.強(qiáng)度（破壞

2、）特性：抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度（破壞）特性：抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度2.2.剛度（變形）特性：應(yīng)力剛度（變形）特性：應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系、變形累積應(yīng)變關(guān)系、變形累積3.3.穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：4.1 4.1 極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度定義：指材料靜載一次作用下達(dá)到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時(shí)所定義：指材料靜載一次作用下達(dá)到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。能承受的最大應(yīng)力。路基路面結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的強(qiáng)度破壞常為兩種：路基路面結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的強(qiáng)度破壞常為兩種：1.1.剪應(yīng)力過大引起某一滑動(dòng)面的滑移或相對(duì)變位。如路基的剪應(yīng)力過大引起某一滑動(dòng)面的滑移或相對(duì)變位。如路基的坍塌坍塌和瀝青面層的擁起和瀝青面層的擁起

3、等。等。2.2.正應(yīng)力過大引起的斷裂。如氣溫突然下降或輪載過重。正應(yīng)力過大引起的斷裂。如氣溫突然下降或輪載過重。一一. .抗剪強(qiáng)度：抗剪強(qiáng)度： 面層厚度較薄而剛度較低時(shí)，傳給土基的應(yīng)力較大，有面層厚度較薄而剛度較低時(shí)，傳給土基的應(yīng)力較大，有可能出現(xiàn)土基承載力不足而引起的剪切破壞。對(duì)于高等級(jí)路可能出現(xiàn)土基承載力不足而引起的剪切破壞。對(duì)于高等級(jí)路面，這種情況一般不會(huì)出現(xiàn)。面層較厚但剛度較低（如高溫面，這種情況一般不會(huì)出現(xiàn)。面層較厚但剛度較低（如高溫下瀝青面層）時(shí)，如受到較大的水平力（如緊急制動(dòng)），就下瀝青面層）時(shí)，如受到較大的水平力（如緊急制動(dòng)），就有可能因?yàn)r青混合料的抗剪強(qiáng)度不足而出現(xiàn)推移等破壞

4、。有可能因?yàn)r青混合料的抗剪強(qiáng)度不足而出現(xiàn)推移等破壞。 抗剪強(qiáng)度為材料受剪時(shí)的極限或最大應(yīng)力。按摩爾抗剪強(qiáng)度為材料受剪時(shí)的極限或最大應(yīng)力。按摩爾- -庫倫庫倫強(qiáng)度理論，抗剪強(qiáng)度由兩部分組成：強(qiáng)度理論，抗剪強(qiáng)度由兩部分組成：一是摩擦阻力部分，同作用在剪切面上的法向應(yīng)力一是摩擦阻力部分，同作用在剪切面上的法向應(yīng)力成正比。成正比。 tg tg另一是同法向應(yīng)力無關(guān)的粘結(jié)力部分。另一是同法向應(yīng)力無關(guān)的粘結(jié)力部分。 = = tg + c tg + c 為內(nèi)摩擦角，為內(nèi)摩擦角， c c、是表征材料抗剪強(qiáng)是表征材料抗剪強(qiáng)度的兩個(gè)參數(shù)。度的兩個(gè)參數(shù)。 c c、 可通過直剪試驗(yàn)繪出可通過直剪試驗(yàn)繪出曲線后按上式確定

5、。曲線后按上式確定。也也可通過三軸壓縮試驗(yàn)繪出摩爾圓和相應(yīng)的包絡(luò)線后按上式的直接關(guān)系近可通過三軸壓縮試驗(yàn)繪出摩爾圓和相應(yīng)的包絡(luò)線后按上式的直接關(guān)系近似確定。由于三軸試驗(yàn)與實(shí)際受力狀況接近，目前大多數(shù)采用這種方法。似確定。由于三軸試驗(yàn)與實(shí)際受力狀況接近，目前大多數(shù)采用這種方法。三軸試驗(yàn)中試件的直徑應(yīng)大于集料中最大粒徑的三軸試驗(yàn)中試件的直徑應(yīng)大于集料中最大粒徑的4 4倍，試件高度和直徑之倍，試件高度和直徑之比不應(yīng)小于比不應(yīng)小于2 2（h/d2)h/d2)，集料最大粒徑小于，集料最大粒徑小于2.5cm2.5cm時(shí)，目前大多采用時(shí)，目前大多采用10cm10cm試件直徑，高為試件直徑，高為20cm. 2

6、0cm. 對(duì)能做抗拉和無側(cè)限抗壓試驗(yàn)的材料，還可根對(duì)能做抗拉和無側(cè)限抗壓試驗(yàn)的材料，還可根據(jù)所測的抗壓強(qiáng)度據(jù)所測的抗壓強(qiáng)度c c和抗拉強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度t t來推算來推算c c 、 。 土和顆粒材料抗剪強(qiáng)度是由礦質(zhì)顆粒之間的摩擦、嵌擠以及毛細(xì)和吸土和顆粒材料抗剪強(qiáng)度是由礦質(zhì)顆粒之間的摩擦、嵌擠以及毛細(xì)和吸附等作用形成的。故其附等作用形成的。故其 f f與顆粒的大小和形狀、礦物成分和級(jí)配、密實(shí)與顆粒的大小和形狀、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)。飽和軟粘土在快速加荷時(shí)度和含水量、受力條件等因素有關(guān)。飽和軟粘土在快速加荷時(shí) 0 0；干；干砂沒有粘聚力砂沒有粘聚力 c = 0 c =

7、0 ，而，而 28 2835 35 ；碎石材料的；碎石材料的可達(dá)可達(dá)4040 60 60 ；石料等級(jí)高，形狀接近于立方體，有棱角、尺寸均勻、表面粗糙、；石料等級(jí)高，形狀接近于立方體，有棱角、尺寸均勻、表面粗糙、壓實(shí)緊密的，壓實(shí)緊密的， 就大。就大。tcc21)arcsin(tctc瀝青混合料的粘結(jié)力取決于：瀝青混合料的粘結(jié)力取決于：1 1）瀝青的粘度。粘度越高，粘結(jié)力也越大。）瀝青的粘度。粘度越高，粘結(jié)力也越大。2 2）瀝青用量。用量過少，不足于充分涂敷在礦質(zhì)顆粒；用量過多，又將使）瀝青用量。用量過少，不足于充分涂敷在礦質(zhì)顆粒；用量過多，又將使顆粒被擠開，兩種情況都會(huì)使粘結(jié)力降低。因而存在一最

8、佳瀝青用量，使粘顆粒被擠開，兩種情況都會(huì)使粘結(jié)力降低。因而存在一最佳瀝青用量，使粘結(jié)力達(dá)最大。結(jié)力達(dá)最大。4 4）混合料中礦質(zhì)顆粒存在相互滑移和錯(cuò)位阻力，但因有瀝青涂敷，其）混合料中礦質(zhì)顆粒存在相互滑移和錯(cuò)位阻力，但因有瀝青涂敷，其比純粒料有所下降，瀝青含量越高，比純粒料有所下降，瀝青含量越高， 值下降越多。而集料級(jí)配良好，值下降越多。而集料級(jí)配良好，富有棱角時(shí)，有助于提高富有棱角時(shí)，有助于提高 。3 3）瀝青的粘度受溫度和應(yīng)力作用時(shí)間（剪切速率）的影響很大，隨溫度）瀝青的粘度受溫度和應(yīng)力作用時(shí)間（剪切速率）的影響很大，隨溫度升高而下降，隨剪切速率下降而升高而下降，隨剪切速率下降而c c下降。

9、下降。二、抗拉強(qiáng)度二、抗拉強(qiáng)度tt ：1 1）車輛緊急剎車時(shí)，車輪后側(cè)的路面將受到很大的徑向力；）車輛緊急剎車時(shí)，車輪后側(cè)的路面將受到很大的徑向力；tt可由直接拉伸試驗(yàn)或間接拉伸試驗(yàn)確定?？捎芍苯永煸囼?yàn)或間接拉伸試驗(yàn)確定。2 2）面層在氣溫驟降，其收縮受下層摩阻約束時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。）面層在氣溫驟降，其收縮受下層摩阻約束時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。1.1.直接拉伸試驗(yàn)：直接拉伸試驗(yàn)：將混合料做成將混合料做成h/d=2.53h/d=2.53倍的圓柱形試件，見倍的圓柱形試件，見P40,P40,其兩端用環(huán)氧樹脂粘其兩端用環(huán)氧樹脂粘于金屬帽上，通過安裝在試件上的變形傳感器測得各級(jí)荷載應(yīng)力下的于金屬

10、帽上，通過安裝在試件上的變形傳感器測得各級(jí)荷載應(yīng)力下的應(yīng)變（變形）值，做成應(yīng)變（變形）值，做成-曲線，曲線， maxmax為抗拉強(qiáng)度。為抗拉強(qiáng)度。2.間接拉伸試驗(yàn)（劈裂試驗(yàn)）：將材料做成較短的圓柱形試件（將材料做成較短的圓柱形試件（hDhD）, ,見見P40,P40,測試時(shí)沿試件的直徑方測試時(shí)沿試件的直徑方向加壓，按一定速率加在墊條上，直到試件開裂破壞，抗拉強(qiáng)度向加壓，按一定速率加在墊條上，直到試件開裂破壞，抗拉強(qiáng)度t=2Pt=2Pmaxmax/(/(hD)hD)。試驗(yàn)中墊條對(duì)試件的應(yīng)力分布和極限強(qiáng)度試驗(yàn)中墊條對(duì)試件的應(yīng)力分布和極限強(qiáng)度P Pmaxmax有顯著影響，常取墊條寬有顯著影響，常取墊

11、條寬a = 1.27cm,a = 1.27cm,由硬質(zhì)橡膠或金屬做成，其一面的弧度與試件相同。若考由硬質(zhì)橡膠或金屬做成，其一面的弧度與試件相同。若考慮其影響可乘一改正系數(shù)慮其影響可乘一改正系數(shù)0.98380.9838。路面材料的抗拉強(qiáng)度路面材料的抗拉強(qiáng)度tt主要由粘結(jié)力主要由粘結(jié)力c c提供：影響因素為提供：影響因素為1 1）瀝青混合料的）瀝青混合料的tt，隨瀝青含量和施荷速率增加而增加，隨針入度，隨瀝青含量和施荷速率增加而增加，隨針入度和溫度和溫度T T增加而下降，而在負(fù)溫下，增加而下降，而在負(fù)溫下， t t隨針入度和溫度隨針入度和溫度T T降低而下降；降低而下降；增加混合料的密實(shí)度，增加混

12、合料的密實(shí)度， t t 上升，密級(jí)配混合料的上升，密級(jí)配混合料的tt高于開級(jí)配混高于開級(jí)配混合料，對(duì)密級(jí)配混合料，合料，對(duì)密級(jí)配混合料，tt隨粒徑隨粒徑d dmaxmax減少而增加。減少而增加。2 2）水泥混凝土、石灰穩(wěn)定土、工業(yè)廢渣等水硬性材料，其）水泥混凝土、石灰穩(wěn)定土、工業(yè)廢渣等水硬性材料，其tt除受集除受集料組成、含量及拌制均勻性、壓實(shí)程度影響外，而且與齡期有關(guān)。料組成、含量及拌制均勻性、壓實(shí)程度影響外，而且與齡期有關(guān)。3.抗彎拉強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）抗彎拉強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度） b ： 大多通過室內(nèi)小梁試驗(yàn)測定。試件高大多通過室內(nèi)小梁試驗(yàn)測定。試件高h(yuǎn) h和寬和寬b b不小于集料最大粒徑的不小于

13、集料最大粒徑的4 4倍。倍。 整體性材料（水泥混凝土、水泥穩(wěn)定土或石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土）及常、低整體性材料（水泥混凝土、水泥穩(wěn)定土或石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土）及常、低溫下的瀝青混合料具有一定的抗彎拉強(qiáng)度。在超過允許荷載作用下，有可能溫下的瀝青混合料具有一定的抗彎拉強(qiáng)度。在超過允許荷載作用下，有可能在結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，而在材料的在結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，而在材料的b b 不足時(shí)出現(xiàn)斷裂破壞。不足時(shí)出現(xiàn)斷裂破壞。根據(jù)材料情況可做成三種小梁：根據(jù)材料情況可做成三種小梁：采用三分點(diǎn)加荷，材料的采用三分點(diǎn)加荷，材料的抗彎拉強(qiáng)度抗彎拉強(qiáng)度:1 1）5cm5cm5cm24cm,測試支點(diǎn)跨度為測試支點(diǎn)跨

14、度為15cm，可用于石灰（或水泥）穩(wěn)定土和，可用于石灰（或水泥）穩(wěn)定土和瀝青砂（細(xì)粒式）。瀝青砂（細(xì)粒式）。）1010cm10cm40cm,測試支點(diǎn)跨度為測試支點(diǎn)跨度為30cm，用于最大粒徑為，用于最大粒徑為.cm的穩(wěn)定類材料和中粒式瀝青混合料。的穩(wěn)定類材料和中粒式瀝青混合料。）15cm15cm55cm,測試支點(diǎn)跨度為測試支點(diǎn)跨度為45cm，用于最大粒徑為，用于最大粒徑為3.cm的的穩(wěn)定類材料、粗粒式瀝青混合料和水泥混凝土。穩(wěn)定類材料、粗粒式瀝青混合料和水泥混凝土。影響影響瀝青混合料或水硬性材料的瀝青混合料或水硬性材料的 b 與抗拉強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度t相同。相同。2bhPlblP.疲勞特性疲勞特性

15、. .定義：定義：材料承受多次重復(fù)應(yīng)力作用會(huì)在低于材料極限強(qiáng)度的應(yīng)力值出現(xiàn)材料承受多次重復(fù)應(yīng)力作用會(huì)在低于材料極限強(qiáng)度的應(yīng)力值出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。破壞的現(xiàn)象。. .產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：材質(zhì)不均勻，引起應(yīng)力材質(zhì)不均勻，引起應(yīng)力集中后出現(xiàn)裂紋，在應(yīng)力集中后出現(xiàn)裂紋，在應(yīng)力反復(fù)作反復(fù)作用下逐漸擴(kuò)展，從而使受力面積減少，應(yīng)力用下逐漸擴(kuò)展，從而使受力面積減少，應(yīng)力下降，導(dǎo)致破壞。下降，導(dǎo)致破壞。. .疲勞極限：疲勞極限：出現(xiàn)疲勞破壞的反復(fù)應(yīng)力大?。ㄆ趶?qiáng)度）隨應(yīng)力重復(fù)次數(shù)出現(xiàn)疲勞破壞的反復(fù)應(yīng)力大?。ㄆ趶?qiáng)度）隨應(yīng)力重復(fù)次數(shù)的增加而降低。有些材料在應(yīng)力反復(fù)作用一定次數(shù)（如一千萬次）后，出的增加而降低。有些材料

16、在應(yīng)力反復(fù)作用一定次數(shù)（如一千萬次）后，出現(xiàn)破壞時(shí)的反復(fù)應(yīng)力值不再下降而趨于穩(wěn)定，此穩(wěn)定值叫疲勞極限?，F(xiàn)破壞時(shí)的反復(fù)應(yīng)力值不再下降而趨于穩(wěn)定，此穩(wěn)定值叫疲勞極限。. .研究目的：研究目的：）了解影響疲勞特性的因素，以便改進(jìn)材料的組成，提高其使用壽命。）了解影響疲勞特性的因素，以便改進(jìn)材料的組成，提高其使用壽命。）尋求材料的疲勞強(qiáng)度與反復(fù)應(yīng)力作用次數(shù)間的定量關(guān)系（疲勞方）尋求材料的疲勞強(qiáng)度與反復(fù)應(yīng)力作用次數(shù)間的定量關(guān)系（疲勞方程），以便估計(jì)路面的疲勞壽命。程），以便估計(jì)路面的疲勞壽命。一、瀝青混合料的疲勞特性：一、瀝青混合料的疲勞特性：. .試驗(yàn)方法和疲勞方程：室內(nèi)研究是在簡支小梁或梯形懸臂式試

17、件或圓柱試驗(yàn)方法和疲勞方程：室內(nèi)研究是在簡支小梁或梯形懸臂式試件或圓柱體試件（間接拉伸疲勞）上施加脈沖或正弦式反復(fù)荷載應(yīng)力進(jìn)行的。由于體試件（間接拉伸疲勞）上施加脈沖或正弦式反復(fù)荷載應(yīng)力進(jìn)行的。由于瀝青混合料的模量較低，應(yīng)力反復(fù)施加過程中，試件的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)瀝青混合料的模量較低，應(yīng)力反復(fù)施加過程中，試件的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變量會(huì)不斷發(fā)生變化，為此采用控制正應(yīng)力變量會(huì)不斷發(fā)生變化，為此采用控制正應(yīng)力或正應(yīng)變或正應(yīng)變?cè)囼?yàn)。試驗(yàn)。）控制）控制應(yīng)力的疲勞試驗(yàn)：應(yīng)力的疲勞試驗(yàn)：在試驗(yàn)過程中每次施加的荷載或應(yīng)力值保持不在試驗(yàn)過程中每次施加的荷載或應(yīng)力值保持不變。這時(shí)由于試件內(nèi)的微裂紋逐步擴(kuò)展，材料的勁度

18、不斷下降，應(yīng)變不斷變。這時(shí)由于試件內(nèi)的微裂紋逐步擴(kuò)展，材料的勁度不斷下降，應(yīng)變不斷增加，最終導(dǎo)致試件破裂。增加，最終導(dǎo)致試件破裂。）控制應(yīng)變的疲勞試驗(yàn)：）控制應(yīng)變的疲勞試驗(yàn)：不斷調(diào)節(jié)（減少）所施加的荷載或應(yīng)力，使試不斷調(diào)節(jié)（減少）所施加的荷載或應(yīng)力，使試件產(chǎn)生的變形或應(yīng)變值保持不變。件產(chǎn)生的變形或應(yīng)變值保持不變。前一種試驗(yàn)疲勞破壞以試件出現(xiàn)斷裂為標(biāo)志，后一種試驗(yàn)并不出現(xiàn)前一種試驗(yàn)疲勞破壞以試件出現(xiàn)斷裂為標(biāo)志，后一種試驗(yàn)并不出現(xiàn)明顯的疲勞破壞現(xiàn)象，只能主觀地以勁度下降到加荷明顯的疲勞破壞現(xiàn)象，只能主觀地以勁度下降到加荷200次時(shí)的某一百分次時(shí)的某一百分率（率（40%或或50%)作為疲勞破壞的統(tǒng)一

19、標(biāo)準(zhǔn)。作為疲勞破壞的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。）試驗(yàn)表明：）試驗(yàn)表明：其疲勞壽命其疲勞壽命Nf 隨施加應(yīng)力隨施加應(yīng)力 r或應(yīng)變或應(yīng)變r(jià) 的增大而減小。的增大而減小。brfaN)1(drf)1(cNa a、b b、c c、d d同瀝青混合料的組成和試驗(yàn)條件有關(guān)的回歸系數(shù)。同瀝青混合料的組成和試驗(yàn)條件有關(guān)的回歸系數(shù)。控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)得到的控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)得到的Nf 比控制應(yīng)力得到的比控制應(yīng)力得到的Nf 大得多。二者差別大小大得多。二者差別大小與溫度有關(guān)，高溫下差別很大。與溫度有關(guān)，高溫下差別很大。提高瀝青混合料的密實(shí)度、適當(dāng)增加瀝青用量可減輕應(yīng)力集中現(xiàn)提高瀝青混合料的密實(shí)度、適當(dāng)增加瀝青用量可減輕應(yīng)力集中現(xiàn)象，使壽命延長

20、。象，使壽命延長。影響影響Nf 因素見因素見42表表4-1。兩種試驗(yàn)方法得到不同和疲勞性狀。原因在于破壞機(jī)理的差異。兩種試驗(yàn)方法得到不同和疲勞性狀。原因在于破壞機(jī)理的差異。 集中產(chǎn)集中產(chǎn)生微裂隙后，在控制應(yīng)力試驗(yàn)中：模量生微裂隙后，在控制應(yīng)力試驗(yàn)中：模量E，裂隙迅速擴(kuò)展；而在應(yīng)變控，裂隙迅速擴(kuò)展；而在應(yīng)變控制試驗(yàn)中，應(yīng)力不斷減小，裂隙的擴(kuò)展便延續(xù)很長時(shí)間。制試驗(yàn)中，應(yīng)力不斷減小，裂隙的擴(kuò)展便延續(xù)很長時(shí)間。E越小，延續(xù)時(shí)越小，延續(xù)時(shí)間越長，于是勁度低的材料，其間越長，于是勁度低的材料，其Nf 越大。越大。 疲勞試驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇何種加載方式應(yīng)視具體情況而定。厚瀝青面層，選用控疲勞試驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇何種加載方

21、式應(yīng)視具體情況而定。厚瀝青面層，選用控制應(yīng)力試驗(yàn)，得出制應(yīng)力試驗(yàn)，得出Nf 小，偏安全。對(duì)薄瀝青面層，采用控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)。小，偏安全。對(duì)薄瀝青面層，采用控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)。室內(nèi)疲勞試驗(yàn)與路面的野外實(shí)際并不一致，所得室內(nèi)疲勞試驗(yàn)與路面的野外實(shí)際并不一致，所得Nf 比實(shí)際小，故常采用比實(shí)際小，故常采用室內(nèi)試驗(yàn)與試驗(yàn)路面相結(jié)合定。室內(nèi)試驗(yàn)與試驗(yàn)路面相結(jié)合定。二、水硬性材料的疲勞特性：二、水硬性材料的疲勞特性：1、試驗(yàn)方法和疲勞特性：、試驗(yàn)方法和疲勞特性：1）方法：小梁（室內(nèi)）試驗(yàn)，施加不變反復(fù)荷載（控制應(yīng)力）進(jìn)行。其）方法：小梁（室內(nèi)）試驗(yàn)，施加不變反復(fù)荷載（控制應(yīng)力）進(jìn)行。其Nf 取決于取決于 r/ b

22、的比值。的比值。2）疲勞方程：）疲勞方程： r/ b = -tgNtgNf f， 、為回歸系數(shù)，與材料性質(zhì)和試驗(yàn)為回歸系數(shù)，與材料性質(zhì)和試驗(yàn)條件有關(guān)。在條件有關(guān)。在 r0.75 b的范圍內(nèi)，反復(fù)應(yīng)力施加的頻率對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影的范圍內(nèi)，反復(fù)應(yīng)力施加的頻率對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響很小。在一定響很小。在一定 下，水硬性材料的疲勞壽命下，水硬性材料的疲勞壽命Nf取決于極限強(qiáng)度。故有助取決于極限強(qiáng)度。故有助于提高材料強(qiáng)度的措施，也有利于于提高材料強(qiáng)度的措施，也有利于Nf的提高。的提高。3 3）上述疲勞試驗(yàn)是）上述疲勞試驗(yàn)是 r r在在0-0-最大的變動(dòng)循環(huán)內(nèi)進(jìn)行的，但水泥混凝土路面最大的變動(dòng)循環(huán)內(nèi)進(jìn)行的，但水泥混

23、凝土路面實(shí)際受到荷載應(yīng)力實(shí)際受到荷載應(yīng)力荷荷和溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)力溫溫共同作用，變動(dòng)于共同作用，變動(dòng)于minmin（溫）（溫）和和溫溫+ +荷荷之之間，稱為高低應(yīng)力比間，稱為高低應(yīng)力比R= R= minmin/ / maxmax。通過對(duì)高低應(yīng)力比的疲勞試驗(yàn)進(jìn)行回。通過對(duì)高低應(yīng)力比的疲勞試驗(yàn)進(jìn)行回歸分析，有：歸分析，有：=0.0724=0.0724，其中，其中、a a、b b由可靠度定。見表由可靠度定。見表4-24-2（P43)P43)fbgNR )1 (maxfminbminmaxgNbgag 室內(nèi)試驗(yàn)同樣與野外實(shí)際有出入，但由于野外自然環(huán)境對(duì)混凝土的不室內(nèi)試驗(yàn)同樣與野外實(shí)際有出入，但由于野外自

24、然環(huán)境對(duì)混凝土的不利影響，使室內(nèi)的疲勞方程反而偏不安全。同樣要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行修正。利影響，使室內(nèi)的疲勞方程反而偏不安全。同樣要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行修正。三、邁因納定律：三、邁因納定律： 使用中用單一不變的荷載反復(fù)作用，而實(shí)際上車輛荷載是輕重不一使用中用單一不變的荷載反復(fù)作用，而實(shí)際上車輛荷載是輕重不一的，故還須考慮不同級(jí)位荷載產(chǎn)生的綜合疲勞破壞問題。常用邁因納定律：的，故還須考慮不同級(jí)位荷載產(chǎn)生的綜合疲勞破壞問題。常用邁因納定律：即各級(jí)荷載級(jí)位下材料的疲勞損耗可以采用線性疊加的方法予以累積。即各級(jí)荷載級(jí)位下材料的疲勞損耗可以采用線性疊加的方法予以累積。11KiiiNnNiNi荷載級(jí)位荷載級(jí)位i i的作用

25、次數(shù)，的作用次數(shù)，NiNi第第i i級(jí)荷載的疲勞壽命。級(jí)荷載的疲勞壽命。也可用換算系數(shù)也可用換算系數(shù)iiNNfN N為標(biāo)準(zhǔn)軸載的疲勞壽命。為標(biāo)準(zhǔn)軸載的疲勞壽命。4.3 變變 形形 特特 性性一、變形分析：一、變形分析：材料受力后，變形有彈性、粘彈性、粘性和塑性四種變形。材料受力后，變形有彈性、粘彈性、粘性和塑性四種變形。 左圖表材料在脈沖應(yīng)力左圖表材料在脈沖應(yīng)力 0作用下作用下 與與t的關(guān)系曲線，加荷后立即產(chǎn)生的關(guān)系曲線，加荷后立即產(chǎn)生彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變（彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變（ e+ p),僅同僅同 0有關(guān)。卸荷后有關(guān)。卸荷后e立即消失，而立即消失，而p保保留下來。粘性應(yīng)變留下來。粘性應(yīng)變v和粘

26、彈性應(yīng)變和粘彈性應(yīng)變ve在受荷時(shí)間內(nèi)會(huì)不斷增大，但粘性在受荷時(shí)間內(nèi)會(huì)不斷增大，但粘性應(yīng)變應(yīng)變v在卸載后不再變化，而在卸載后不再變化，而ve在卸載后不斷變小，在施加另一脈沖荷在卸載后不斷變小，在施加另一脈沖荷載時(shí)，還會(huì)殘存部分載時(shí)，還會(huì)殘存部分ve間歇時(shí)間間歇時(shí)間tB越長，則越長，則ve越小。越小。 e 、ve屬可恢復(fù)屬可恢復(fù)的，統(tǒng)稱為回臺(tái)彈變形。殘余應(yīng)變有的，統(tǒng)稱為回臺(tái)彈變形。殘余應(yīng)變有p ，v 和和ve逐漸積累。逐漸積累。 0eptBtteVeVPVeVVe1.瀝青混合料的蠕變?cè)囼?yàn)瀝青混合料的蠕變?cè)囼?yàn)：在一定溫度、荷載下隨時(shí)間增加應(yīng)變將增長。：在一定溫度、荷載下隨時(shí)間增加應(yīng)變將增長。當(dāng)當(dāng)小，

27、小，t短時(shí)，基本處于彈性或粘彈性狀態(tài)。當(dāng)短時(shí)，基本處于彈性或粘彈性狀態(tài)。當(dāng)大，大，t長時(shí)，處于彈長時(shí)，處于彈-粘粘-塑塑性狀態(tài)。且瀝青的粘滯性同溫度關(guān)系很大。低溫時(shí)，屬彈性體，高溫時(shí)屬性狀態(tài)。且瀝青的粘滯性同溫度關(guān)系很大。低溫時(shí)，屬彈性體，高溫時(shí)屬彈彈-粘性或彈粘性或彈-粘粘-塑性體。塑性體。2.土和顆粒材料土和顆粒材料：具彈：具彈-塑性質(zhì)，當(dāng)細(xì)料含量和濕度增加時(shí)，還會(huì)呈粘性性質(zhì)。塑性質(zhì)，當(dāng)細(xì)料含量和濕度增加時(shí)，還會(huì)呈粘性性質(zhì)。3.水硬性材料水硬性材料：隨齡期增加，接近彈性變形體。：隨齡期增加，接近彈性變形體。二、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：二、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：E= / 路基土和路面材料都不是理想彈性體，路基

28、土和路面材料都不是理想彈性體， - 關(guān)系為非線性，其關(guān)系為非線性，其E隨應(yīng)力隨應(yīng)力級(jí)位的大小和取值而異。級(jí)位的大小和取值而異。1)切線彈性模量切線彈性模量Et; 2)割線模量割線模量Es; 3)回彈模量回彈模量Er; 4)彎拉模量彎拉模量Eb.1.土和顆粒材料土和顆粒材料：用三軸試驗(yàn)測得：用三軸試驗(yàn)測得Er（回彈模量）隨（回彈模量）隨d增大而減小。隨側(cè)應(yīng)增大而減小。隨側(cè)應(yīng)力力3增大而增大。試驗(yàn)表明，粘性土受增大而增大。試驗(yàn)表明，粘性土受3影響可忽略，而砂性土和碎（礫）石影響可忽略，而砂性土和碎（礫）石材材 ，2.水硬性材料的模量水硬性材料的模量E：同強(qiáng)度一樣隨齡期增加會(huì)不斷增大，：同強(qiáng)度一樣隨

29、齡期增加會(huì)不斷增大， 與與在大范圍內(nèi)呈在大范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，見線性關(guān)系，見P46圖圖4-12，彎拉回彈模量與壓縮回彈模量值較接近，同一量級(jí)。，彎拉回彈模量與壓縮回彈模量值較接近，同一量級(jí)。2K1rKE K1、K2為回歸系數(shù)，為回歸系數(shù)，為主應(yīng)力之和，為主應(yīng)力之和，= 1+ 2+ 3 = d+3 3, Er除受除受 d、 3影響外，還與材料顆粒形狀、密實(shí)度、級(jí)配、細(xì)料有關(guān)。影響外，還與材料顆粒形狀、密實(shí)度、級(jí)配、細(xì)料有關(guān)。3.瀝青混合料的模量瀝青混合料的模量Sm：不僅同荷載大小有關(guān)，且與時(shí)間及溫度有關(guān)，叫勁度模量。：不僅同荷載大小有關(guān)，且與時(shí)間及溫度有關(guān)，叫勁度模量。 Sm可通過疲勞試驗(yàn)在控制時(shí)

30、間和溫度下測得應(yīng)力和應(yīng)變的振幅（或最大值）可通過疲勞試驗(yàn)在控制時(shí)間和溫度下測得應(yīng)力和應(yīng)變的振幅（或最大值）,按兩按兩者的比值確定者的比值確定.Sm可由瀝青勁度可由瀝青勁度Sb及集料的體積及集料的體積Vg（%）和瀝）和瀝青體積青體積Vb來予估。（諾謨圖）見來予估。（諾謨圖）見P47 當(dāng)溫度較高且時(shí)間較長時(shí)，而瀝青當(dāng)溫度較高且時(shí)間較長時(shí)，而瀝青Sb10MPa時(shí)，瀝青作用減弱?；旌狭系膭哦葧r(shí)，瀝青作用減弱。混合料的勁度除了受除了受Vg、Vb、Sb影響外，還與集料組成、形狀、級(jí)配、密實(shí)度、壓實(shí)方法、空隙影響外，還與集料組成、形狀、級(jí)配、密實(shí)度、壓實(shí)方法、空隙率側(cè)限條件有關(guān)。因?yàn)榇藭r(shí)混合料的抗變形能力幾

31、乎全由骨料承擔(dān)。率側(cè)限條件有關(guān)。因?yàn)榇藭r(shí)混合料的抗變形能力幾乎全由骨料承擔(dān)。三、泊松比：三、泊松比：=-/SmTt=0.02st=0.1s對(duì)應(yīng)力、位移計(jì)算結(jié)果影響小，故取用它們的代表值。對(duì)應(yīng)力、位移計(jì)算結(jié)果影響小，故取用它們的代表值。 CC：=0.15 ；細(xì)粒料：；細(xì)粒料：=0.30.5 ；顆粒材料：；顆粒材料：=0.20.5 ； 瀝青混合料：瀝青混合料：=0.250.5 ；水硬性材料：；水硬性材料：=0.10.25四、變形積累：四、變形積累：路面在行車荷載反復(fù)作用下，會(huì)引起疲勞破壞外，還會(huì)因變形累積產(chǎn)生沉陷和車轍。路面在行車荷載反復(fù)作用下，會(huì)引起疲勞破壞外，還會(huì)因變形累積產(chǎn)生沉陷和車轍。1.

32、土進(jìn)行重復(fù)加載試驗(yàn)表明，土進(jìn)行重復(fù)加載試驗(yàn)表明， d（重復(fù)加載應(yīng)力水平（重復(fù)加載應(yīng)力水平)/ c(靜抗壓強(qiáng)度靜抗壓強(qiáng)度)低時(shí)，軸向總應(yīng)低時(shí)，軸向總應(yīng)變變a(a(或殘余應(yīng)變或殘余應(yīng)變) )隨應(yīng)力作用次數(shù)隨應(yīng)力作用次數(shù)N N的增長在單對(duì)數(shù)或雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上呈線性關(guān)系的增長在單對(duì)數(shù)或雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上呈線性關(guān)系, ,尤其尤其是加載應(yīng)力較低時(shí)是加載應(yīng)力較低時(shí), ,累積應(yīng)變會(huì)因土體被壓實(shí)而趨穩(wěn)定累積應(yīng)變會(huì)因土體被壓實(shí)而趨穩(wěn)定. .但但重復(fù)加載應(yīng)力超過某一臨界值重復(fù)加載應(yīng)力超過某一臨界值后，土體會(huì)產(chǎn)生剪切變形而剪裂。此臨界值同土體的類型后，土體會(huì)產(chǎn)生剪切變形而剪裂。此臨界值同土體的類型、狀態(tài)狀態(tài)(含水量含水量、密實(shí)

33、度、密實(shí)度)有有關(guān)。關(guān)。 土相對(duì)土相對(duì)含水量含水量0.7時(shí)時(shí),其臨界值其臨界值急劇下降急劇下降,粘土粘土: 0.09 ; 粉性土粉性土: 0.1 ; 砂性土砂性土: 0.120.15 回彈模量回彈模量ErEr則隨回彈應(yīng)變則隨回彈應(yīng)變r(jià)r值在應(yīng)力重復(fù)過程中波動(dòng)值在應(yīng)力重復(fù)過程中波動(dòng), ,且在路基土通常范且在路基土通常范圍圍(0.1MPa)( r 處。處。m= /rm= /r3.在雙輪均布荷載作用下：在雙輪均布荷載作用下：其他其他 點(diǎn)處的彎沉可由疊加而得。點(diǎn)處的彎沉可由疊加而得。4.剛性圓形承載板加載時(shí)：剛性圓形承載板加載時(shí)：4)1 (220Ep壓板本身不變形壓板本身不變形p(r)l ( r )2

34、p2pe二、路基回彈模量二、路基回彈模量E E 0 0：反映路基土體的彈性性質(zhì)：反映路基土體的彈性性質(zhì) 試驗(yàn)時(shí)，采用鋼質(zhì)的剛性承載板，以逐級(jí)加載、卸載法測得各級(jí)試驗(yàn)時(shí)，采用鋼質(zhì)的剛性承載板，以逐級(jí)加載、卸載法測得各級(jí)荷載下回彈變形值，畫出荷載荷載下回彈變形值，畫出荷載- -回彈變形曲線。柔性路面設(shè)計(jì)時(shí)，按回彈變形曲線。柔性路面設(shè)計(jì)時(shí)，按1.01.0彎沉值定彎沉值定E E 0 0 . .承載板直徑大小對(duì)測定結(jié)果也有影響，規(guī)定采用標(biāo)承載板直徑大小對(duì)測定結(jié)果也有影響，規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)軸載（準(zhǔn)軸載（100KN100KN）一側(cè)雙輪組輪胎的傳壓面的當(dāng)量圓直徑，）一側(cè)雙輪組輪胎的傳壓面的當(dāng)量圓直徑，=15.1c

35、m=15.1cm Er Er除隨壓力大小而變外，與路基土本身類型、濕度有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)通過試除隨壓力大小而變外，與路基土本身類型、濕度有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)通過試驗(yàn)實(shí)測而得。驗(yàn)實(shí)測而得。 路基回彈模量路基回彈模量E E 0 0或地基回彈模量或地基回彈模量E E r r規(guī)定取回彈變形不超過規(guī)定取回彈變形不超過1 1（0.50.5）mmmm的點(diǎn)，用線性歸納法計(jì)算。的點(diǎn)，用線性歸納法計(jì)算。D=30cm,D=30cm,土基土基=0.35=0.35，層狀地基，層狀地基 =0.3=0.32)1(4)1(222ppEriipDE)1(42 p pi i為各級(jí)荷載的單位壓力，為各級(jí)荷載的單位壓力， l li i 為對(duì)應(yīng)為對(duì)

36、應(yīng)p pi i的回彈變形。的回彈變形。1 1、當(dāng)用百分表測變形時(shí)，回彈變形、當(dāng)用百分表測變形時(shí)，回彈變形 等于加載時(shí)與卸載時(shí)百分表讀數(shù)之差。等于加載時(shí)與卸載時(shí)百分表讀數(shù)之差。2 2、當(dāng)用彎沉儀測變形時(shí)，回彈變形、當(dāng)用彎沉儀測變形時(shí)，回彈變形 等于加載與卸載讀數(shù)差再乘以等于加載與卸載讀數(shù)差再乘以2 2。P184P1843 3、若在汽車大梁的后部設(shè)加勁橫梁作為千斤頂加載的反力架時(shí)，應(yīng)待加載結(jié)束、若在汽車大梁的后部設(shè)加勁橫梁作為千斤頂加載的反力架時(shí)，應(yīng)待加載結(jié)束后取走千斤頂重新記錄百分表初讀數(shù)，再將汽車開出后取走千斤頂重新記錄百分表初讀數(shù)，再將汽車開出 10m10m之外，又記錄百分之外，又記錄百分表

37、終讀數(shù)。得汽車后輪對(duì)承載板回彈變形的影響值表終讀數(shù)。得汽車后輪對(duì)承載板回彈變形的影響值a a。此外，各級(jí)荷載的回。此外，各級(jí)荷載的回彈變形彈變形 應(yīng)加上該級(jí)荷載的影響量，最后得到實(shí)際回彈模量。各級(jí)荷載下的應(yīng)加上該級(jí)荷載的影響量，最后得到實(shí)際回彈模量。各級(jí)荷載下的影響量等于各級(jí)荷載下的影響量系數(shù)影響量等于各級(jí)荷載下的影響量系數(shù)K K乘以總影響量乘以總影響量a a。 書上列出了兩種車型書上列出了兩種車型K K，見，見P52P52例題例題. .4 4、彎沉測定法：將彎沉儀測頭直接放在汽、彎沉測定法：將彎沉儀測頭直接放在汽車后軸雙輪中間，用前進(jìn)卸載法測得表面車后軸雙輪中間，用前進(jìn)卸載法測得表面回彈彎沉

38、值，按反推法計(jì)算?；貜棌澇林?，按反推法計(jì)算。在野外還可采用施加震動(dòng)荷載法測動(dòng)彈模量。路基動(dòng)彈模量比回彈模量大在野外還可采用施加震動(dòng)荷載法測動(dòng)彈模量。路基動(dòng)彈模量比回彈模量大30%50%30%50%三、地基反應(yīng)模量三、地基反應(yīng)模量K:K:Epe)1 (2712. 02在水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，采用文克勒（在水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，采用文克勒（Winker)Winker)地基。假定地基（路基）頂?shù)鼗?。假定地基（路基）頂面任一點(diǎn)的下沉量面任一點(diǎn)的下沉量l l僅同作用于該點(diǎn)的單位壓力僅同作用于該點(diǎn)的單位壓力p p 成正比，成正比，l=p/kl=p/kK(K(地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量) )也用承載板試驗(yàn)測定

39、，用逐級(jí)加載法測得也用承載板試驗(yàn)測定，用逐級(jí)加載法測得p-lp-l曲線，可知曲線，可知K K隨隨p p而變?？紤]到而變?？紤]到CCCC路面板下地基（基層）頂面可能達(dá)到的下沉量或壓力值，路面板下地基（基層）頂面可能達(dá)到的下沉量或壓力值，常規(guī)定常規(guī)定l=1.27mm,l=1.27mm,或或p=0.07MPa,p=0.07MPa,由由k=p/lk=p/l確定確定k k值。值。 k k值與承載板直徑也有值與承載板直徑也有關(guān)，關(guān)，D D越小，越小，k k越大，但當(dāng)越大，但當(dāng)D76cmD76cm時(shí)，時(shí)，k k趨于穩(wěn)定。見趨于穩(wěn)定。見P53P53圖圖4-224-22。綜合上述假設(shè)的地基好象由許多各不相連的彈簧所組成或像稠密的液體。這綜合上述假設(shè)的地基好象由許多各不相連的彈簧所組成或像稠密的液體。這種假設(shè)雖與實(shí)際不符，但便于分