路基設(shè)計(jì)與施工

路基設(shè)計(jì)與施工第一頁，共115頁。行車荷載的主要研究內(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。第二頁，共115頁。一、車輛的種類道路上通行的汽車按用途分為客車和貨車兩大類：1、客車：小客車、中客車、大客車2、貨車：整車、牽引式掛車、牽引式半掛車汽車及其客貨總重量通過車身傳遞到車軸，再傳遞到車輪，最終由輪胎傳遞到路面，因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要以軸重或者輪壓來進(jìn)行控制。第三頁，共115頁。第四頁，共115頁。重型貨車與大客車的作用次數(shù)在路面結(jié)構(gòu)計(jì)算中起決定作用。小汽車一般在路基路面結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不考慮，用于路面使用的安全性（抗滑性能）和舒適性（平整性）評(píng)定。對(duì)于瀝青路面，軸載大于25KN的汽車計(jì)入。對(duì)于水泥混凝土路面，軸載大于40KN的汽車計(jì)入。第五頁，共115頁。標(biāo)準(zhǔn)軸載的確定標(biāo)準(zhǔn)軸載－－作為路面交通分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸重，

其它軸重要按一定的原則換算為設(shè)計(jì)的軸重。標(biāo)準(zhǔn)軸載的確定取決于公路性質(zhì)、車輛類型和交通強(qiáng) 度等級(jí)要求。一般要求對(duì)路面的響應(yīng)較大、同時(shí)又 能反映本國公路運(yùn)輸營運(yùn)車輛的總體軸載水平。確定方法：1、通過對(duì)運(yùn)輸營運(yùn)車輛的分析，人為地加以規(guī)定代表 性的軸重為標(biāo)準(zhǔn)軸載。我國采用BZZ--100KN為標(biāo) 準(zhǔn)軸載。第六頁，共115頁。二、汽車的軸（輪）型汽車的重量通過車軸上的車輪作用于路面

因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)特別重視軸或輪重和其作用次數(shù)，而不是汽車種類和數(shù)量。第七頁，共115頁。

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)國家均對(duì)軸重的最大限度有明確的規(guī)定。我國公路與城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸重。目前我國公路是行使的車輛，后軸軸載一般在60～130kN范圍內(nèi)。第八頁，共115頁。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)輸問題在我國日益突出。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13000kg。第九頁，共115頁。某高速公路上重載交通車輛第十頁，共115頁。某路上的載重車隊(duì)第十一頁，共115頁。在重載交通條件下，瀝青路面主要損害類型表現(xiàn) 為行車道輪跡帶車轍與裂縫(龜裂與縱向裂縫)； 若上述裂縫得不到即使的養(yǎng)護(hù)維修，在水的作用 下將進(jìn)一步發(fā)展為松散或坑槽等水損害。 松散、坑槽 嚴(yán)重第十二頁，共115頁。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；標(biāo)準(zhǔn)靜內(nèi)壓力pi=(0.4~0.7)Mpa

通常輪胎與路面的接觸壓力p=(0.8~0.9)pi

滾動(dòng)時(shí)p=(0.9~1.1)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。第十三頁，共115頁。胎壁受拉

胎壓接觸壓力高壓輪胎

胎 壁 受 壓低壓輪胎第十四頁，共115頁。輪胎/路面接觸面與接觸應(yīng)力輪跡第十五頁，共115頁。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。第十六頁，共115頁。當(dāng)量圓半徑δ可以按下式確定。因?yàn)槭街校篜——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。

Pp第十七頁，共115頁。對(duì)于雙圓式(參見下頁圖),因?yàn)樗?2-2)對(duì)于單圓式,因?yàn)樗?2-3)對(duì)于BZZ-100,kN,p=700kPa所以,d=0.213m,D=0.320m輪胎與路面的接觸形狀如下圖所示：第十八頁，共115頁。第十九頁，共115頁。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（1）水平力（與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)）

行車安全要求，其中?為路表與車輪的附著系數(shù)，它同路面類型與濕度以及行車速度有關(guān)。路表層水平力使面層結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生剪應(yīng)力，若面層結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度不足，過大易導(dǎo)致推擠、擁包、波浪及車轍等病害。第二十頁，共115頁。車輛行使過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和隨機(jī)動(dòng)力荷載圖F(t)P0（2）行駛荷載的特性振動(dòng)性瞬時(shí)性重復(fù)性第二十一頁，共115頁。汽車在路面上行使過程中，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車輛—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。第二十二頁，共115頁。運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響行駛狀態(tài)下對(duì)路面的振動(dòng)力行車速度路面的平整度車輛的振動(dòng)特性《橋規(guī)》中沖擊系數(shù)按動(dòng)載頻率確定，在0.05-0.45之間振動(dòng)輪載最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)，設(shè)計(jì)路面時(shí)，應(yīng)以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。第二十三頁，共115頁。運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響瞬時(shí)性作用時(shí)間很短，大約只有0.01～0.10s左右，結(jié)構(gòu)變形來不及呈現(xiàn)。與靜態(tài)荷載作用相比，動(dòng)荷載作用下路面的變形量相對(duì)減小。瞬時(shí)作用利于結(jié)構(gòu)。第二十四頁，共115頁。運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響荷載對(duì)路面的多次重復(fù)作用效應(yīng)雖然一次作用的影響較小，但在成千上萬次甚至百千萬次的重復(fù)荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)：疲勞破壞－材料在低于其極限強(qiáng)度的重復(fù)荷載作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象。（導(dǎo)致疲勞開裂等）(彈性材料)變形累積－在重復(fù)荷載作用下，將呈現(xiàn)出變形的逐漸增大（土基、瀝青路面、粒料類路面）(彈塑性材料)第二十五頁，共115頁。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。

設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量交通量年平均增長率在交通量觀測(cè)站配置自動(dòng)化的軸載儀直接記錄通行車輛的軸數(shù)和軸載大小，然后統(tǒng)計(jì)出各級(jí)軸載的作用次數(shù)－－軸載譜調(diào)查第二十六頁，共115頁。五、交通分析道路上行駛的汽車種類繁多，軸重各不相同。路面設(shè)計(jì)時(shí)，必須將我國現(xiàn)有的、普遍存在的混合交通組成中各種車型的不同軸載作用次數(shù)等效換算為某一標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。調(diào)查時(shí)要解決兩個(gè)問題：一是道路的交通量；二是各種車輛的軸重。交通量的調(diào)查及統(tǒng)計(jì)—確定道路未來的年平均日交通量（AADT）,據(jù)此計(jì)算設(shè)計(jì)使用期末的（AADT），以確定公路等級(jí)。軸載作用次數(shù)—路面設(shè)計(jì)時(shí)采用設(shè)計(jì)車道設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)第二十七頁，共115頁。五、交通分析交通量的統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè):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。調(diào)查年的交通量交通量年平均增長率設(shè)計(jì)使用初始年平均日交通量設(shè)計(jì)年限使用期末的年平均日交通量設(shè)計(jì)年限內(nèi)累積交通量第二十八頁，共115頁。五、交通分析交通量預(yù)測(cè)在路面設(shè)計(jì)中通常采用一個(gè)固定的年平均交通量增長率來推算設(shè)計(jì)年限內(nèi)各年的平均日交通量，繼而算出設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)交通量。式中

N1—通車初年的年平均日交通量；

γ—設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量平均年增長率。所以，設(shè)計(jì)年限t

內(nèi)的累計(jì)交通量為

第二十九頁，共115頁。

（等比級(jí)數(shù)前t項(xiàng)的和）

因?yàn)樗裕?-7）第三十頁，共115頁。五、交通分析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)。我國的標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100。（標(biāo)準(zhǔn)軸計(jì)算參數(shù)見下表）標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100軸重P/kN100輪胎接地壓強(qiáng)p/MPa0.7單輪轉(zhuǎn)壓面當(dāng)量圓直徑d/cm21.30兩輪中心距/cm1.5d第三十一頁，共115頁。軸載的等效換算等效換算原則：同一種路面結(jié)構(gòu)在不同的軸載及次數(shù)作用下達(dá)相同的損傷程度。換算系數(shù)公式：ηi——i級(jí)軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的換算系數(shù);PS——標(biāo)準(zhǔn)軸載(kN)；Pi——i級(jí)軸載；NS——標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)；Ni——i級(jí)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)有關(guān)的系數(shù)。第三十二頁，共115頁。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。五、交通分析圖2-7輪跡橫向分布頻率曲線 （單向行駛一個(gè)車道）圖2-8輪跡橫向分布頻率曲線 （混合行駛雙車道）第三十三頁，共115頁。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)：路面橫斷面上某一寬度范圍內(nèi)的頻率和，（通常取兩個(gè)條帶的寬度:50cm）,也即該寬度范圍內(nèi)所受到的車輛作用次數(shù)與通過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。五、交通分析路面設(shè)計(jì)中，用橫向分布系數(shù)來反映輪跡橫向分布頻率的影響。第三十四頁，共115頁。由于超載，致使路基倒塌第三十五頁，共115頁。路肩沉陷

第三十六頁，共115頁。

§2-2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）。第三十七頁，共115頁。一、公路路面的溫度狀況1、影響機(jī)理

路基土和路面材料的體積會(huì)隨著路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi) 部的溫度的升降而產(chǎn)生膨脹和收縮。 由于溫度在路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化沿深度方向是不均勻的，所以不同深度處脹縮的變化也是不同的。

當(dāng)這種不均勻脹縮受到某種原因的約束而不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，即溫度應(yīng)力，進(jìn)而對(duì)路基路面產(chǎn)生破壞。第三十八頁，共115頁。日變化路面溫度的變化規(guī)律第三十九頁，共115頁。日變化規(guī)律路表面溫度變化大致與氣溫變化同步。受太陽輻射熱影響，路表溫度較氣溫高。而瀝青路面又超過水泥混凝土路面。面層結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處的溫度隨氣溫變化呈周期性變化。升降幅度隨深度的增加而減小其峰值的出現(xiàn)隨深度增加而滯后路頂面與底面之間的溫差在一天之內(nèi)經(jīng)歷了由負(fù)（頂溫低于底溫）到正（頂溫高于底溫），再由正到負(fù)的循環(huán)變化。第四十頁，共115頁。年變化路面溫度的變化規(guī)律年變化規(guī)律一年四季面層不同深度處的溫度隨氣溫的變化而經(jīng)歷著年變化。平均氣溫最高和最低的月份，面層的平均氣溫也相應(yīng)為最高值和最低值。第四十一頁，共115頁。3、影響溫度變化的因素

影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素很多，可分為外 部和內(nèi)部兩類。外部條件主要是氣象條件，如太陽輻射、氣溫、 風(fēng)速、降水量和蒸發(fā)量等。而其中，太陽輻射和 氣溫是決定路面溫度狀況的二項(xiàng)最重要的因素。內(nèi)部因素則為路面各結(jié)構(gòu)層材料的熱物理特性參 數(shù)，如熱傳導(dǎo)率、熱容量和對(duì)輻射熱的吸收能力 等。第四十二頁，共115頁。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第四十三頁，共115頁。課后思考1.在工程設(shè)計(jì)中，如何對(duì)接觸壓力進(jìn)行簡 化。2.怎樣考慮運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的影響。第四十四頁，共115頁。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。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)力可以用 近似如下公式計(jì)算。車輪荷載應(yīng)力：1）均布荷載2）集中荷載一般取K=0.5路基自重應(yīng)力：路基任意點(diǎn)：§2-3土基的力學(xué)強(qiáng)度特性第四十五頁，共115頁。

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)。該深度Za隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強(qiáng)度和厚度的增加而減小。 確定：路基工作區(qū)深度Za可以用下式計(jì)算。3KnP

Za第四十六頁，共115頁。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)，取及＝0．5；γ——土的容重，kN／m3；

n——系數(shù)，n＝5～10。

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。第四十七頁，共115頁。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。f()第四十八頁，共115頁。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。第四十九頁，共115頁。根據(jù)彈性力學(xué)理論，通過試驗(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。pD(12)

lE第五十頁，共115頁。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)。第五十一頁，共115頁。4、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。第五十二頁，共115頁。重復(fù)荷載對(duì)土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積。表現(xiàn)為兩種情況：（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回歸系數(shù)；

N——應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)。第五十三頁，共115頁?！?-4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)第五十四頁，共115頁。

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(柔性和剛性)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：第五十五頁，共115頁。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：第五十六頁，共115頁。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值可分別按式下式計(jì)算。第五十七頁，共115頁。在實(shí)際測(cè)定中，剛性承載板用得較多，因?yàn)樗膿隙?/p>

易于測(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。 回彈變形值超過1mm時(shí)，則停止加載。可點(diǎn)繪出荷載 一回彈彎沉曲線。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。第五十八頁，共115頁。二、地基反應(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。第五十九頁，共115頁。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。第六十頁，共115頁。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第六十一頁，共115頁。三、加州承載比(CBR)加州承載比是早年由美國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)場測(cè)試。室內(nèi)要按施工現(xiàn)場的含水量和壓實(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)場含水量和壓實(shí)均勻性的影響，必須 加以修正。第六十二頁，共115頁。第六十三頁，共115頁。第六十四頁，共115頁。第六十五頁，共115頁。第六十六頁，共115頁。第六十七頁，共115頁。第六十八頁，共115頁。第六十九頁，共115頁。第七十頁，共115頁。第七十一頁，共115頁。第七十二頁，共115頁。第七十三頁，共115頁。課后思考1.路基工作區(qū)怎樣確定。2.土基回彈模量怎樣確定。3.CBR是怎樣確定的。第七十四頁，共115頁?！?-5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。第七十五頁，共115頁。第七十六頁，共115頁。第七十七頁，共115頁。2．邊坡滑塌：溜方、滑坡第七十八頁，共115頁。第七十九頁，共115頁。第八十頁，共115頁。第八十一頁，共115頁。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第八十二頁，共115頁。第八十三頁，共115頁。第八十四頁，共115頁。第八十五頁，共115頁。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。第八十六頁，共115頁。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。第八十七頁，共115頁。第八十八頁，共115頁?！?-6路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性路面所用的材料的分類(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。第八十九頁，共115頁。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 過薄層結(jié)構(gòu)傳給土基的剪應(yīng)力過大，導(dǎo)致路基路面 整體結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞；(2)無結(jié)合料的粒料基層因?qū)游徊缓侠?，?nèi)部剪應(yīng)力過大而引起部分結(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。第九十頁，共115頁。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；

——材料的內(nèi)摩阻角。c和

是表征路面材料抗剪強(qiáng)度的兩項(xiàng)參數(shù)，通過

直接剪切試驗(yàn)，繪出τ-φ曲線后，按上式確定。ctg第九十一頁，共115頁。

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)于松散粒料無法進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，可以由三軸壓ct12c)ctctarcsin(第九十二頁，共115頁。

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。第九十三頁，共115頁。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)）第九十四頁，共115頁。第九十五頁，共115頁。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。第九十六頁，共115頁。

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，大多通過簡支小梁試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。小梁截面邊長的尺寸應(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。

Plbh2t第九十七頁，共115頁。2、水泥混凝土及無機(jī)結(jié)合料處治的混合料的應(yīng)力－應(yīng)變特性1、顆粒材料的應(yīng)力－應(yīng)變特性四、應(yīng)力一應(yīng)變特性無結(jié)合料碎礫石材料應(yīng)力一應(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。水泥穩(wěn)定材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系可以通過單軸或三軸壓縮試驗(yàn)或小梁彎曲試驗(yàn)得到。第九十八頁，共115頁。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)定無機(jī)結(jié)合料混合料早期抗壓回彈模量。第九十九頁，共115頁。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)間的延長而增加，卸載后隨時(shí)間而逐漸消失的應(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。第一百頁，共115頁。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)，稱為勁度模量。)t,TSt,T(式中：St,T——?jiǎng)哦饶Ａ?，kPa

σ——施加應(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，Co。ε瀝青勁度試驗(yàn)曲線第一百零一頁，共115頁。?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)間很長或溫度較高時(shí)，則表現(xiàn)為粘滯性狀；中間過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。第一百零二頁，共115頁。

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。 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。

d(t)S第一百零三頁，共115頁?！?-7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：第一百零四頁，共115頁。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)。第一百零五頁，共115頁。

產(chǎn)生沉陷或車轍，是路面