路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性課件

第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性基本內(nèi)容第一節(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及疲勞特性基本內(nèi)容第一節(jié)行車荷載研究行車荷載的原因：1、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。2、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)量影響路面的使用性能。3、汽車荷載是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷的主要原因。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。第一節(jié)行車荷載研究行車荷載的原因：行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容：車輛的種類；汽車的軸型；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；交通分析。行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容：一、車輛的種類道路上通行的車輛主要分為客車與貨車兩大類?？蛙嚕盒】蛙嚒⒅锌蛙嚒⒋罂蛙?；貨車：整車、牽引式半掛車、牽引式掛車。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)設(shè)計(jì)主要以軸重作為荷載標(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，則主要對(duì)路面的表面特性如：平整性、抗滑性等，提出較高的要求。一、車輛的種類道路上通行的車輛主要分為客車與貨車兩大類。

整車類：前軸、后軸。牽引式半拖車類：牽引車：前軸、后軸；拖車：后軸（單軸或雙軸）。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。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)軸重的最大限度有明確的規(guī)定。我國(guó)公路與城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸重。目前我國(guó)公路是行使的車輛，后軸軸載一般在60～130kN范圍內(nèi)。

整車類：前軸、后軸。

汽車貨運(yùn)朝大型重載方向發(fā)展，貨車的總重量有增加趨勢(shì)，超載運(yùn)輸問(wèn)題在我國(guó)日益突出。

要發(fā)展多軸多輪。對(duì)超載的定義：2000年2月，交通部《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理?xiàng)l例》規(guī)定：“單軸（每側(cè)單輪胎）載質(zhì)量6000kg，單軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)量10000kg，雙聯(lián)軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)量18000kg。”附則第二十九條規(guī)定，單軸軸載最大不得超過(guò)13000kg。

汽車貨運(yùn)朝大型重載方向發(fā)展，貨車的總重量有增加趨勢(shì)，超載三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力1、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。行駛狀態(tài)：對(duì)道路的作用力為動(dòng)態(tài)垂直壓力、水平力、振動(dòng)力。2、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)。影響靜態(tài)垂直壓力大小的因素：（1）汽車輪胎的內(nèi)壓力pi；（2）輪胎的剛度和輪胎與路面的接觸的形狀；（3）輪載的大小。三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力1、汽車對(duì)道路的作用胎壁受拉胎壁受壓胎壓觸壓力高壓輪胎低壓輪胎胎壁受拉胎壁受壓胎壓觸壓力高壓輪胎低壓輪胎

輪胎/路面接觸面與接觸應(yīng)力輪跡輪胎/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：以輪胎內(nèi)壓力為輪胎的接觸壓力，即p=pi，接觸形狀為圓形，接觸面上的壓力為均勻分布

即將車輪荷載簡(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p。

當(dāng)量圓半徑δ可以按下式確定。

式中：P——作用在車輪上的荷載，kN；

p——輪胎接觸壓力，kpa；

δ——接觸面當(dāng)量圓半徑，m。

輪胎與路面的接觸形狀如下圖所示：

路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響

（1）水平力（與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)）

（2）行駛荷載的特性振動(dòng)性瞬時(shí)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四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方向大小汽車等速行駛車輛行使過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和隨機(jī)動(dòng)力荷載圖F(t)

0P0

t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)0P0

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、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)間隨機(jī)變化。

五、交通分析1.交通量

交通量——在一定時(shí)間間隔內(nèi)各類車輛通過(guò)某一斷面的數(shù)量。

年平均日交通量——在一年365天內(nèi)的交通量之和除以365天。

交通量調(diào)查方法——直接記錄、自動(dòng)記錄儀。

交通量年平均增長(zhǎng)率設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量2.軸載組成與軸載換算

軸載換算——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)量通行次數(shù)。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100。

五、交通分析

軸載等效換算的原則——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。3．輪跡橫向分布

輪跡（車道）的橫向分布：按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上。

輪跡（車道）橫向分布系數(shù)：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。

影響因素：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）分車道行駛）、交通密度和交通組成。軸載等效換算的原則——同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸第二節(jié)環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度。

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)境因素。

路基土和路面材料的強(qiáng)度與剛度隨路面結(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。

路基土和路面材料的體積隨路面體系內(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）。第二節(jié)環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度。二、公路路面的濕度狀況1.對(duì)路基的影響

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2.做好路基路面排水的重要性

二、公路路面的濕度狀況第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況路基承受著路基自重和汽車輪重這兩種荷載。

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，以保證路基的相對(duì)穩(wěn)定，路面不致引起破壞。

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。路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力σz可以用近似如下公式計(jì)算。

第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況P：一側(cè)輪重荷載（kN）；K:系數(shù)，一般取0.5；Z：荷載中心下應(yīng)力作用點(diǎn)的深度（m）。路基土本身自重在路基內(nèi)深度為Z處所引起的垂直壓應(yīng)力σB按下式計(jì)算：

γ：土的容重（kN/m3）；Z:應(yīng)力作用點(diǎn)深度（m）。

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σz和由土基自重引起的σB。P：一側(cè)輪重荷載（kN）；二、路基工作區(qū)

概念：在路基某一深度Za處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力σz與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為1／10～1／5時(shí)，該深度Za范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。

確定：路基工作區(qū)深度Za可以用下式計(jì)算。

二、路基工作區(qū)式中:Za——路基工作區(qū)深度,m；

p——一側(cè)輪重荷載,MPa；

K——系數(shù)，取0.5；

γ——土的容重,kN/m3；

n——系數(shù),n＝5～10。

在工作區(qū)范圍內(nèi)的路基,對(duì)于支承路面結(jié)構(gòu)和車輪荷載影響較大,在工作區(qū)范圍以外的路基,影響逐漸減小。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)的土質(zhì)選擇、路基的壓實(shí)度應(yīng)提出較高的要求。式中:Za——路基工作區(qū)深度,m；三、路基土的應(yīng)力一應(yīng)變特性1、路基土的非線性變形特性

土應(yīng)力一應(yīng)變的非線性特性由三軸壓縮試驗(yàn)的結(jié)果表明：土的變形包括彈性變形和塑性變形兩部分土是非線彈性：具有塑性變形體：

三、路基土的應(yīng)力一應(yīng)變特性2、土基的荷載－彎沉關(guān)系

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，因而土基內(nèi)各點(diǎn)的模量值是不同的。目前路面設(shè)計(jì)而言，最關(guān)心的主要是土基表面的總變形（或總回彈變形）。壓入承載板試驗(yàn)是研究土基荷載－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)當(dāng)量的均勻模量值。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,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,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可繪出土基頂面壓應(yīng)力與回彈變形的關(guān)系曲線。2、土基的荷載－彎沉關(guān)系

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：

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。

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)算模量：①初始切線模量②切線模量③割線模量④回彈模量模量：3、土基的流變性質(zhì)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)，而且還與荷載作用時(shí)間有關(guān)?；貜椬冃闻c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，土的流變性主要同塑性變形有關(guān)。

車輛行駛時(shí)，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。可以在一般情況下，不考慮土基的流變性質(zhì)。3、土基的流變性質(zhì)四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響土基在重復(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：（1）土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水量、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）；（2）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，即相對(duì)荷載；（3）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；（4）土基中側(cè)向應(yīng)力的大小。

四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積：（1）土體逐漸被壓密,每次的塑性變形量逐漸減小,直至最后穩(wěn)定,這種不會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生剪切破壞.（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裂面,最后達(dá)到破壞。

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)律在半對(duì)數(shù)(或?qū)?shù))坐標(biāo)上一般呈線性關(guān)系,可表示為ε1=a+blgN 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)。重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積：第四節(jié)土基的承載能力路基作為路面結(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)力級(jí)位下抵抗變形的能力。用于表征土基承載力的主要參數(shù)指標(biāo)：回彈模量地基反應(yīng)模量加州承載比(CBR)第四節(jié)土基的承載能力路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它的抵抗車輪荷一、土基回彈模量

以回彈模量表征土基的承載能力，可以反映土基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)，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。有兩種承載板可以用于測(cè)定土基回彈模量：

１、柔性壓板：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：

一、土基回彈模量以回彈模量表征土基的承載能力，可以

承載板的撓度l(r)與坐標(biāo)r有關(guān)，在壓板中心處(r＝0)，即：

在柔性壓板邊緣處r＝a，其撓度可以按下式計(jì)算：

２、剛性承載板:板底接觸壓力則隨r值的變化，成鞍形分布。其撓度值與接觸壓力p值可分別按下式計(jì)算。

２、剛性承載板:在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙纫子跍y(cè)量，壓力容易控制。試驗(yàn)時(shí)宜采用逐級(jí)加載卸載法，每級(jí)增加0.04MPa。

待卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級(jí)荷載?；貜椬冃沃党^(guò)1mm時(shí)，則停止加載?？牲c(diǎn)繪出荷載——回彈彎沉曲線。在曲線上選取合適的量值按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：pi，li——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。在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙榷?、地基反?yīng)模量用溫克勒(E．Winkler)地基模型描述土基工作狀態(tài)時(shí)，用地基反應(yīng)模量K表征土基的承載力。溫克勒地基假定：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，而同其相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。地基如同由許多各不相連的彈簧所組成（稠密液體地基）壓力p與彎沉l之比稱為地基反應(yīng)模量K。

二、地基反應(yīng)模量用溫克勒(E．Winkler)地基模型描述地基反應(yīng)模量用承載板試驗(yàn)確定：承載板的直徑規(guī)定為76cm。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。施加荷載的量值根據(jù)不同的工程對(duì)象，有兩種方法供選用。當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)：用0.127cm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沉不會(huì)超出這一范圍。地基較為堅(jiān)實(shí)：彎沉值難以達(dá)到0.127cm時(shí)，則采用另一種控制方法，以單位壓力p＝70kPa控制承載板的荷載。地基反應(yīng)模量用承載板試驗(yàn)確定：承載板直徑的大小對(duì)其值有一定影響，直徑越小，K值越大。但是由試驗(yàn)得知，當(dāng)承載板直徑大于76cm時(shí)，其值的變化很小，因此規(guī)定以直徑為76cm的承載板為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采用直徑為30cm的承載板測(cè)定時(shí)，可按下式進(jìn)行修正：

K76＝0.4K30

承載板直徑的大小對(duì)其值有一定影響，直徑越小，K值越大。三、加州承載比(CBR)加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定土基及路面材料承載能力的指標(biāo)。承載能力以材料抵抗局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)，以它們的相對(duì)比值表示CBR值。CBR值有室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。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4d。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。三、加州承載比(CBR)加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性四、土基各強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系回彈模量E0與地基反應(yīng)模量k的關(guān)系

Ec－－水泥混凝土板的彈性模量，Mpa；h－－水泥混凝土板厚度，m；

四、土基各強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系回彈模量E0與地基反應(yīng)模量k的關(guān)

回彈模量E與加州承載比CBR的關(guān)系

n－－為常數(shù)，一般為2~11之間

地基反應(yīng)模量k與加州承載比CBR的關(guān)系：

回彈模量E與加州承載比CBR的關(guān)系第五節(jié)路基的變形、破壞及防治

一、路基的主要病害路基的主要病害有以下幾種:1、路基沉陷：(1)自身壓縮沉陷

(2)天然地基承載力不足引起的沉陷。

第五節(jié)路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害2．邊坡滑塌：溜方、滑坡

2．邊坡滑塌：溜方、滑坡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

3．碎落和崩塌路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性二、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，主要有以下一些措施：1．正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。2．選擇良好的路基用土填筑路基，必要時(shí)對(duì)路基上層填土作穩(wěn)定處理。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。

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

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)排水以及地基的特殊排水)。6．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、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、土體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。以上各項(xiàng)技術(shù)措施的宗旨在于限制水分侵入路基，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。

路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)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

(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。這些材料按不同的成型方式(密實(shí)型、嵌擠型和穩(wěn)定型)形成各種結(jié)構(gòu)層。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一、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)生剪切破壞；(2)無(wú)結(jié)合料的粒料基層因?qū)游徊缓侠恚瑑?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；(3)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。

一、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)力摩爾(Mohr—Coumbnb)強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度包括摩擦阻力和粘結(jié)力兩部分組成，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)力為材料固有性質(zhì)，與法向正應(yīng)力無(wú)關(guān)，即：

式中τ——抗剪強(qiáng)度，kPa；

c——材料的粘結(jié)力，kPa；

σ——法向正應(yīng)力，kPa；

φ——材料的內(nèi)摩阻角。c和φ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)，繪出τ-φ曲線后，按上式確定。摩爾(Mohr—Coumbnb)強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度對(duì)于松散粒料無(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，按上式直線關(guān)系近似確定c、φ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。對(duì)于能作抗拉和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)的材料，可以根據(jù)抗拉強(qiáng)度σt和抗壓強(qiáng)度σc推算c、φ值。

對(duì)于松散粒料無(wú)法進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，可以由三軸壓

土和顆粒材料的抗剪強(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。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、受力條件等因素有關(guān)。

瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度不僅同礦料的級(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。

二、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度－－材料受拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時(shí)產(chǎn)生收縮，水泥混凝土路面和各種半剛性基層在大氣濕度變化時(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?？估瓘?qiáng)度的測(cè)定－－通常用下列兩種方法測(cè)定：直接拉伸試驗(yàn)

間接拉伸試驗(yàn)（即劈裂試驗(yàn)）二、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度－－材料受拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性抗拉強(qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力提供。瀝青混合料在常溫下，抗拉強(qiáng)度，隨瀝青含量和加荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的增加而下降；瀝青混合料在負(fù)溫下，抗拉強(qiáng)度隨瀝青針入度和溫度的降低會(huì)略有下降；水硬性材料，影響抗拉強(qiáng)度的因素有集料（或土）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?？估瓘?qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力提供。三、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

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。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4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：

式中：p——破壞荷載，kN；

l——支點(diǎn)間距，m；

b，h——試件截面的寬度和高度，m。

三、抗彎拉強(qiáng)度抗彎拉強(qiáng)度－－材料受彎拉時(shí)的極限或最大四、應(yīng)力一應(yīng)變特性1、顆粒材料無(wú)結(jié)合料碎礫石材料應(yīng)力—應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征，即彈性模量Er，隨偏應(yīng)力σd(σ1–σ3)的增大而減小，隨側(cè)壓力σ3的增大而增大。采用三軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。2、水泥穩(wěn)定類材料的應(yīng)力－應(yīng)變特性水泥穩(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。

四、應(yīng)力一應(yīng)變特性1、顆粒材料

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)位低于極限荷載的50%~60%時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線可近似為線性的。

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回彈模量。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)3、瀝青混合料的應(yīng)力－應(yīng)變特性1)瀝青混合料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系瀝青及瀝青混合料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系具有隨溫度和荷載作用時(shí)間而變化的特性，具有粘彈性性狀。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；粘彈性應(yīng)變－應(yīng)變隨加載時(shí)間或卸載時(shí)間增加而增加或減少的應(yīng)變；塑性應(yīng)變－在卸載后應(yīng)變不能恢復(fù)的應(yīng)變。隨施加荷載的大小和作用時(shí)間的不同，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)。瀝青及瀝青混合料的力學(xué)特性受溫度與加載時(shí)間的影響較大。3、瀝青混合料的應(yīng)力－應(yīng)變特性2)瀝青混合料勁度模量

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。式中：St,T——?jiǎng)哦饶Ａ?，kPa；

σ——施加的應(yīng)力，kPa；

ε——總應(yīng)變；

t——荷載作用時(shí)間，s；

T——混合料試驗(yàn)溫度，oC。2)瀝青混合料勁度模量式中：St,T——?jiǎng)哦饶Ａ?，kP由瀝青勁度試驗(yàn)曲線可以看出：（1）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)。（2）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)。（3）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。（4）這表明溫度對(duì)勁度的影響與加荷時(shí)間對(duì)勁度的影響具有等效互換性。由瀝青勁度試驗(yàn)曲線可以看出：五、測(cè)定瀝青混合料的勁度試驗(yàn)方法1、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），也可以是動(dòng)態(tài)的（連續(xù)的正弦波形）或重復(fù)的（正弦或梯形）波形，但各次脈沖之間有一段應(yīng)力為零的間隙時(shí)間。五、測(cè)定瀝青混合料的勁度試驗(yàn)方法2、動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)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

復(fù)數(shù)模量或動(dòng)態(tài)模量

2、動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)3、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）形軸向應(yīng)力或荷載，量測(cè)軸向回彈應(yīng)變、徑向回彈應(yīng)變或回彈撓度進(jìn)行。三軸壓縮回彈模量

間接拉伸（劈裂）回彈模量

彎曲回彈模量3、回彈模量試驗(yàn)第七節(jié)路面材料的累積變形與

疲勞特性

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),不同于最大極限荷載引起的破壞極限狀態(tài)。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：

第七節(jié)路面材料的累積變形與

疲勞特性由于

第一類:若路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)，則重復(fù)荷載作用將引起塑性變形的累積，當(dāng)累積變形超出一定限度時(shí)，路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)；第二類:路面材料處于彈性工作狀態(tài)，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)。第一類:若路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)，則重復(fù)荷載作用將引起一、累積變形路面結(jié)構(gòu)在車輪荷載重復(fù)作用下因塑性變形累積而產(chǎn)生沉陷或車轍，是路面結(jié)構(gòu)的主要病害。這種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合。1.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規(guī)律同細(xì)粒土相似。

一、累積變形路面結(jié)構(gòu)在車輪荷載重復(fù)作用下因塑性變形累積而產(chǎn)

2、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)力大小以及加荷時(shí)間之外，同集料的狀況也有關(guān)系。

第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性基本內(nèi)容第一節(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及疲勞特性基本內(nèi)容第一節(jié)行車荷載研究行車荷載的原因：1、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。2、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)量影響路面的使用性能。3、汽車荷載是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷的主要原因。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。第一節(jié)行車荷載研究行車荷載的原因：行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容：車輛的種類；汽車的軸型；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；交通分析。行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容：一、車輛的種類道路上通行的車輛主要分為客車與貨車兩大類。客車：小客車、中客車、大客車；貨車：整車、牽引式半掛車、牽引式掛車。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)設(shè)計(jì)主要以軸重作為荷載標(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，則主要對(duì)路面的表面特性如：平整性、抗滑性等，提出較高的要求。一、車輛的種類道路上通行的車輛主要分為客車與貨車兩大類。

整車類：前軸、后軸。牽引式半拖車類：牽引車：前軸、后軸；拖車：后軸（單軸或雙軸）。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。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)軸重的最大限度有明確的規(guī)定。我國(guó)公路與城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸重。目前我國(guó)公路是行使的車輛，后軸軸載一般在60～130kN范圍內(nèi)。

整車類：前軸、后軸。

汽車貨運(yùn)朝大型重載方向發(fā)展，貨車的總重量有增加趨勢(shì)，超載運(yùn)輸問(wèn)題在我國(guó)日益突出。

要發(fā)展多軸多輪。對(duì)超載的定義：2000年2月，交通部《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理?xiàng)l例》規(guī)定：“單軸（每側(cè)單輪胎）載質(zhì)量6000kg，單軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)量10000kg，雙聯(lián)軸（每側(cè)雙輪胎）載質(zhì)量18000kg?！备絼t第二十九條規(guī)定，單軸軸載最大不得超過(guò)13000kg。

汽車貨運(yùn)朝大型重載方向發(fā)展，貨車的總重量有增加趨勢(shì)，超載三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力1、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。行駛狀態(tài)：對(duì)道路的作用力為動(dòng)態(tài)垂直壓力、水平力、振動(dòng)力。2、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)。影響靜態(tài)垂直壓力大小的因素：（1）汽車輪胎的內(nèi)壓力pi；（2）輪胎的剛度和輪胎與路面的接觸的形狀；（3）輪載的大小。三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力1、汽車對(duì)道路的作用胎壁受拉胎壁受壓胎壓觸壓力高壓輪胎低壓輪胎胎壁受拉胎壁受壓胎壓觸壓力高壓輪胎低壓輪胎

輪胎/路面接觸面與接觸應(yīng)力輪跡輪胎/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：以輪胎內(nèi)壓力為輪胎的接觸壓力，即p=pi，接觸形狀為圓形，接觸面上的壓力為均勻分布

即將車輪荷載簡(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p。

當(dāng)量圓半徑δ可以按下式確定。

式中：P——作用在車輪上的荷載，kN；

p——輪胎接觸壓力，kpa；

δ——接觸面當(dāng)量圓半徑，m。

輪胎與路面的接觸形狀如下圖所示：

路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響

（1）水平力（與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)）

（2）行駛荷載的特性振動(dòng)性瞬時(shí)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四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方向大小汽車等速行駛車輛行使過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和隨機(jī)動(dòng)力荷載圖F(t)

0P0

t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)0P0

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、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)間隨機(jī)變化。

五、交通分析1.交通量

交通量——在一定時(shí)間間隔內(nèi)各類車輛通過(guò)某一斷面的數(shù)量。

年平均日交通量——在一年365天內(nèi)的交通量之和除以365天。

交通量調(diào)查方法——直接記錄、自動(dòng)記錄儀。

交通量年平均增長(zhǎng)率設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量2.軸載組成與軸載換算

軸載換算——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)量通行次數(shù)。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100。

五、交通分析

軸載等效換算的原則——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。3．輪跡橫向分布

輪跡（車道）的橫向分布：按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上。

輪跡（車道）橫向分布系數(shù)：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。

影響因素：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）分車道行駛）、交通密度和交通組成。軸載等效換算的原則——同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸第二節(jié)環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度。

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)境因素。

路基土和路面材料的強(qiáng)度與剛度隨路面結(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。

路基土和路面材料的體積隨路面體系內(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）。第二節(jié)環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度。二、公路路面的濕度狀況1.對(duì)路基的影響

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2.做好路基路面排水的重要性

二、公路路面的濕度狀況第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況路基承受著路基自重和汽車輪重這兩種荷載。

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，以保證路基的相對(duì)穩(wěn)定，路面不致引起破壞。

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。路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力σz可以用近似如下公式計(jì)算。

第三節(jié)土基的力學(xué)強(qiáng)度特性一、路基受力狀況P：一側(cè)輪重荷載（kN）；K:系數(shù)，一般取0.5；Z：荷載中心下應(yīng)力作用點(diǎn)的深度（m）。路基土本身自重在路基內(nèi)深度為Z處所引起的垂直壓應(yīng)力σB按下式計(jì)算：

γ：土的容重（kN/m3）；Z:應(yīng)力作用點(diǎn)深度（m）。

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σz和由土基自重引起的σB。P：一側(cè)輪重荷載（kN）；二、路基工作區(qū)

概念：在路基某一深度Za處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力σz與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為1／10～1／5時(shí)，該深度Za范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。

確定：路基工作區(qū)深度Za可以用下式計(jì)算。

二、路基工作區(qū)式中:Za——路基工作區(qū)深度,m；

p——一側(cè)輪重荷載,MPa；

K——系數(shù)，取0.5；

γ——土的容重,kN/m3；

n——系數(shù),n＝5～10。

在工作區(qū)范圍內(nèi)的路基,對(duì)于支承路面結(jié)構(gòu)和車輪荷載影響較大,在工作區(qū)范圍以外的路基,影響逐漸減小。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)的土質(zhì)選擇、路基的壓實(shí)度應(yīng)提出較高的要求。式中:Za——路基工作區(qū)深度,m；三、路基土的應(yīng)力一應(yīng)變特性1、路基土的非線性變形特性

土應(yīng)力一應(yīng)變的非線性特性由三軸壓縮試驗(yàn)的結(jié)果表明：土的變形包括彈性變形和塑性變形兩部分土是非線彈性：具有塑性變形體：

三、路基土的應(yīng)力一應(yīng)變特性2、土基的荷載－彎沉關(guān)系

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，因而土基內(nèi)各點(diǎn)的模量值是不同的。目前路面設(shè)計(jì)而言，最關(guān)心的主要是土基表面的總變形（或總回彈變形）。壓入承載板試驗(yàn)是研究土基荷載－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)當(dāng)量的均勻模量值。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,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,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可繪出土基頂面壓應(yīng)力與回彈變形的關(guān)系曲線。2、土基的荷載－彎沉關(guān)系

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：

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。

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)算模量：①初始切線模量②切線模量③割線模量④回彈模量模量：3、土基的流變性質(zhì)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)，而且還與荷載作用時(shí)間有關(guān)。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，土的流變性主要同塑性變形有關(guān)。

車輛行駛時(shí)，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?？梢栽谝话闱闆r下，不考慮土基的流變性質(zhì)。3、土基的流變性質(zhì)四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響土基在重復(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：（1）土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水量、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）；（2）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，即相對(duì)荷載；（3）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；（4）土基中側(cè)向應(yīng)力的大小。

四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積：（1）土體逐漸被壓密,每次的塑性變形量逐漸減小,直至最后穩(wěn)定,這種不會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生剪切破壞.（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裂面,最后達(dá)到破壞。

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)律在半對(duì)數(shù)(或?qū)?shù))坐標(biāo)上一般呈線性關(guān)系,可表示為ε1=a+blgN 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)。重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積：第四節(jié)土基的承載能力路基作為路面結(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)力級(jí)位下抵抗變形的能力。用于表征土基承載力的主要參數(shù)指標(biāo)：回彈模量地基反應(yīng)模量加州承載比(CBR)第四節(jié)土基的承載能力路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它的抵抗車輪荷一、土基回彈模量

以回彈模量表征土基的承載能力，可以反映土基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)，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。有兩種承載板可以用于測(cè)定土基回彈模量：

１、柔性壓板：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：

一、土基回彈模量以回彈模量表征土基的承載能力，可以

承載板的撓度l(r)與坐標(biāo)r有關(guān)，在壓板中心處(r＝0)，即：

在柔性壓板邊緣處r＝a，其撓度可以按下式計(jì)算：

２、剛性承載板:板底接觸壓力則隨r值的變化，成鞍形分布。其撓度值與接觸壓力p值可分別按下式計(jì)算。

２、剛性承載板:在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙纫子跍y(cè)量，壓力容易控制。試驗(yàn)時(shí)宜采用逐級(jí)加載卸載法，每級(jí)增加0.04MPa。

待卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級(jí)荷載?；貜椬冃沃党^(guò)1mm時(shí)，則停止加載?？牲c(diǎn)繪出荷載——回彈彎沉曲線。在曲線上選取合適的量值按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：pi，li——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。在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙榷?、地基反?yīng)模量用溫克勒(E．Winkler)地基模型描述土基工作狀態(tài)時(shí)，用地基反應(yīng)模量K表征土基的承載力。溫克勒地基假定：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，而同其相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。地基如同由許多各不相連的彈簧所組成（稠密液體地基）壓力p與彎沉l之比稱為地基反應(yīng)模量K。

二、地基反應(yīng)模量用溫克勒(E．Winkler)地基模型描述地基反應(yīng)模量用承載板試驗(yàn)確定：承載板的直徑規(guī)定為76cm。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。施加荷載的量值根據(jù)不同的工程對(duì)象，有兩種方法供選用。當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)：用0.127cm的彎沉量控制承載板的荷載。因?yàn)?，通常情況下混凝土路面板的彎沉不會(huì)超出這一范圍。地基較為堅(jiān)實(shí)：彎沉值難以達(dá)到0.127cm時(shí)，則采用另一種控制方法，以單位壓力p＝70kPa控制承載板的荷載。地基反應(yīng)模量用承載板試驗(yàn)確定：承載板直徑的大小對(duì)其值有一定影響，直徑越小，K值越大。但是由試驗(yàn)得知，當(dāng)承載板直徑大于76cm時(shí)，其值的變化很小，因此規(guī)定以直徑為76cm的承載板為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采用直徑為30cm的承載板測(cè)定時(shí)，可按下式進(jìn)行修正：

K76＝0.4K30

承載板直徑的大小對(duì)其值有一定影響，直徑越小，K值越大。三、加州承載比(CBR)加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定土基及路面材料承載能力的指標(biāo)。承載能力以材料抵抗局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)，以它們的相對(duì)比值表示CBR值。CBR值有室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。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4d。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。三、加州承載比(CBR)加州承載比是早年由美國(guó)加利福尼亞州提路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性四、土基各強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系回彈模量E0與地基反應(yīng)模量k的關(guān)系

Ec－－水泥混凝土板的彈性模量，Mpa；h－－水泥混凝土板厚度，m；

四、土基各強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系回彈模量E0與地基反應(yīng)模量k的關(guān)

回彈模量E與加州承載比CBR的關(guān)系

n－－為常數(shù)，一般為2~11之間

地基反應(yīng)模量k與加州承載比CBR的關(guān)系：

回彈模量E與加州承載比CBR的關(guān)系第五節(jié)路基的變形、破壞及防治

一、路基的主要病害路基的主要病害有以下幾種:1、路基沉陷：(1)自身壓縮沉陷

(2)天然地基承載力不足引起的沉陷。

第五節(jié)路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害2．邊坡滑塌：溜方、滑坡

2．邊坡滑塌：溜方、滑坡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

3．碎落和崩塌路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性二、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，主要有以下一些措施：1．正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。2．選擇良好的路基用土填筑路基，必要時(shí)對(duì)路基上層填土作穩(wěn)定處理。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。

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

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)排水以及地基的特殊排水)。6．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、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、土體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。以上各項(xiàng)技術(shù)措施的宗旨在于限制水分侵入路基，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。

路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)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

(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。這些材料按不同的成型方式(密實(shí)型、嵌擠型和穩(wěn)定型)形成各種結(jié)構(gòu)層。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一、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)生剪切破壞；(2)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；(3)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。

一、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)力摩爾(Mohr—Coumbnb)強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度包括摩擦阻力和粘結(jié)力兩部分組成，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)力為材料固有性質(zhì)，與法向正應(yīng)力無(wú)關(guān)，即：

式中τ——抗剪強(qiáng)度，kPa；

c——材料的粘結(jié)力，kPa；

σ——法向正應(yīng)力，kPa；

φ——材料的內(nèi)摩阻角。c和φ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)，繪出τ-φ曲線后，按上式確定。摩爾(Mohr—Coumbnb)強(qiáng)度理論，材料的抗剪強(qiáng)度對(duì)于松散粒料無(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，按上式直線關(guān)系近似確定c、φ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。對(duì)于能作抗拉和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)的材料，可以根據(jù)抗拉強(qiáng)度σt和抗壓強(qiáng)度σc推算c、φ值。

對(duì)于松散粒料無(wú)法進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，可以由三軸壓

土和顆粒材料的抗剪強(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。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、受力條件等因素有關(guān)。

瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度不僅同礦料的級(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。

二、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度－－材料受拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時(shí)產(chǎn)生收縮，水泥混凝土路面和各種半剛性基層在大氣濕度變化時(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?？估瓘?qiáng)度的測(cè)定－－通常用下列兩種方法測(cè)定：直接拉伸試驗(yàn)

間接拉伸試驗(yàn)（即劈裂試驗(yàn)）二、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度－－材料受拉時(shí)的極限或最大應(yīng)力路基路面-行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性抗拉強(qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料