路基路面工程第二章

1、第二章第二章 行車荷載、行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性 目的要求：目的要求： 1、了解車輛的種類；、了解車輛的種類； 2、掌握軸載的換算、累計(jì)軸載的計(jì)算；、掌握軸載的換算、累計(jì)軸載的計(jì)算； 3、掌握環(huán)境因素對(duì)路基路面的影響；、掌握環(huán)境因素對(duì)路基路面的影響； 4、掌握土基力學(xué)強(qiáng)度特性以及路基土的應(yīng)力應(yīng)變、掌握土基力學(xué)強(qiáng)度特性以及路基土的應(yīng)力應(yīng)變特性；特性； 5、掌握影響土基的承載能力；、掌握影響土基的承載能力； 6、掌握路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性；、掌握路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性； 7、掌握路面材料的累積變形與疲勞特性。、掌握路面材料的累積變形與疲勞特性。 課時(shí)：課時(shí)：4學(xué)時(shí)

2、學(xué)時(shí) 授課內(nèi)容：授課內(nèi)容： 一、行車荷載一、行車荷載 二、環(huán)境因素的影響二、環(huán)境因素的影響 三、土基的力學(xué)強(qiáng)度特性三、土基的力學(xué)強(qiáng)度特性 四、土基的承載能力四、土基的承載能力 五、路基的變形破壞與防治五、路基的變形破壞與防治 六、路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性六、路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性 七、路面材料的累積變形與疲勞特性七、路面材料的累積變形與疲勞特性 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 1、環(huán)境對(duì)路基路面使用性能的影響、環(huán)境對(duì)路基路面使用性能的影響 2、土基的力學(xué)特性、土基的力學(xué)特性 3、路基的常見破壞、路基的常見破壞 4、路面材料的力學(xué)特性、路面材料的力學(xué)特性 難點(diǎn)：難點(diǎn)： 1、土基的力學(xué)特性、土基的力學(xué)特性 2、路面材

3、料的力學(xué)特性、路面材料的力學(xué)特性 教學(xué)方法：教學(xué)方法：利用多媒體以課堂講授為主，結(jié)合利用多媒體以課堂講授為主，結(jié)合課堂討論。課堂討論。2-1 行車荷載行車荷載 考慮行車荷載的原因：考慮行車荷載的原因： 1 1、路基路面的服務(wù)對(duì)象；、路基路面的服務(wù)對(duì)象； 2 2、對(duì)路基路面會(huì)造成結(jié)構(gòu)損傷。對(duì)路基路面會(huì)造成結(jié)構(gòu)損傷。 行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容：行車荷載的主要研究?jī)?nèi)容： 1 1、汽車的輪重與軸重；、汽車的輪重與軸重； 2 2、不同車型的車軸布置；、不同車型的車軸布置； 3 3、設(shè)計(jì)期限內(nèi)，汽車的軸型分布及汽車年通過量、設(shè)計(jì)期限內(nèi)，汽車的軸型分布及汽車年通過量的逐年變化；的逐年變化； 4 4、汽車的靜態(tài)

4、荷載與動(dòng)態(tài)荷載特性比較。汽車的靜態(tài)荷載與動(dòng)態(tài)荷載特性比較。 一、車輛的種類一、車輛的種類 客車客車 1 1、小客車、小客車 2 2、中客車、中客車 3 3、大客車、大客車 貨車貨車 1 1、按載重量分為輕、中、重型貨車。、按載重量分為輕、中、重型貨車。 2 2、按車身組合情況分為單一車和組合車。、按車身組合情況分為單一車和組合車。 單一車：整車或固定車身類單一車：整車或固定車身類 組合車：牽引車組合車：牽引車+ +全掛車全掛車 （本身無(wú)動(dòng)力，獨(dú)立承載，依靠其他車輛牽引行駛）本身無(wú)動(dòng)力，獨(dú)立承載，依靠其他車輛牽引行駛） 牽引車牽引車+ +半掛車半掛車 （本身無(wú)動(dòng)力，與主車共同承載，依靠主車牽引行

5、駛）（本身無(wú)動(dòng)力，與主車共同承載，依靠主車牽引行駛） 二、車輛的軸型二、車輛的軸型 整車整車 前軸：一般為單軸單輪；少數(shù)為雙軸單輪。前軸：一般為單軸單輪；少數(shù)為雙軸單輪。 后軸：有單軸、雙軸、三軸三種。后軸：有單軸、雙軸、三軸三種。 全掛車、半掛車全掛車、半掛車 全掛車配有前、后兩根單軸，各軸由單輪或雙輪組組成；全掛車配有前、后兩根單軸，各軸由單輪或雙輪組組成； 半掛車的車軸置于車輛重心后面，可由單軸和多軸組成，半掛車的車軸置于車輛重心后面，可由單軸和多軸組成，各軸則由一對(duì)單輪、一對(duì)雙輪或兩對(duì)雙輪組組成，視載重各軸則由一對(duì)單輪、一對(duì)雙輪或兩對(duì)雙輪組組成，視載重大小的需要而定。大小的需要而定。

6、我國(guó)公路與城市道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中均以雙輪組單軸載我國(guó)公路與城市道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中均以雙輪組單軸載100KN100KN作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重。作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重。 三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力 大小與分布大小與分布 1 1、大?。骸⒋笮。?汽車輪胎的內(nèi)壓力汽車輪胎的內(nèi)壓力pipi； 接觸壓力與輪胎內(nèi)壓力的關(guān)系：接觸壓力與輪胎內(nèi)壓力的關(guān)系： 靜止的車輪靜止的車輪p=(0.8p=(0.80.9)pi 0.9)pi 滾動(dòng)的車輪滾動(dòng)的車輪p=(0.9p=(0.91.1)pi1.1)pi 最后取輪胎的內(nèi)壓力作為接觸壓力最后取輪胎的內(nèi)壓力作為接觸壓力 輪胎的性質(zhì)和輪胎與路面接觸的形態(tài)；輪胎的性質(zhì)

7、和輪胎與路面接觸的形態(tài)； 輪載的大小輪載的大小P P。 2 2、分布：、分布：實(shí)際不均勻，簡(jiǎn)化成均勻分布實(shí)際不均勻，簡(jiǎn)化成均勻分布。 輪胎與路面的接觸面形狀輪胎與路面的接觸面形狀實(shí)際橢圓形實(shí)際橢圓形 簡(jiǎn)化成當(dāng)量圓簡(jiǎn)化成當(dāng)量圓當(dāng)量圓當(dāng)量圓：為了便于計(jì)算，將投影面積用一個(gè)面：為了便于計(jì)算，將投影面積用一個(gè)面積相等的圓來代替，這個(gè)圓即為當(dāng)量圓。積相等的圓來代替，這個(gè)圓即為當(dāng)量圓。分兩種情況進(jìn)行簡(jiǎn)化：分兩種情況進(jìn)行簡(jiǎn)化：1 1、對(duì)于單輪組車軸：、對(duì)于單輪組車軸： Pp 2 2、對(duì)于雙輪組車軸、對(duì)于雙輪組車軸 單圓荷載單圓荷載 雙圓荷載雙圓荷載 我國(guó)現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載我國(guó)現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范中

8、規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ100BZZ100的的P=100/4kN=25kNP=100/4kN=25kN，p=700kPap=700kPa，分別代入上式計(jì)算，分別代入上式計(jì)算，得到相應(yīng)的當(dāng)量圓直徑：得到相應(yīng)的當(dāng)量圓直徑：d100=0.213md100=0.213m，D100=0.302mD100=0.302m。8/2DPpd4/dPp 請(qǐng)計(jì)算下表中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量圓直請(qǐng)計(jì)算下表中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量圓直徑徑(包括單圓和雙圓圖式包括單圓和雙圓圖式)。 汽車后軸資料汽車后軸資料后軸數(shù)后軸數(shù)輪組數(shù)輪組數(shù)后軸總重后軸總重輪壓輪壓輪載輪載接觸面積接觸面積當(dāng)量圓直徑當(dāng)量圓直徑KNKNKpaKpa

9、KNKN單圓圖示單圓圖示雙圓圖示雙圓圖示1 11 123235005001 12 260605005001 12 21001007007002 22 2220220700700()cm2cm()cm2cm當(dāng)量圓直徑當(dāng)量圓直徑輪載輪載接觸面積接觸面積KNKN單圓圖示單圓圖示雙圓圖示雙圓圖示11.52301560027.619.52571430.221.327.578631.622.4 四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響 1.1.水平力水平力 方向方向 等速、上坡、加速等速、上坡、加速向后的水平力；向后的水平力； 下坡、減速下坡、減速向前的水平力；向前的水平力； 彎道上彎道上

10、側(cè)向水平力。側(cè)向水平力。 大小大?。很囕v在啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)水平力很大。：車輛在啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)水平力很大。 純行駛過程中：水平力純行駛過程中：水平力= =滾動(dòng)摩阻系數(shù)滾動(dòng)摩阻系數(shù)車輪的垂車輪的垂直壓力直壓力 制動(dòng)抱死時(shí)：水平力制動(dòng)抱死時(shí)：水平力= =滑動(dòng)摩阻系數(shù)滑動(dòng)摩阻系數(shù)車輪的垂直車輪的垂直壓力壓力 Q QQmax=pQmax=p= =制動(dòng)抱死時(shí)作用在路面上的水平力制動(dòng)抱死時(shí)作用在路面上的水平力 分布分布：水平力分布在與垂直壓力相同的接觸：水平力分布在與垂直壓力相同的接觸面積內(nèi)，通常假設(shè)其是均布的。面積內(nèi)，通常假設(shè)其是均布的。 影響影響：面層材料抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，在水平荷：面層材料抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，在水

11、平荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生推移，擁包，波浪、車轍等載作用下，會(huì)產(chǎn)生推移，擁包，波浪、車轍等破壞。破壞。 2.垂直壓力垂直壓力：大小和位置均變化的移動(dòng)荷載：大小和位置均變化的移動(dòng)荷載 輪載動(dòng)態(tài)變化的影響因素：車速、路面平整度、車輛的振輪載動(dòng)態(tài)變化的影響因素：車速、路面平整度、車輛的振動(dòng)特性。動(dòng)特性。 沖擊系數(shù)：振動(dòng)輪載的最大峰值與靜載之比。沖擊系數(shù)：振動(dòng)輪載的最大峰值與靜載之比。 設(shè)計(jì)路面時(shí)：設(shè)計(jì)路面時(shí)： 瀝青路面以靜輪載作為設(shè)計(jì)荷載瀝青路面以靜輪載作為設(shè)計(jì)荷載 水泥混凝土路面以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。水泥混凝土路面以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。 3.車輛荷載作用的重復(fù)性車輛荷載作用的重復(fù)

12、性 彈性材料：疲勞破壞即材料的強(qiáng)度將隨荷彈性材料：疲勞破壞即材料的強(qiáng)度將隨荷載重復(fù)次數(shù)的增加而降低載重復(fù)次數(shù)的增加而降低 彈塑性材料彈塑性材料 ：累積變形：累積變形 4.4.瞬時(shí)性瞬時(shí)性 當(dāng)行車速度由時(shí)速當(dāng)行車速度由時(shí)速3.23.2公里公里提高到提高到5656公里時(shí)公里時(shí), ,瀝青路面瀝青路面總彎沉減少總彎沉減少36%36%；當(dāng)行車速；當(dāng)行車速度由時(shí)速度由時(shí)速3.23.2公里提高到公里提高到96.796.7公里時(shí)公里時(shí), ,水泥混凝土路水泥混凝土路面的板角撓度和板邊應(yīng)變量面的板角撓度和板邊應(yīng)變量減少減少29%29%左右。左右。 動(dòng)荷載作用下的路面變形量動(dòng)荷載作用下的路面變形量的減小可以理解為路

13、面結(jié)構(gòu)的減小可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對(duì)提高，或者是路剛度的相對(duì)提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對(duì)增大。面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對(duì)增大。 5. 真空吸力真空吸力 車輛行駛時(shí)在車輪的后方與路面之間形成車輛行駛時(shí)在車輪的后方與路面之間形成暫時(shí)的真空而對(duì)路面產(chǎn)生真空吸力，真空暫時(shí)的真空而對(duì)路面產(chǎn)生真空吸力，真空吸力主要對(duì)材料粘結(jié)力差的中、低級(jí)砂石吸力主要對(duì)材料粘結(jié)力差的中、低級(jí)砂石路面起作用，導(dǎo)致路面骨料松動(dòng)，路面結(jié)路面起作用，導(dǎo)致路面骨料松動(dòng)，路面結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生破壞。構(gòu)逐步發(fā)生破壞。 五、交通分析五、交通分析 1 1、交通量、交通量 交通量交通量是指在單位時(shí)間內(nèi)，通過道路某一斷面的是指在單位時(shí)間內(nèi)，通過道路某一斷

14、面的交通實(shí)體數(shù)。交通實(shí)體數(shù)。 交通當(dāng)量交通當(dāng)量是把不同車型的交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型是把不同車型的交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型的交通量。的交通量。 標(biāo)準(zhǔn)車種標(biāo)準(zhǔn)車種是占交通量比例最大的車種。是占交通量比例最大的車種。 美國(guó)和日本美國(guó)和日本 ：小汽車：小汽車 中國(guó)：小汽車或中型載重汽車中國(guó)：小汽車或中型載重汽車 初始年平均日交通量初始年平均日交通量 t t年后的年平均日交通量年后的年平均日交通量 設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量 車道交通量車道交通量= =行車道交通量行車道交通量方向系數(shù)方向系數(shù)車道系數(shù)車道系數(shù) 方向系數(shù)方向系數(shù)一般情況下，取一般情況下，取0.50.5，但有些道路有可能但有些道路有可

15、能出現(xiàn)一個(gè)方向的車輛明顯多于另一個(gè)方向的情況，出現(xiàn)一個(gè)方向的車輛明顯多于另一個(gè)方向的情況，這時(shí)需要通過調(diào)查后確定其數(shù)值。這時(shí)需要通過調(diào)查后確定其數(shù)值。 。 車道系數(shù)車道系數(shù)：慢車道的交通量除以該方向交通量。：慢車道的交通量除以該方向交通量。 36511365iiQN111ttNN136511teNN 在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過調(diào)查分析確定初始年平在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過調(diào)查分析確定初始年平均日交通量，調(diào)查有兩種：均日交通量，調(diào)查有兩種： 一、通過現(xiàn)有的交通流量觀測(cè)站的調(diào)查資料獲得一、通過現(xiàn)有的交通流量觀測(cè)站的調(diào)查資料獲得 二、尚未設(shè)站的道路，臨時(shí)布站進(jìn)行觀測(cè)二、尚未設(shè)站的道路，臨時(shí)布站進(jìn)行觀測(cè) 進(jìn)行

16、交通流量調(diào)查時(shí)，將車輛分為進(jìn)行交通流量調(diào)查時(shí)，將車輛分為1111類：小型貨類：小型貨車、中型貨車、大型貨車、小型客車、大型客車、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、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。人力車和畜力車。 2.標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載 標(biāo)準(zhǔn)軸載一般要求對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響較大、標(biāo)準(zhǔn)軸載一般要求對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響較大、同時(shí)又能反映本國(guó)公路運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)車輛的總同時(shí)又能反映本國(guó)公路運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)車輛的總體軸載水平。體軸載水平。 我國(guó)根據(jù)公路運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)車輛的實(shí)際，規(guī)定我國(guó)根據(jù)公路運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)車輛的實(shí)際，規(guī)定公路與城市道路設(shè)計(jì)均以公路與城市道路設(shè)計(jì)均

17、以雙輪組單軸軸載雙輪組單軸軸載100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。表示。 3.軸載等效換算原則軸載等效換算原則 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。的疲勞損壞程度。 軸載換算系數(shù)公式軸載換算系數(shù)公式 把調(diào)查的日軸載組成乘以相應(yīng)的等效換算系數(shù)，把調(diào)查的日軸載組成乘以相應(yīng)的等效換算系數(shù)，并累加后即可得到日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。并累加后即可得到日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。 設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù) nsiiisNPNP111365teNN2-2 2-2 環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響 周圍

18、環(huán)境變化周圍環(huán)境變化 路基路面結(jié)構(gòu)的溫度和濕度狀況變化路基路面結(jié)構(gòu)的溫度和濕度狀況變化 路基路面隨溫度、濕度的增加強(qiáng)度與剛度下降路基路面隨溫度、濕度的增加強(qiáng)度與剛度下降 脹縮變形受阻產(chǎn)生溫度、濕度應(yīng)力脹縮變形受阻產(chǎn)生溫度、濕度應(yīng)力 一、溫度對(duì)路面的影響一、溫度對(duì)路面的影響 大氣溫度在一年和一日內(nèi)發(fā)生著周期性的變化大氣溫度在一年和一日內(nèi)發(fā)生著周期性的變化 路面溫度相應(yīng)的在一年和一日內(nèi)發(fā)生著周期性的變化路面溫度相應(yīng)的在一年和一日內(nèi)發(fā)生著周期性的變化 路面表面溫度周期性起伏，同氣溫同步，但由于吸收部分路面表面溫度周期性起伏，同氣溫同步，但由于吸收部分太陽(yáng)輻射，路表面的溫度往往高于大氣溫度。太陽(yáng)輻射，

19、路表面的溫度往往高于大氣溫度。 面層結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處的溫度也周期性變化，但起伏的幅面層結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處的溫度也周期性變化，但起伏的幅度隨深度的增加而減小，其峰值也隨深度增加而越來越滯度隨深度的增加而減小，其峰值也隨深度增加而越來越滯后出現(xiàn)。后出現(xiàn)。 水泥混凝土路面、瀝青路面受影響水泥混凝土路面、瀝青路面受影響溫度對(duì)路面的影響溫度對(duì)路面的影響 二、溫度變化預(yù)測(cè)二、溫度變化預(yù)測(cè) 影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素： 外部外部氣溫氣溫、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射、云量、風(fēng)速、降水量；、云量、風(fēng)速、降水量； 內(nèi)部路面材料導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等。內(nèi)部路面材料導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等。 路面溫度預(yù)測(cè)路面溫

20、度預(yù)測(cè) 統(tǒng)計(jì)法：實(shí)測(cè)溫度統(tǒng)計(jì)法：實(shí)測(cè)溫度+ +氣象資料氣象資料回歸回歸 局限性強(qiáng)局限性強(qiáng) 理論法：熱傳導(dǎo)理論理論法：熱傳導(dǎo)理論預(yù)估方程預(yù)估方程 參數(shù)難以確定，假設(shè)太多。參數(shù)難以確定，假設(shè)太多。maxmaxaTabTcQ25 . 21DZpz車輪荷載應(yīng)力：車輪荷載應(yīng)力： 路基自重應(yīng)力：路基自重應(yīng)力： ZB路基任意點(diǎn)：路基任意點(diǎn)： BZ2-3 2-3 土基的受力與強(qiáng)度土基的受力與強(qiáng)度一、路基受力狀況一、路基受力狀況二、路基工作區(qū)二、路基工作區(qū)1 1、定義：在路基某一深度、定義：在路基某一深度ZaZa處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅應(yīng)

21、力與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為為1/101/51/101/5時(shí)，該深度時(shí)，該深度ZaZa范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。工作區(qū)外汽車荷載的影響忽略不計(jì)。工作區(qū)外汽車荷載的影響忽略不計(jì)。2 2、路基工作區(qū)深度、路基工作區(qū)深度式中：式中：PP一側(cè)輪重；一側(cè)輪重；KK系數(shù)，取系數(shù)，取0.50.5；nn系數(shù)，系數(shù)，5 510 10 。 該深度該深度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。增加而減小。3aKnPZ工作區(qū)內(nèi)：強(qiáng)度、穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)：強(qiáng)度、穩(wěn)定性重要，壓實(shí)度提高。性重要，壓實(shí)度提高。 三、路基

22、土的應(yīng)力三、路基土的應(yīng)力- -應(yīng)變特性應(yīng)變特性 1 1、土的特性、土的特性 非線性非線性 原因：路基結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包括固相、液相和氣相。原因：路基結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包括固相、液相和氣相。 壓入承載板試驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)力壓入承載板試驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線：應(yīng)變關(guān)系曲線： 圖中的曲線變化大致可分圖中的曲線變化大致可分3 3個(gè)階段：個(gè)階段： 階段階段-彈性變形階段彈性變形階段 階段階段-塑性變形階段塑性變形階段 階段階段-破壞階段破壞階段 結(jié)論：非線性結(jié)論：非線性 彈塑性彈塑性 流變特性流變特性 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。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。 2、公

23、路對(duì)于土的考慮、公路對(duì)于土的考慮 土的流變一般不考慮，主要是車輛荷載作用短。土的流變一般不考慮，主要是車輛荷載作用短。 非線性考慮用局部線性化方法：非線性考慮用局部線性化方法： 彈塑性彈塑性 流變特性流變特性 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。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。 2 2、公路對(duì)于土的考慮、公路對(duì)于土的考慮 土的流變一般不考慮，主要是車輛荷載作用短。土的流變一般不考慮，主要是車輛荷載作用短。 非線性考慮用局部線性化方法：切線法和割線法，即將土非線性考慮用局部線性化方法：切線法和割線法，即將土的應(yīng)力的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線上某點(diǎn)的切線斜率或某一范圍的割

24、應(yīng)變關(guān)系曲線上某點(diǎn)的切線斜率或某一范圍的割線斜率作為土基的模量。線斜率作為土基的模量。 初始切線模量初始切線模量 切線模量切線模量 割線模量割線模量 回彈模量回彈模量 四、重復(fù)荷載作用下土基的變形特性四、重復(fù)荷載作用下土基的變形特性 土基在荷載的重復(fù)作用下產(chǎn)生的變形累積，最終土基在荷載的重復(fù)作用下產(chǎn)生的變形累積，最終可導(dǎo)致兩種不同的情況?？蓪?dǎo)致兩種不同的情況。 一種是土體逐漸壓密，土的顆粒之間一步靠攏，一種是土體逐漸壓密，土的顆粒之間一步靠攏，但是不會(huì)產(chǎn)生引起土體整體破壞的剪切面，土基但是不會(huì)產(chǎn)生引起土體整體破壞的剪切面，土基被壓實(shí)而穩(wěn)定；被壓實(shí)而穩(wěn)定； 另一種是荷載的重復(fù)作用造成土體的剪切變

25、形不另一種是荷載的重復(fù)作用造成土體的剪切變形不斷發(fā)展，形成整體破壞的剪切面，最后達(dá)到破壞斷發(fā)展，形成整體破壞的剪切面，最后達(dá)到破壞階段，土基失去支承荷載的能力。階段，土基失去支承荷載的能力。2-4 2-4 土基的強(qiáng)度指標(biāo)土基的強(qiáng)度指標(biāo) 一、土基的回彈模量一、土基的回彈模量 1 1、適用范圍：、適用范圍： 彈性半空間體地基（一般柔性路面采用），參數(shù)有回彈模彈性半空間體地基（一般柔性路面采用），參數(shù)有回彈模量量E E和泊松比和泊松比。 2 2、測(cè)定方法：、測(cè)定方法： 柔性承載板法柔性承載板法 土基與承載板之間的接觸壓力為常量土基與承載板之間的接觸壓力為常量 在柔性承載板中心處（在柔性承載板中心處（

26、r=0r=0） 在柔性承載板邊緣處（在柔性承載板邊緣處（r=ar=a） 2Pp rr200021rpalE20041r apalE 剛性承載板法剛性承載板法 一般直徑為一般直徑為30cm30cm 承載板下土基頂面的撓度為等值承載板下土基頂面的撓度為等值 板底接觸壓力則隨板底接觸壓力則隨r r值而變化，呈鞍形分布值而變化，呈鞍形分布 2212pap rar200214palE 二、地基反應(yīng)模量二、地基反應(yīng)模量 1 1、適用范圍：溫克勒地基模型、適用范圍：溫克勒地基模型 2 2、定義：假定土基頂面任一點(diǎn)的彎沉僅同該點(diǎn)的垂直壓、定義：假定土基頂面任一點(diǎn)的彎沉僅同該點(diǎn)的垂直壓力成正比，而與其他相鄰點(diǎn)處

27、的壓力無(wú)關(guān)。即地基可以認(rèn)力成正比，而與其他相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。即地基可以認(rèn)為有許多彈簧組成。為有許多彈簧組成。 地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量 K=p/lK=p/l 3 3、測(cè)定方法：、測(cè)定方法： 承載板法承載板法與回彈模量的測(cè)試方法相似，區(qū)別在于是一次與回彈模量的測(cè)試方法相似，區(qū)別在于是一次加荷到位，承載板半徑不同，為加荷到位，承載板半徑不同，為76cm76cm。 兩種加載方法：兩種加載方法： 當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)，控制彎沉值為當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時(shí)，控制彎沉值為0.127cm0.127cm 若地基較為堅(jiān)硬，控制單位壓力為若地基較為堅(jiān)硬，控制單位壓力為p=70kpap=70kpa 三、加州承載比三、加州承載

28、比CBRCBR 定義：早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定土基及其定義：早年由美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定土基及其他路面材料承載力的指標(biāo)。承載能力以材料抵抗局部荷載他路面材料承載力的指標(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)，它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)比值即為們的相對(duì)比值即為CBRCBR值。值。 測(cè)定方法：測(cè)定方法： 標(biāo)準(zhǔn)壓頭標(biāo)準(zhǔn)壓頭面積為面積為19.35 19.35 平方厘米平方厘米 加載速率加載速率0.127cm /min0.127cm /min 記錄每壓入記錄每壓入0.254cm0.254cm時(shí)的單位壓力時(shí)的單位壓力

29、p p值，直至壓入變形量達(dá)值，直至壓入變形量達(dá)到到1.27cm1.27cm時(shí)為止。時(shí)為止。 對(duì)應(yīng)貫入深度為對(duì)應(yīng)貫入深度為0.254cm0.254cm或或0.508cm0.508cm，取，取CBRCBR值大者。值大者。 100spCBRp2-5 2-5 路基的變形、破壞及防治路基的變形、破壞及防治 一、路基的主要病害一、路基的主要病害 1路堤變形破壞路堤變形破壞 1）路堤沉陷）路堤沉陷 2）邊坡溜方及滑坡）邊坡溜方及滑坡 3）路堤沿地基滑動(dòng)）路堤沿地基滑動(dòng) 2路塹變形破壞路塹變形破壞 1）邊坡剝落與碎落）邊坡剝落與碎落 2）邊坡滑坍和崩塌）邊坡滑坍和崩塌 3特殊地質(zhì)水文條件下的破壞特殊地質(zhì)水文條

30、件下的破壞 1 1路堤變形破壞路堤變形破壞 1 1）路堤沉陷）路堤沉陷 定義：定義：路堤沉陷是指路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落。路堤沉陷是指路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落。 原因：原因： A A路堤因填料選擇不當(dāng)，填筑方法不合理，壓實(shí)不足，在路堤因填料選擇不當(dāng)，填筑方法不合理，壓實(shí)不足，在荷載、水、溫度綜合作用下，路堤將產(chǎn)生堤身向下沉陷的荷載、水、溫度綜合作用下，路堤將產(chǎn)生堤身向下沉陷的變形破壞。所謂填筑方法不合理，包括不同土質(zhì)混雜，未變形破壞。所謂填筑方法不合理，包括不同土質(zhì)混雜，未分層填筑和壓實(shí)，土中有未經(jīng)打碎的大土塊或凍土塊等。分層填筑和壓實(shí)，土中有未經(jīng)打碎的大土塊或凍土塊等。 B

31、B填石路堤因石料規(guī)格不一，性質(zhì)不均，或就地爆破堆積，填石路堤因石料規(guī)格不一，性質(zhì)不均，或就地爆破堆積，亂石中空隙很大，在一定期限內(nèi)（例如經(jīng)過一個(gè)雨季）亦亂石中空隙很大，在一定期限內(nèi)（例如經(jīng)過一個(gè)雨季）亦可能產(chǎn)生明顯下沉?？赡墚a(chǎn)生明顯下沉。 C C原地面比較軟弱，有軟土、泥沼或不密實(shí)的松土存在，原地面比較軟弱，有軟土、泥沼或不密實(shí)的松土存在，承載能力極低，路基修筑前未經(jīng)處理，在路基自重作用下，承載能力極低，路基修筑前未經(jīng)處理，在路基自重作用下，地基下沉或向兩側(cè)擠出，引起路基下陷。凍融作用也常使地基下沉或向兩側(cè)擠出，引起路基下陷。凍融作用也常使路堤產(chǎn)生不均勻變形。路堤產(chǎn)生不均勻變形。 2 2）邊坡

32、溜方及滑坡）邊坡溜方及滑坡-最常見的路基病害最常見的路基病害 溜方：溜方：邊坡上薄的表層土，被水浸泡后沿邊坡向下滑移的邊坡上薄的表層土，被水浸泡后沿邊坡向下滑移的破壞現(xiàn)象。破壞現(xiàn)象。 主要是由于流動(dòng)水沖刷邊坡或施工不當(dāng)而引起的。主要是由于流動(dòng)水沖刷邊坡或施工不當(dāng)而引起的。 滑坡：滑坡：路堤邊坡土體在重力作用下沿某一滑動(dòng)面發(fā)生剪切路堤邊坡土體在重力作用下沿某一滑動(dòng)面發(fā)生剪切破壞。破壞。 主要原因有：主要原因有： A A邊坡過陡；邊坡過陡； B B不正確地應(yīng)用傾斜層次的方法填筑；不正確地應(yīng)用傾斜層次的方法填筑； C C含水量過大，土體粘聚力和內(nèi)摩阻力降低；含水量過大，土體粘聚力和內(nèi)摩阻力降低； D

33、 D坡腳被水沖刷。坡腳被水沖刷。 3 3）路堤沿山坡滑動(dòng)：）路堤沿山坡滑動(dòng)：整個(gè)路基沿傾斜的原地面向下滑動(dòng)。整個(gè)路基沿傾斜的原地面向下滑動(dòng)。 原因：在較陡的山坡上填筑路基，如果原地面未經(jīng)清除雜原因：在較陡的山坡上填筑路基，如果原地面未經(jīng)清除雜草、鑿毛或人工挖臺(tái)階，坡腳又未進(jìn)行必要的支撐，特別草、鑿毛或人工挖臺(tái)階，坡腳又未進(jìn)行必要的支撐，特別是受水的潤(rùn)滑時(shí)，填方與原地面之間的抗剪力很小，在自是受水的潤(rùn)滑時(shí)，填方與原地面之間的抗剪力很小，在自重和荷載作用下，路基整體或局部有可能沿原地面向下移重和荷載作用下，路基整體或局部有可能沿原地面向下移動(dòng)。動(dòng)。 2 2路塹變形破壞路塹變形破壞 1 1）邊坡剝落

34、與碎落）邊坡剝落與碎落 剝落剝落是指路塹邊坡表土層或風(fēng)化巖層表面，在大氣的干濕是指路塹邊坡表土層或風(fēng)化巖層表面，在大氣的干濕或冷熱循環(huán)作用下，表面發(fā)生脹縮，使零碎薄層呈片狀從或冷熱循環(huán)作用下，表面發(fā)生脹縮，使零碎薄層呈片狀從坡面上剝落下來的風(fēng)化現(xiàn)象，而且老的脫落后，新的又不坡面上剝落下來的風(fēng)化現(xiàn)象，而且老的脫落后，新的又不斷產(chǎn)生。斷產(chǎn)生。 碎落碎落是巖石碎塊的一種剝落現(xiàn)象，其規(guī)模與危害程度比剝是巖石碎塊的一種剝落現(xiàn)象，其規(guī)模與危害程度比剝落嚴(yán)重。落嚴(yán)重。 產(chǎn)生的主要原因產(chǎn)生的主要原因是路塹邊坡較陡，巖石破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，是路塹邊坡較陡，巖石破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，在脹縮、震動(dòng)及水的浸蝕與沖刷作用下，塊狀

35、碎石沿坡面在脹縮、震動(dòng)及水的浸蝕與沖刷作用下，塊狀碎石沿坡面向下滾落。向下滾落。 如果落下的巖塊較大，以單個(gè)或多塊落下，此種碎落現(xiàn)象如果落下的巖塊較大，以單個(gè)或多塊落下，此種碎落現(xiàn)象稱為稱為落石或墜落落石或墜落。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：落石的石塊較大，降落速度極快，所產(chǎn)生的沖擊力落石的石塊較大，降落速度極快，所產(chǎn)生的沖擊力可使路基結(jié)構(gòu)物遭到破壞，亦會(huì)威脅到行人和行車的安全，可使路基結(jié)構(gòu)物遭到破壞，亦會(huì)威脅到行人和行車的安全，有時(shí)還會(huì)引起其他路基病害。有時(shí)還會(huì)引起其他路基病害。 2 2）邊坡滑坍和崩塌）邊坡滑坍和崩塌 滑坍滑坍是指路基邊坡土體或巖石，沿著一定滑動(dòng)面整體向下是指路基邊坡土體或巖石，沿著一定滑

36、動(dòng)面整體向下滑動(dòng)，其規(guī)模與危害程度較碎落更為嚴(yán)重，有時(shí)滑動(dòng)體可滑動(dòng)，其規(guī)模與危害程度較碎落更為嚴(yán)重，有時(shí)滑動(dòng)體可達(dá)數(shù)百萬(wàn)以上，造成嚴(yán)重堵車。達(dá)數(shù)百萬(wàn)以上，造成嚴(yán)重堵車。產(chǎn)生滑坍的主要原因產(chǎn)生滑坍的主要原因是邊是邊坡較高，坡度較陡（大于坡較高，坡度較陡（大于5050度），缺少應(yīng)有的支擋和加固。度），缺少應(yīng)有的支擋和加固。挖方巖層對(duì)公路呈順向坡，巖層傾角在挖方巖層對(duì)公路呈順向坡，巖層傾角在50-7550-75度之間，夾度之間，夾有軟弱和透水的薄層或巖石嚴(yán)重風(fēng)化等，在水的浸蝕和沖有軟弱和透水的薄層或巖石嚴(yán)重風(fēng)化等，在水的浸蝕和沖刷作用下，形成滑動(dòng)面致使失去平衡產(chǎn)生滑坍。刷作用下，形成滑動(dòng)面致使失去平

37、衡產(chǎn)生滑坍。 崩塌崩塌是整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。是整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。 主要原因主要原因是巖體風(fēng)化破碎，邊坡較高，是比較常是巖體風(fēng)化破碎，邊坡較高，是比較常見且危害較大的路基病害之一。見且危害較大的路基病害之一。 與滑坍的主要區(qū)別與滑坍的主要區(qū)別在于崩塌無(wú)固定滑動(dòng)面，亦無(wú)在于崩塌無(wú)固定滑動(dòng)面，亦無(wú)下挫現(xiàn)象，即坡腳線以下無(wú)移動(dòng)現(xiàn)象。崩塌體的下挫現(xiàn)象，即坡腳線以下無(wú)移動(dòng)現(xiàn)象。崩塌體的各部分相對(duì)位置在移動(dòng)過程中完全打亂，其中較各部分相對(duì)位置在移動(dòng)過程中完全打亂，其中較大石塊翻滾較遠(yuǎn)，邊坡下部形成倒石堆或巖堆。大石塊翻滾較遠(yuǎn)，邊坡下部形成倒石堆或巖堆。 3 3不良地質(zhì)和水文條件造成

38、的路基破壞不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞 公路通過不良地質(zhì)和水文地帶，或遇較大自然公路通過不良地質(zhì)和水文地帶，或遇較大自然災(zāi)害，如滑坡、巖堆、泥石流、雪崩、巖溶災(zāi)害，如滑坡、巖堆、泥石流、雪崩、巖溶（即喀斯特地區(qū)）、地震及特大暴雨和嚴(yán)重冰（即喀斯特地區(qū)）、地震及特大暴雨和嚴(yán)重冰凍等，均能導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。凍等，均能導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。 二、路基破壞原因綜合分析二、路基破壞原因綜合分析 1 1不良的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不良的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件 2 2不利的水文與氣候因素不利的水文與氣候因素 3 3設(shè)計(jì)不合理設(shè)計(jì)不合理 4 4施工不合規(guī)定施工不合規(guī)定 地質(zhì)條件是影響路基工程質(zhì)量和

39、產(chǎn)生病害的基本地質(zhì)條件是影響路基工程質(zhì)量和產(chǎn)生病害的基本前提，水是造成路基病害的主要原因。前提，水是造成路基病害的主要原因。 三、路基病害防治三、路基病害防治 1 1正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。 2 2選擇良好的路基用土填筑路基。選擇良好的路基用土填筑路基。 3 3采取正確的填筑方法，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。采取正確的填筑方法，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。 4 4適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下適當(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。水位上升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍。 5 5正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。 6 6必要時(shí)設(shè)計(jì)隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫必

40、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，砂墊層以疏干層減少路基冰凍深度和水分累積，砂墊層以疏干土基。土基。 7 7采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、上體加筋等采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、上體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。 2-6 2-6 路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性 路面所用的材料，按其不同的形態(tài)及成型性質(zhì)大路面所用的材料，按其不同的形態(tài)及成型性質(zhì)大致可分為三類：致可分為三類： (1)(1)松散顆粒型材料及塊料松散顆粒型材料及塊料：各種集料、塊狀石料、：各種集料、塊狀石料、混凝土預(yù)制塊混凝土預(yù)制塊 (2)(2

41、)瀝青結(jié)合料類瀝青結(jié)合料類：石油瀝青、乳化瀝青、改性瀝：石油瀝青、乳化瀝青、改性瀝青青 (3)(3)無(wú)機(jī)結(jié)合料類無(wú)機(jī)結(jié)合料類（水硬性材料）：水泥、石灰、（水硬性材料）：水泥、石灰、工業(yè)廢渣工業(yè)廢渣成型方式成型方式 (1)(1)密實(shí)成型方式即密實(shí)級(jí)配法密實(shí)成型方式即密實(shí)級(jí)配法 例如瀝青類路面例如瀝青類路面 材料要求材料要求：集料和瀝青按最大密實(shí)原則進(jìn)行配：集料和瀝青按最大密實(shí)原則進(jìn)行配和。和。 強(qiáng)度構(gòu)成強(qiáng)度構(gòu)成：以瀝青與集料之間的黏結(jié)力為主，：以瀝青與集料之間的黏結(jié)力為主，以集料顆粒之間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力為輔。以集料顆粒之間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力為輔。 典型路面類型典型路面類型：瀝青混凝土路面。：瀝

42、青混凝土路面。 (2)(2)嵌擠成型方式嵌擠成型方式 例如瀝青類路面例如瀝青類路面 材料要求材料要求：要求采用較粗的、顆粒尺寸較均勻：要求采用較粗的、顆粒尺寸較均勻的集料，瀝青在混合料中起填隙作用，并把集料的集料，瀝青在混合料中起填隙作用，并把集料黏結(jié)成為一個(gè)整體。黏結(jié)成為一個(gè)整體。 強(qiáng)度構(gòu)成強(qiáng)度構(gòu)成：主要依賴于集料顆粒之間相互嵌擠：主要依賴于集料顆粒之間相互嵌擠所產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力，而對(duì)瀝青的黏結(jié)作用依賴性所產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力，而對(duì)瀝青的黏結(jié)作用依賴性不大。不大。 典型路面類型典型路面類型：瀝青貫入式路面、瀝青表面處：瀝青貫入式路面、瀝青表面處治路面、瀝青碎石路面、瀝青瑪碲脂路面。治路面、瀝青碎石路

43、面、瀝青瑪碲脂路面。 (3)(3)穩(wěn)定成型方式穩(wěn)定成型方式 在土中加入不同的外摻劑，外摻劑與土內(nèi)某些成在土中加入不同的外摻劑，外摻劑與土內(nèi)某些成分發(fā)生一系列物理與化學(xué)作用，使土的性質(zhì)發(fā)生分發(fā)生一系列物理與化學(xué)作用，使土的性質(zhì)發(fā)生根本的改變，具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性。根本的改變，具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 常用的常用的外摻劑外摻劑有石灰、水泥和瀝青三種。有石灰、水泥和瀝青三種。 常用的常用的穩(wěn)定土路面穩(wěn)定土路面有石灰土、水泥土和瀝青土三有石灰土、水泥土和瀝青土三種。種。 穩(wěn)定土路面的穩(wěn)定土路面的力學(xué)特性力學(xué)特性主要是它具有板體性、較主要是它具有板體性、較高的抗彎拉強(qiáng)度和良好的水穩(wěn)定性。但它耐磨性高的抗彎

44、拉強(qiáng)度和良好的水穩(wěn)定性。但它耐磨性較差，一般不作為路面的面層，而作為基層。有較差，一般不作為路面的面層，而作為基層。有水泥穩(wěn)定類基層、石灰穩(wěn)定類基層、工業(yè)廢渣穩(wěn)水泥穩(wěn)定類基層、石灰穩(wěn)定類基層、工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層等。定類基層等。 強(qiáng)度是指材料達(dá)到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時(shí)所能承受的最大強(qiáng)度是指材料達(dá)到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時(shí)所能承受的最大荷載或應(yīng)力。荷載或應(yīng)力。 一、抗剪強(qiáng)度一、抗剪強(qiáng)度 定義：定義：為材料受剪時(shí)的極限或最大應(yīng)力。為材料受剪時(shí)的極限或最大應(yīng)力。 原因：原因：車輛行駛，特別是剎車時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的水平力，即車輛行駛，特別是剎車時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的水平力，即剪力。剪力。 抗剪強(qiáng)度不足會(huì)產(chǎn)生如下破壞：抗剪

45、強(qiáng)度不足會(huì)產(chǎn)生如下破壞： 面層厚度較薄，土基中剪應(yīng)力過大，土基中剪切破壞面層厚度較薄，土基中剪應(yīng)力過大，土基中剪切破壞 面層剪切破壞，造成推移破壞。面層剪切破壞，造成推移破壞。 無(wú)結(jié)合料的粒料基層剪切破壞。無(wú)結(jié)合料的粒料基層剪切破壞。 公式：公式： 測(cè)定：測(cè)定：直剪試驗(yàn)或三軸壓縮試驗(yàn)直剪試驗(yàn)或三軸壓縮試驗(yàn)tanc 內(nèi)摩阻力：內(nèi)摩阻力：一部分由礦料之間在外力作用下產(chǎn)生的表面摩一部分由礦料之間在外力作用下產(chǎn)生的表面摩擦作用引起，另一部分由礦料之間的相互嵌擠、鎖結(jié)形成擦作用引起，另一部分由礦料之間的相互嵌擠、鎖結(jié)形成的嵌鎖作用所形成。的嵌鎖作用所形成。 粘結(jié)力粘結(jié)力; ;主要取決于結(jié)合料本身的內(nèi)聚力

46、以及結(jié)合料與礦主要取決于結(jié)合料本身的內(nèi)聚力以及結(jié)合料與礦料相互產(chǎn)生的粘結(jié)力的大小。料相互產(chǎn)生的粘結(jié)力的大小。 以瀝青混合料為例以瀝青混合料為例 礦質(zhì)顆粒之間的摩擦阻力，粒料與瀝青的粘結(jié)力以及礦質(zhì)顆粒之間的摩擦阻力，粒料與瀝青的粘結(jié)力以及瀝青膜之間的粘滯阻力共同形成抗剪強(qiáng)度。瀝青膜之間的粘滯阻力共同形成抗剪強(qiáng)度。 與抗剪強(qiáng)度有關(guān)的因素：與抗剪強(qiáng)度有關(guān)的因素： 瀝青的粘度瀝青的粘度 瀝青用量瀝青用量 溫度和剪切速率溫度和剪切速率 細(xì)料細(xì)料 tanc 二、抗拉強(qiáng)度二、抗拉強(qiáng)度 原因：原因：溫縮、干縮，及車輪緊急制動(dòng)，車輪后側(cè)溫縮、干縮，及車輪緊急制動(dòng)，車輪后側(cè)的路面受到較大的拉應(yīng)力。的路面受到較大的

47、拉應(yīng)力。 1 1、路面結(jié)構(gòu)層因抗拉強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞：、路面結(jié)構(gòu)層因抗拉強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞： 瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在瀝青路面、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。拉應(yīng)力時(shí)，路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生拉伸斷裂。 2 2、抗拉強(qiáng)度

48、、抗拉強(qiáng)度 路面材料的抗拉強(qiáng)度由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供。路面材料的抗拉強(qiáng)度由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供。 采用直接拉伸或間接拉伸試驗(yàn)，測(cè)繪應(yīng)力一應(yīng)變曲線，取采用直接拉伸或間接拉伸試驗(yàn)，測(cè)繪應(yīng)力一應(yīng)變曲線，取曲線的曲線的最大應(yīng)力值為抗拉強(qiáng)度最大應(yīng)力值為抗拉強(qiáng)度。 直接拉伸試驗(yàn)直接拉伸試驗(yàn)：將混合料制成圓柱形試件，其兩端用環(huán)氧：將混合料制成圓柱形試件，其兩端用環(huán)氧樹脂粘于金屬蓋帽上，通過安置在試件上的變形傳感器，樹脂粘于金屬蓋帽上，通過安置在試件上的變形傳感器，測(cè)定試件在各級(jí)拉應(yīng)力下的應(yīng)變值。測(cè)定試件在各級(jí)拉應(yīng)力下的應(yīng)變值。 間接拉伸試驗(yàn)間接拉伸試驗(yàn)：即劈裂試驗(yàn)。其測(cè)試方法較簡(jiǎn)單，將材料：

49、即劈裂試驗(yàn)。其測(cè)試方法較簡(jiǎn)單，將材料做成較矮的圓柱形試件，測(cè)試時(shí)沿著試件的直徑方向，經(jīng)做成較矮的圓柱形試件，測(cè)試時(shí)沿著試件的直徑方向，經(jīng)試件兩側(cè)的墊條按一定速率施加壓力，直到試件開裂破壞。試件兩側(cè)的墊條按一定速率施加壓力，直到試件開裂破壞。 3 3、以瀝青混合料為例、以瀝青混合料為例 在常溫條件下，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，在一定在常溫條件下，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，在一定范圍內(nèi)隨瀝青含量和施荷速率的增加而增加，隨范圍內(nèi)隨瀝青含量和施荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的增加而下降。此外，增加混合料針入度和溫度的增加而下降。此外，增加混合料拌和及壓實(shí)溫度，增加礦粉含量，都有助于提高拌和及壓實(shí)溫度，增加

50、礦粉含量，都有助于提高其抗拉強(qiáng)度。其抗拉強(qiáng)度。 在低溫（負(fù)溫）條件下，隨針入度和溫度的降低在低溫（負(fù)溫）條件下，隨針入度和溫度的降低而下降。而下降。 三、抗彎拉強(qiáng)度三、抗彎拉強(qiáng)度 原因：原因：在車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)處于彎曲工在車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)處于彎曲工作狀態(tài)。因此，需要有抗彎拉強(qiáng)度。作狀態(tài)。因此，需要有抗彎拉強(qiáng)度。 1 1、路面結(jié)構(gòu)層因抗彎拉強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞：、路面結(jié)構(gòu)層因抗彎拉強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞： 用水泥混凝土，瀝青混合料以及半剛性路面材料用水泥混凝土，瀝青混合料以及半剛性路面材料修筑的結(jié)構(gòu)層，在車輪荷載作用下，處于受彎曲修筑的結(jié)構(gòu)層，在車輪荷載作用下，處于受彎曲工作狀態(tài)。由車

51、輪荷載引起的彎拉應(yīng)力超過材料工作狀態(tài)。由車輪荷載引起的彎拉應(yīng)力超過材料的抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，路面會(huì)產(chǎn)生彎曲斷裂。的抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，路面會(huì)產(chǎn)生彎曲斷裂。 2 2、抗彎拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度 路面材料的抗彎拉強(qiáng)度，通過簡(jiǎn)支小梁試驗(yàn)評(píng)定。路面材料的抗彎拉強(qiáng)度，通過簡(jiǎn)支小梁試驗(yàn)評(píng)定。 根據(jù)材料組成情況，可做成三種小梁：根據(jù)材料組成情況，可做成三種小梁：4cm4cm4cm4cm24cm24cm，測(cè)試時(shí)支點(diǎn)的跨度為，測(cè)試時(shí)支點(diǎn)的跨度為15cm15cm，可用于石，可用于石灰（或水泥）穩(wěn)定土和瀝青砂；灰（或水泥）穩(wěn)定土和瀝青砂； 10cm10cm10cm10cm40cm40cm，測(cè)試時(shí)支點(diǎn)的跨度為，測(cè)試時(shí)支點(diǎn)的跨度為30

52、cm30cm，用于最，用于最大粒徑為大粒徑為2.5cm2.5cm的穩(wěn)定類材料和中、細(xì)粒式瀝青混合料；的穩(wěn)定類材料和中、細(xì)粒式瀝青混合料； 15cm15cm15cm15cm55cm55cm，測(cè)試時(shí)支點(diǎn)的跨度為，測(cè)試時(shí)支點(diǎn)的跨度為45cm45cm，用于最，用于最大粒徑為大粒徑為3.5cm3.5cm的穩(wěn)定類材料和中、粗粒式瀝青混合料和的穩(wěn)定類材料和中、粗粒式瀝青混合料和水泥混凝土；水泥混凝土； 3 3、以瀝青混合料為例、以瀝青混合料為例 影響瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度的因素，與抗拉強(qiáng)度相似。影響瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度的因素，與抗拉強(qiáng)度相似。 四、應(yīng)力四、應(yīng)力應(yīng)變特性應(yīng)變特性 1.1.無(wú)結(jié)合粒料（碎、礫石材料

53、）的應(yīng)力無(wú)結(jié)合粒料（碎、礫石材料）的應(yīng)力應(yīng)變特應(yīng)變特性性 三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)論：三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)論：回彈模量值非常數(shù)，應(yīng)力回彈模量值非常數(shù)，應(yīng)力應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征。碎、礫石材料應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征。碎、礫石材料的回彈模量值同材料的級(jí)配、顆粒形狀、密實(shí)度的回彈模量值同材料的級(jí)配、顆粒形狀、密實(shí)度等因素有關(guān)。密實(shí)度越高，模量值越大；顆粒棱等因素有關(guān)。密實(shí)度越高，模量值越大；顆粒棱角多，模量高。角多，模量高。 2.2.水泥混凝土和無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料的應(yīng)力水泥混凝土和無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料的應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變特性特性 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法有單軸試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、小梁試驗(yàn)。有單軸試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、小梁試驗(yàn)

54、。其中最符合路面結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)的是三軸壓縮其中最符合路面結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)的是三軸壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)結(jié)論：這類材料的應(yīng)力這類材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)出非線性。在應(yīng)力級(jí)位較低時(shí)（低于極限應(yīng)力的出非線性。在應(yīng)力級(jí)位較低時(shí)（低于極限應(yīng)力的50%50%），應(yīng)力），應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線可近似看作是線性應(yīng)變關(guān)系曲線可近似看作是線性的。的。 3.3.瀝青混合料的的應(yīng)力瀝青混合料的的應(yīng)力應(yīng)變特性應(yīng)變特性 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法：低溫下：低溫下單軸試驗(yàn)、小梁試驗(yàn)單軸試驗(yàn)、小梁試驗(yàn) 高溫下高溫下三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) 進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，控制應(yīng)力不變：進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，控制應(yīng)力不變： 試驗(yàn)結(jié)

55、論試驗(yàn)結(jié)論： 混合料中的瀝青具有依賴于溫度和加荷時(shí)間的粘一彈性性混合料中的瀝青具有依賴于溫度和加荷時(shí)間的粘一彈性性狀，瀝青混合料在荷載作用之下的應(yīng)力狀，瀝青混合料在荷載作用之下的應(yīng)力應(yīng)變具有隨溫度應(yīng)變具有隨溫度和荷載作用時(shí)間而變化的特性。和荷載作用時(shí)間而變化的特性。 當(dāng)瀝青混合料受力較小，且力的作用時(shí)間十分短暫時(shí)，處當(dāng)瀝青混合料受力較小，且力的作用時(shí)間十分短暫時(shí)，處于彈性狀態(tài)并兼有彈粘性性質(zhì)。于彈性狀態(tài)并兼有彈粘性性質(zhì)。 當(dāng)瀝青混合料受力較大，且力的作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)力當(dāng)瀝青混合料受力較大，且力的作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出彈性，彈應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出彈性，彈粘性和彈粘性和彈粘粘塑性等不同性塑

56、性等不同性狀。狀。 瀝青混合料的瀝青混合料的勁度模量勁度模量是在給定溫度和加荷時(shí)間條件下是在給定溫度和加荷時(shí)間條件下的應(yīng)力的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系參數(shù)。實(shí)質(zhì)上就是在特定溫度與特定應(yīng)變關(guān)系參數(shù)。實(shí)質(zhì)上就是在特定溫度與特定加荷時(shí)間條件下的常量參數(shù)。加荷時(shí)間條件下的常量參數(shù)。 由勁度試驗(yàn)曲線可以看出：由勁度試驗(yàn)曲線可以看出： 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)；處于彈性狀態(tài)； 中間過渡段，材料處于彈粘性狀態(tài)；中間過渡段，材料處于彈粘性狀態(tài)； 當(dāng)加荷時(shí)間很長(zhǎng)或溫度較高時(shí)，材料處于粘滯性狀態(tài)。當(dāng)加荷時(shí)間很長(zhǎng)或溫度較高時(shí)，材料處于粘滯性狀態(tài)。

57、 測(cè)定方法：測(cè)定方法：?jiǎn)屋S壓縮，三軸壓縮或小梁試驗(yàn)單軸壓縮，三軸壓縮或小梁試驗(yàn),t Tt TS2-7 2-7 路面材料的累積變形與疲勞特性路面材料的累積變形與疲勞特性 路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞圾限狀路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞圾限狀態(tài)有二類：態(tài)有二類： 1. 1. 路面材料處于路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)彈塑性工作狀態(tài)，則重復(fù)荷載作用引起，則重復(fù)荷載作用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)；功能將下降至允許限度以下，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)； 2. 2. 路面

58、材料處于路面材料處于彈性工作狀態(tài)彈性工作狀態(tài)，在重復(fù)荷載作用之下雖，在重復(fù)荷載作用之下雖不產(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)發(fā)生疲勞斷裂，出現(xiàn)損傷累積達(dá)到一定限度時(shí)，路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。破壞極限狀態(tài)。 兩者的共同點(diǎn)兩者的共同點(diǎn)：破壞極限的發(fā)生不僅同荷載應(yīng)力的大小有：破壞極限的發(fā)生不僅同荷載應(yīng)力的大小有關(guān)，而且同荷載應(yīng)力作用的次數(shù)有關(guān)。關(guān)，而且同荷載應(yīng)力作用的次數(shù)有關(guān)。 各種路面材料的工作狀態(tài)各種路面材料的工作狀態(tài) 水泥混凝土路面水泥混凝土路面：彈性工作狀態(tài)：彈性工作狀態(tài)出現(xiàn)疲勞破

59、壞；出現(xiàn)疲勞破壞； 無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的半剛性路面材料無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的半剛性路面材料：彈性狀態(tài)：彈性狀態(tài)疲勞破疲勞破壞；壞； 粘土為結(jié)合料的碎、礫石路面粘土為結(jié)合料的碎、礫石路面：彈塑性狀態(tài)：彈塑性狀態(tài)塑性變形塑性變形的累積。的累積。 瀝青路面瀝青路面： 在低溫環(huán)境中在低溫環(huán)境中彈性工作狀態(tài)彈性工作狀態(tài)出現(xiàn)疲勞破壞，出現(xiàn)疲勞破壞， 在高溫環(huán)境中在高溫環(huán)境中彈塑性工作狀態(tài)彈塑性工作狀態(tài)出現(xiàn)累積變形。出現(xiàn)累積變形。 在季節(jié)性溫差很大的地區(qū)，瀝青路面兼有疲勞破壞和累積在季節(jié)性溫差很大的地區(qū)，瀝青路面兼有疲勞破壞和累積變形兩種極限狀態(tài)。變形兩種極限狀態(tài)。 一、累積變形一、累積變形 1.1.碎、礫石混合料碎

60、、礫石混合料 級(jí)配良好的混合料當(dāng)偏應(yīng)力低于某一數(shù)值時(shí)，級(jí)配良好的混合料當(dāng)偏應(yīng)力低于某一數(shù)值時(shí)，塑性變形會(huì)隨著重復(fù)作用次數(shù)的增加而增加，且塑性變形會(huì)隨著重復(fù)作用次數(shù)的增加而增加，且逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)偏應(yīng)力較大時(shí)，塑性變形量會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)偏應(yīng)力較大時(shí)，塑性變形量會(huì)隨著重復(fù)作用次數(shù)的增加而不斷增長(zhǎng)，直至破壞。隨著重復(fù)作用次數(shù)的增加而不斷增長(zhǎng)，直至破壞。 級(jí)配不良、顆粒尺寸單一的混合料，在應(yīng)力重級(jí)配不良、顆粒尺寸單一的混合料，在應(yīng)力重復(fù)作用很多次以后，塑性變形仍有增大趨勢(shì)。因復(fù)作用很多次以后，塑性變形仍有增大趨勢(shì)。因此不宜用于修筑路面。此不宜用于修筑路面。 含有細(xì)粒過多的混合料，隨著密實(shí)度的下降和含