路基路面工程第二章全解課件

第二章行車荷載、

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

環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性目的要求：課時：4學(xué)時授課內(nèi)容：一、行車荷載二、環(huán)境因素的影響三、土基的力學(xué)強度特性四、土基的承載能力五、路基的變形破壞與防治六、路面材料的力學(xué)強度特性七、路面材料的累積變形與疲勞特性課時：4學(xué)時重點：1、環(huán)境對路基路面使用性能的影響2、土基的力學(xué)特性3、路基的常見破壞4、路面材料的力學(xué)特性難點：1、土基的力學(xué)特性2、路面材料的力學(xué)特性教學(xué)方法：利用多媒體以課堂講授為主，結(jié)合課堂討論。重點：§2-1行車荷載考慮行車荷載的原因：1、路基路面的服務(wù)對象；2、對路基路面會造成結(jié)構(gòu)損傷。行車荷載的主要研究內(nèi)容：1、汽車的輪重與軸重；2、不同車型的車軸布置；3、設(shè)計期限內(nèi)，汽車的軸型分布及汽車年通過量的逐年變化；4、汽車的靜態(tài)荷載與動態(tài)荷載特性比較。§2-1行車荷載考慮行車荷載的原因：一、車輛的種類㈠客車1、小客車2、中客車3、大客車㈡貨車1、按載重量分為輕、中、重型貨車。2、按車身組合情況分為單一車和組合車。①單一車：整車或固定車身類②組合車：牽引車+全掛車（本身無動力，獨立承載，依靠其他車輛牽引行駛）牽引車+半掛車

（本身無動力，與主車共同承載，依靠主車牽引行駛）一、車輛的種類二、車輛的軸型㈠整車前軸：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。㈡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；半掛車的車軸置于車輛重心后面，可由單軸和多軸組成，各軸則由一對單輪、一對雙輪或兩對雙輪組組成，視載重大小的需要而定?！覈放c城市道路路面設(shè)計規(guī)范中均以雙輪組單軸載100KN作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸重。二、車輛的軸型三、汽車對道路的靜態(tài)壓力㈠大小與分布1、大?。孩牌囕喬サ膬?nèi)壓力pi；

接觸壓力與輪胎內(nèi)壓力的關(guān)系：靜止的車輪p=(0.8～0.9)pi滾動的車輪p=(0.9～1.1)pi

◆最后取輪胎的內(nèi)壓力作為接觸壓力⑵輪胎的性質(zhì)和輪胎與路面接觸的形態(tài)；⑶輪載的大小P。2、分布：實際不均勻，簡化成均勻分布。三、汽車對道路的靜態(tài)壓力

㈡輪胎與路面的接觸面形狀實際橢圓形→簡化成當(dāng)量圓當(dāng)量圓：為了便于計算，將投影面積用一個面積相等的圓來代替，這個圓即為當(dāng)量圓。分兩種情況進行簡化：1、對于單輪組車軸：

㈡輪胎與路面的接觸面形狀2、對于雙輪組車軸單圓荷載雙圓荷載我國現(xiàn)行路面設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100的P=100/4kN=25kN，p=700kPa，分別代入上式計算，得到相應(yīng)的當(dāng)量圓直徑：d100=0.213m，D100=0.302m。2、對于雙輪組車軸請計算下表中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量圓直徑(包括單圓和雙圓圖式)。

汽車后軸資料后軸數(shù)輪組數(shù)后軸總重輪壓輪載接觸面積當(dāng)量圓直徑KNKpaKN單圓圖示雙圓圖示1123500－－12605001210070022220700請計算下表中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量圓直徑(包括單圓和雙圓當(dāng)量圓直徑輪載接觸面積KN單圓圖示雙圓圖示11.5230－－1560027.619.52571430.221.327.578631.622.4當(dāng)量圓直徑輪載接觸面積KN單圓圖示雙圓圖示11.5230－－四、運動車輛對道路的動態(tài)影響1.水平力⑴方向等速、上坡、加速→向后的水平力；下坡、減速→向前的水平力；彎道上→側(cè)向水平力。⑵大?。很囕v在啟動或制動時水平力很大。純行駛過程中：水平力=滾動摩阻系數(shù)×車輪的垂直壓力制動抱死時：水平力=滑動摩阻系數(shù)×車輪的垂直壓力Q＜Qmax=pφ=制動抱死時作用在路面上的水平力四、運動車輛對道路的動態(tài)影響⑶分布：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。⑷影響：面層材料抗剪強度不足時，在水平荷載作用下，會產(chǎn)生推移，擁包，波浪、車轍等破壞。⑶分布：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2.垂直壓力：大小和位置均變化的移動荷載輪載動態(tài)變化的影響因素：車速、路面平整度、車輛的振動特性。沖擊系數(shù)：振動輪載的最大峰值與靜載之比。設(shè)計路面時：瀝青路面以靜輪載作為設(shè)計荷載水泥混凝土路面以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計荷載。2.垂直壓力：大小和位置均變化的移動荷載3.車輛荷載作用的重復(fù)性彈性材料：疲勞破壞即材料的強度將隨荷載重復(fù)次數(shù)的增加而降低彈塑性材料：累積變形3.車輛荷載作用的重復(fù)性4.瞬時性當(dāng)行車速度由時速3.2公里提高到56公里時,瀝青路面總彎沉減少36%；當(dāng)行車速度由時速3.2公里提高到96.7公里時,水泥混凝土路面的板角撓度和板邊應(yīng)變量減少29%左右。動荷載作用下的路面變形量的減小可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強度的相對增大。4.瞬時性5.真空吸力車輛行駛時在車輪的后方與路面之間形成暫時的真空而對路面產(chǎn)生真空吸力，真空吸力主要對材料粘結(jié)力差的中、低級砂石路面起作用，導(dǎo)致路面骨料松動，路面結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生破壞。5.真空吸力五、交通分析

1、交通量交通量是指在單位時間內(nèi)，通過道路某一斷面的交通實體數(shù)。交通當(dāng)量是把不同車型的交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型的交通量。標(biāo)準(zhǔn)車種是占交通量比例最大的車種。美國和日本：小汽車中國：小汽車或中型載重汽車五、交通分析初始年平均日交通量t年后的年平均日交通量設(shè)計年限內(nèi)累計交通量車道交通量=行車道交通量×方向系數(shù)×車道系數(shù)方向系數(shù)一般情況下，取0.5，但有些道路有可能出現(xiàn)一個方向的車輛明顯多于另一個方向的情況，這時需要通過調(diào)查后確定其數(shù)值。

。車道系數(shù)：慢車道的交通量除以該方向交通量。

初始年平均日交通量在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過調(diào)查分析確定初始年平均日交通量，調(diào)查有兩種：一、通過現(xiàn)有的交通流量觀測站的調(diào)查資料獲得二、尚未設(shè)站的道路，臨時布站進行觀測進行交通流量調(diào)查時，將車輛分為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、大中型拖拉機、自行車、人力車和畜力車。

在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過調(diào)查分析確定初始年平均日交通量，調(diào)查有2.標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載一般要求對路面結(jié)構(gòu)的影響較大、同時又能反映本國公路運輸運營車輛的總體軸載水平。我國根據(jù)公路運輸運營車輛的實際，規(guī)定公路與城市道路設(shè)計均以雙輪組單軸軸載100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。

2.標(biāo)準(zhǔn)軸載3.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，要達到相同的疲勞損壞程度。

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)，并累加后即可得到日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。設(shè)計年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù)

3.軸載等效換算原則§2-2環(huán)境因素影響周圍環(huán)境變化↓路基路面結(jié)構(gòu)的溫度和濕度狀況變化↓路基路面隨溫度、濕度的增加強度與剛度下降脹縮變形受阻產(chǎn)生溫度、濕度應(yīng)力§2-2環(huán)境因素影響周圍環(huán)境變化一、溫度對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↓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，但由于吸收部分太陽輻射，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)?！嗷炷谅访妗r青路面受影響一、溫度對路面的影響溫度對路面的影響溫度對路面的影響

二、溫度變化預(yù)測

影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：外部－氣溫、太陽輻射、云量、風(fēng)速、降水量；內(nèi)部－路面材料導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等。

路面溫度預(yù)測統(tǒng)計法：實測溫度+氣象資料→回歸局限性強理論法：熱傳導(dǎo)理論→預(yù)估方程參數(shù)難以確定，假設(shè)太多。二、溫度變化預(yù)測車輪荷載應(yīng)力：

路基自重應(yīng)力：

路基任意點：

§2-3土基的受力與強度一、路基受力狀況車輪荷載應(yīng)力：路基自重應(yīng)力：路基任意點：§2-3土基二、路基工作區(qū)1、定義：在路基某一深度Za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，僅為1/10~1/5時，該深度Za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。2、路基工作區(qū)深度式中：P—一側(cè)輪重；K—系數(shù)，取0.5；n—系數(shù)，5～10。該深度Za隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強度和厚度的增加而減小。二、路基工作區(qū)工作區(qū)內(nèi)：強度、穩(wěn)定性重要，壓實度提高。

工作區(qū)內(nèi)：強度、穩(wěn)定性重要，壓實度提高。三、路基土的應(yīng)力-應(yīng)變特性1、土的特性⑴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。壓入承載板試驗測得的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線：圖中的曲線變化大致可分3個階段：Ⅰ階段---彈性變形階段Ⅱ階段---塑性變形階段Ⅲ階段---破壞階段結(jié)論：非線性三、路基土的應(yīng)力-應(yīng)變特性⑵彈塑性⑶流變特性變形量隨荷載持續(xù)時間的延長而增大，以后逐漸趨向穩(wěn)定。2、公路對于土的考慮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：⑵彈塑性⑵彈塑性⑶流變特性變形量隨荷載持續(xù)時間的延長而增大，以后逐漸趨向穩(wěn)定。2、公路對于土的考慮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，即將土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線上某點的切線斜率或某一范圍的割線斜率作為土基的模量。初始切線模量切線模量割線模量回彈模量⑵彈塑性四、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，最終可導(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，但是不會產(chǎn)生引起土體整體破壞的剪切面，土基被壓實而穩(wěn)定；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，最后達到破壞階段，土基失去支承荷載的能力。四、重復(fù)荷載作用下土基的變形特性§2-4土基的強度指標(biāo)一、土基的回彈模量1、適用范圍：彈性半空間體地基（一般柔性路面采用），參數(shù)有回彈模量E和泊松比μ。2、測定方法：⑴柔性承載板法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（r=0）在柔性承載板邊緣處（r=a）

§2-4土基的強度指標(biāo)一、土基的回彈模量⑵剛性承載板法一般直徑為30cm承載板下土基頂面的撓度為等值板底接觸壓力則隨r值而變化，呈鞍形分布

⑵剛性承載板法一般直徑為30cm二、地基反應(yīng)模量1、適用范圍：溫克勒地基模型2、定義：假定土基頂面任一點的彎沉僅同該點的垂直壓力成正比，而與其他相鄰點處的壓力無關(guān)。即地基可以認(rèn)為有許多彈簧組成。地基反應(yīng)模量K=p/l3、測定方法：承載板法—與回彈模量的測試方法相似，區(qū)別在于是一次加荷到位，承載板半徑不同，為76cm。兩種加載方法：當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時，控制彎沉值為0.127cm若地基較為堅硬，控制單位壓力為p=70kpa

二、地基反應(yīng)模量三、加州承載比CBR定義：早年由美國加利福尼亞州提出的一種評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)，它們的相對比值即為CBR值。測定方法：標(biāo)準(zhǔn)壓頭——面積為19.35平方厘米加載速率——0.127cm/min記錄每壓入0.254cm時的單位壓力p值，直至壓入變形量達到1.27cm時為止。對應(yīng)貫入深度為0.254cm或0.508cm，取CBR值大者。

三、加州承載比CBR§2-5路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害1．路堤變形破壞1）路堤沉陷2）邊坡溜方及滑坡3）路堤沿地基滑動2．路塹變形破壞1）邊坡剝落與碎落2）邊坡滑坍和崩塌3．特殊地質(zhì)水文條件下的破壞§2-5路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害1．路堤變形破壞1）路堤沉陷定義：路堤沉陷是指路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落。1．路堤變形破壞原因：A．路堤因填料選擇不當(dāng)，填筑方法不合理，壓實不足，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，土中有未經(jīng)打碎的大土塊或凍土塊等。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，亂石中空隙很大，在一定期限內(nèi)（例如經(jīng)過一個雨季）亦可能產(chǎn)生明顯下沉。C．原地面比較軟弱，有軟土、泥沼或不密實的松土存在，承載能力極低，路基修筑前未經(jīng)處理，在路基自重作用下，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。路基路面工程第二章全解課件2）邊坡溜方及滑坡---最常見的路基病害溜方：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。主要是由于流動水沖刷邊坡或施工不當(dāng)而引起的。滑坡：路堤邊坡土體在重力作用下沿某一滑動面發(fā)生剪切破壞。主要原因有：A．邊坡過陡；B．不正確地應(yīng)用傾斜層次的方法填筑；C．含水量過大，土體粘聚力和內(nèi)摩阻力降低；D．坡腳被水沖刷。2）邊坡溜方及滑坡---最常見的路基病害3）路堤沿山坡滑動：整個路基沿傾斜的原地面向下滑動。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、鑿毛或人工挖臺階，坡腳又未進行必要的支撐，特別是受水的潤滑時，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動。3）路堤沿山坡滑動：整個路基沿傾斜的原地面向下滑動。2．路塹變形破壞1）邊坡剝落與碎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，新的又不斷產(chǎn)生。碎落是巖石碎塊的一種剝落現(xiàn)象，其規(guī)模與危害程度比剝落嚴(yán)重。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，在脹縮、震動及水的浸蝕與沖刷作用下，塊狀碎石沿坡面向下滾落。如果落下的巖塊較大，以單個或多塊落下，此種碎落現(xiàn)象稱為落石或墜落。特點：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，亦會威脅到行人和行車的安全，有時還會引起其他路基病害。2．路塹變形破壞2）邊坡滑坍和崩塌滑坍是指路基邊坡土體或巖石，沿著一定滑動面整體向下滑動，其規(guī)模與危害程度較碎落更為嚴(yán)重，有時滑動體可達數(shù)百萬以上，造成嚴(yán)重堵車。產(chǎn)生滑坍的主要原因是邊坡較高，坡度較陡（大于50度），缺少應(yīng)有的支擋和加固。挖方巖層對公路呈順向坡，巖層傾角在50-75度之間，夾有軟弱和透水的薄層或巖石嚴(yán)重風(fēng)化等，在水的浸蝕和沖刷作用下，形成滑動面致使失去平衡產(chǎn)生滑坍。2）邊坡滑坍和崩塌崩塌是整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。主要原因是巖體風(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。與滑坍的主要區(qū)別在于崩塌無固定滑動面，亦無下挫現(xiàn)象，即坡腳線以下無移動現(xiàn)象。崩塌體的各部分相對位置在移動過程中完全打亂，其中較大石塊翻滾較遠(yuǎn)，邊坡下部形成倒石堆或巖堆。崩塌是整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。3．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)重冰凍等，均能導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。3．不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞二、路基破壞原因綜合分析1．不良的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件2．不利的水文與氣候因素3．設(shè)計不合理4．施工不合規(guī)定地質(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。

二、路基破壞原因綜合分析三、路基病害防治1．正確設(shè)計路基橫斷面。2．選擇良好的路基用土填筑路基。3．采取正確的填筑方法，保證達到規(guī)定的壓實度。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入路基工作區(qū)范圍。5．正確進行排水設(shè)計。6．必要時設(shè)計隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積，砂墊層以疏干土基。7．采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、上體加筋等防護技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。

三、路基病害防治§2-6路面材料的力學(xué)強度特性路面所用的材料，按其不同的形態(tài)及成型性質(zhì)大致可分為三類：(1)松散顆粒型材料及塊料：各種集料、塊狀石料、混凝土預(yù)制塊(2)瀝青結(jié)合料類：石油瀝青、乳化瀝青、改性瀝青(3)無機結(jié)合料類（水硬性材料）：水泥、石灰、工業(yè)廢渣§2-6路面材料的力學(xué)強度特性路面所用的材料，按其不同的形成型方式

(1)密實成型方式即密實級配法例如瀝青類路面①材料要求：集料和瀝青按最大密實原則進行配和。②強度構(gòu)成：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。③典型路面類型：瀝青混凝土路面。成型方式(1)密實成型方式即密實級配法(2)嵌擠成型方式例如瀝青類路面①材料要求：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，并把集料黏結(jié)成為一個整體。②強度構(gòu)成：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，而對瀝青的黏結(jié)作用依賴性不大。③典型路面類型：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。(2)嵌擠成型方式(3)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，具有一定強度和穩(wěn)定性。常用的外摻劑有石灰、水泥和瀝青三種。常用的穩(wěn)定土路面有石灰土、水泥土和瀝青土三種。穩(wěn)定土路面的力學(xué)特性主要是它具有板體性、較高的抗彎拉強度和良好的水穩(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。(3)穩(wěn)定成型方式強度是指材料達到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時所能承受的最大荷載或應(yīng)力。一、抗剪強度定義：為材料受剪時的極限或最大應(yīng)力。原因：車輛行駛，特別是剎車時會產(chǎn)生較大的水平力，即剪力?？辜魪姸炔蛔銜a(chǎn)生如下破壞：⑴面層厚度較薄，土基中剪應(yīng)力過大，土基中剪切破壞⑵面層剪切破壞，造成推移破壞。⑶無結(jié)合料的粒料基層剪切破壞。公式：測定：直剪試驗或三軸壓縮試驗強度是指材料達到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時所能承受的最大荷載或應(yīng)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。粘結(jié)力;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。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)力以及瀝青膜之間的粘滯阻力共同形成抗剪強度。與抗剪強度有關(guān)的因素：⑴瀝青的粘度⑵瀝青用量⑶溫度和剪切速率⑷細(xì)料

內(nèi)摩阻力：一部分由礦料之間在外力作用下產(chǎn)生的表面摩擦作用引起二、抗拉強度原因：溫縮、干縮，及車輪緊急制動，車輪后側(cè)的路面受到較大的拉應(yīng)力。1、路面結(jié)構(gòu)層因抗拉強度不足而產(chǎn)生破壞：瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時產(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，產(chǎn)生明顯的干縮，這些收縮變形受到約束阻力時，將在結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉力，當(dāng)材料的抗拉強度不足以抵抗上述拉應(yīng)力時，路面結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生拉伸斷裂。二、抗拉強度2、抗拉強度路面材料的抗拉強度由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供。采用直接拉伸或間接拉伸試驗，測繪應(yīng)力一應(yīng)變曲線，取曲線的最大應(yīng)力值為抗拉強度。直接拉伸試驗：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，測定試件在各級拉應(yīng)力下的應(yīng)變值。間接拉伸試驗：即劈裂試驗。其測試方法較簡單，將材料做成較矮的圓柱形試件，測試時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。2、抗拉強度3、以瀝青混合料為例

在常溫條件下，瀝青混合料的抗拉強度，在一定范圍內(nèi)隨瀝青含量和施荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的增加而下降。此外，增加混合料拌和及壓實溫度，增加礦粉含量，都有助于提高其抗拉強度。在低溫（負(fù)溫）條件下，隨針入度和溫度的降低而下降。3、以瀝青混合料為例三、抗彎拉強度原因：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，需要有抗彎拉強度。1、路面結(jié)構(gòu)層因抗彎拉強度不足而產(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)。由車輪荷載引起的彎拉應(yīng)力超過材料的抗彎拉強度時，路面會產(chǎn)生彎曲斷裂。三、抗彎拉強度2、抗彎拉強度路面材料的抗彎拉強度，通過簡支小梁試驗評定。根據(jù)材料組成情況，可做成三種小梁：

⑴4cm×4cm×24cm，測試時支點的跨度為15cm，可用于石灰（或水泥）穩(wěn)定土和瀝青砂；⑵10cm×10cm×40cm，測試時支點的跨度為30cm，用于最大粒徑為2.5cm的穩(wěn)定類材料和中、細(xì)粒式瀝青混合料；⑶15cm×15cm×55cm，測試時支點的跨度為45cm，用于最大粒徑為3.5cm的穩(wěn)定類材料和中、粗粒式瀝青混合料和水泥混凝土；3、以瀝青混合料為例

影響瀝青混合料抗彎拉強度的因素，與抗拉強度相似。2、抗彎拉強度四、應(yīng)力——應(yīng)變特性1.無結(jié)合粒料（碎、礫石材料）的應(yīng)力—應(yīng)變特性三軸壓縮試驗結(jié)論：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、礫石材料的回彈模量值同材料的級配、顆粒形狀、密實度等因素有關(guān)。密實度越高，模量值越大；顆粒棱角多，模量高。四、應(yīng)力——應(yīng)變特性2.水泥混凝土和無機結(jié)合料混合料的應(yīng)力—應(yīng)變特性試驗方法有單軸試驗、三軸壓縮試驗、小梁試驗。其中最符合路面結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)的是三軸壓縮試驗。試驗結(jié)論：這類材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)出非線性。在應(yīng)力級位較低時（低于極限應(yīng)力的50%），應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線可近似看作是線性的。2.水泥混凝土和無機結(jié)合料混合料的應(yīng)力—應(yīng)變特性3.瀝青混合料的的應(yīng)力—應(yīng)變特性試驗方法：低溫下——單軸試驗、小梁試驗高溫下——三軸壓縮試驗進行三軸壓縮試驗，控制應(yīng)力不變：試驗結(jié)論：混合料中的瀝青具有依賴于溫度和加荷時間的粘一彈性性狀，瀝青混合料在荷載作用之下的應(yīng)力—應(yīng)變具有隨溫度和荷載作用時間而變化的特性。當(dāng)瀝青混合料受力較小，且力的作用時間十分短暫時，處于彈性狀態(tài)并兼有彈粘性性質(zhì)。當(dāng)瀝青混合料受力較大，且力的作用時間較長時，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出彈性，彈—粘性和彈—粘—塑性等不同性狀。3.瀝青混合料的的應(yīng)力—應(yīng)變特性瀝青混合料的勁度模量是在給定溫度和加荷時間條件下的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系參數(shù)。實質(zhì)上就是在特定溫度與特定加荷時間條件下的常量參數(shù)。由勁度試驗曲線可以看出：當(dāng)加荷時間短或溫度較低時，曲線接近水平，表明材料處于彈性狀態(tài)；中間過渡段，材料處于彈粘性狀態(tài)；當(dāng)加荷時間很長或溫度較高時，材料處于粘滯性狀態(tài)。測定方法：單軸壓縮，三軸壓縮或小梁試驗瀝青混合料的勁度模量是在給定溫度和加荷時間條件下的應(yīng)力—應(yīng)變§2-7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)的破壞圾限狀態(tài)有二類：1.路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)，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，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)；2.路面材料處于彈性工作狀態(tài)，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)微量損傷累積達到一定限度時，路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。兩者的共同點：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)?！?-7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)各種路面材料的工作狀態(tài)水泥混凝土路面：彈性工作狀態(tài)——出現(xiàn)疲勞破壞；無機結(jié)合料處治的半剛性路面材料：彈性狀態(tài)——疲勞破壞；粘土為結(jié)合料的碎、礫石路面：彈塑性狀態(tài)——塑性變形的累積。瀝青路面：在低溫環(huán)境中——彈性工作狀態(tài)——出現(xiàn)疲勞破壞，在高溫環(huán)境中——彈塑性工作狀態(tài)——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變形兩種極限狀態(tài)。各種路面材料的工作狀態(tài)一、累積變形1.碎、礫石混合料⑴級配良好的混合料當(dāng)偏應(yīng)力低于某一數(shù)值時，塑性變形會隨著重復(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，塑性變形量會隨著重復(fù)作用次數(shù)的增加而不斷增長，直至破壞。⑵級配不良、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。因此不宜用于修筑路面。⑶含有細(xì)粒過多的混合料，隨著密實度的下降和含水量的增多，也將使塑性變形量增大，因此不宜用于修筑路面。一、累積變形2.瀝青混合料試驗結(jié)果表明：在同一溫度條件下，控制累積應(yīng)變量的是加荷時間的總和，而不是重復(fù)作用的次數(shù)。影響累積變形的因素，除了溫度、應(yīng)力大小以及加荷時間之外，同集料的狀況也有關(guān)系。2.瀝青混合料二、疲勞特性疲勞：對于彈性狀態(tài)的路面材料承受重復(fù)應(yīng)力作用時，可能在低于靜載一次作用下的極限應(yīng)力值時出現(xiàn)破壞，這種材料強度的降低現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞破壞：疲勞的出現(xiàn)是由于材料微結(jié)構(gòu)的局部不均勻，誘發(fā)應(yīng)力集中而出現(xiàn)微損傷，在應(yīng)力重復(fù)作用之下微量損傷逐步累積擴大，終于導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，稱為疲勞破壞疲勞強度：出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)應(yīng)力值。疲勞極限：有些材料在應(yīng)力重復(fù)作用一定次數(shù)后，疲勞強度不再下降，趨于穩(wěn)定值，此穩(wěn)定值稱為疲勞極限。疲勞壽命：導(dǎo)致材料最終破壞的荷載作用次數(shù)。二、疲勞特性1．水泥混凝土及無機結(jié)合料處治的混合料（水硬性材料）的疲勞特性研究方法：對小梁試件施加重復(fù)應(yīng)力。繪制疲勞曲線——應(yīng)力比與重復(fù)作用次數(shù)的關(guān)系曲線應(yīng)力比：重復(fù)彎拉應(yīng)力與一次加載得出的極限彎拉應(yīng)力值之比。1．水泥混凝土及無機結(jié)合料處治的混合料（水硬性材料）的疲勞特由疲勞曲線得出的規(guī)律：⑴隨著應(yīng)力比的增大，出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)作用次數(shù)降低；⑵重復(fù)應(yīng)力級位相同時，的變動幅度較大，表明試驗結(jié)果離散，但其概率分布基本符合對數(shù)正態(tài)分布，因此，若要得到可靠的均值必須進行大量的試驗；⑶通過回歸分析，可得到描述應(yīng)力比與作用次數(shù)關(guān)系的疲勞方程。在半對數(shù)坐標(biāo)紙上，之間呈直線形，用式表征：⑷當(dāng)重復(fù)作用次數(shù)為時，應(yīng)力比，此時尚未發(fā)現(xiàn)有疲勞現(xiàn)象；⑸當(dāng)應(yīng)力比時，重復(fù)應(yīng)力施加的頻率對試驗結(jié)果（即疲勞方程）的影響很微小。由疲勞曲線得出的規(guī)律：2.瀝青混合料的疲勞特性⑴瀝青混合料疲勞特性的室內(nèi)試驗：小梁試件，進行反復(fù)彎曲疲勞試驗，圓柱形試件進行間接拉伸疲勞試驗。⑵兩種試驗方法①控制應(yīng)力試驗在試驗過程中保持荷載或應(yīng)力值始終不變。由于試件內(nèi)的微裂隙逐步擴展，材料的勁度不斷下降，因而荷載或應(yīng)力值雖然未變，而應(yīng)變量的增長速率卻不斷增大。材料的疲勞破壞以試件出現(xiàn)斷裂為標(biāo)志。2.瀝青混合料的疲勞特性②控制應(yīng)變試驗在試驗過程中不斷調(diào)節(jié)所施加的荷載或應(yīng)力值，使應(yīng)變量始終保持不變。在試驗中，材料的勁度不斷下降，維持相同應(yīng)變量所需要的應(yīng)力值不斷減小。不會出現(xiàn)明顯的疲勞破壞現(xiàn)象，可以以勁度模量下降到初始勁度模量的某一百分率（例如50%或40%）作為疲勞破壞的標(biāo)準(zhǔn)。在條件相同的試驗中（采用同一初始應(yīng)力和應(yīng)變），控制應(yīng)變試驗所得到的材料疲勞壽命比控制應(yīng)力試驗所得到的結(jié)果的大得多。②控制應(yīng)變試驗兩種試驗方法得出兩個相似的疲勞方程控制應(yīng)力試驗和控制應(yīng)變試驗得出的規(guī)律相反：控制應(yīng)力試驗隨著溫度的降低（勁度模量增大），材料的疲勞壽命增加。控制應(yīng)變試驗隨著溫度的升高（勁度模量降低），材料的疲勞壽命增加。兩種試驗方法得到不同的疲勞性狀，其原因可以用破壞機理的差異來說明。應(yīng)力集中點產(chǎn)生微裂隙后，在應(yīng)力控制試驗中，隨材料勁度的降低，裂隙迅速擴展；而在控制應(yīng)變試驗中，應(yīng)力不斷減小，裂隙擴展便延續(xù)很長時間，材料的勁度越低，延續(xù)的時間越長，于是勁度低的材料，其疲勞壽命長。兩種試驗方法得出兩個相似的疲勞方程⑶混合料組成對疲勞特性的影響從疲勞方程可明顯的看出，決定瀝青路面壽命長短的關(guān)鍵因素是路面材料所承受的最大主拉應(yīng)力或應(yīng)變值。主拉應(yīng)力或應(yīng)變值越大，出現(xiàn)疲勞破壞時所能經(jīng)受的反復(fù)作用次數(shù)越少。在相同的荷載級位下，材料的勁度大小對于所產(chǎn)生的主拉應(yīng)變值往往有決定性的影響。因而，混合料的勁度對于材料的疲勞特性也有關(guān)鍵性作用，任何影響混合料勁度的因素也同樣會影響到材料的疲勞特性。⑶混合料組成對疲勞特性的影響影響瀝青混合料疲勞壽命的因素因素因素變化勁度疲勞壽命應(yīng)力控制應(yīng)變控制荷載加荷速率增增增減加荷時間增減減增材料組成瀝青含量增增增——瀝青針入度增減減增集料類型增粗糙和棱角增增減集料級配由開式到密式增增影響可忽略空隙率增減減減環(huán)境溫度增減減增影響瀝青混合料疲勞壽命的因素因素因素變化勁度疲勞壽命應(yīng)力控制Monismith等提出的疲勞方程：影響瀝青混合料疲勞特性的因素：瀝青混合料的密實度、勁度、瀝青含量、集料特性、溫度及加載速度等。Monismith等提出的疲勞方程：3.Miner定律內(nèi)涵：各級荷載（應(yīng)力）作用下材料所出現(xiàn)的疲勞損壞可以線性疊加。現(xiàn)有荷載：各作用次后達到疲勞破壞實際作用次數(shù)分別為則材料達到的疲勞損壞程度為3.Miner定律提高路面的抗疲勞性能：一、合理的材料設(shè)計，使混合料達到最佳配合比和最大密度，使混合料具有較高的強度；二、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得各結(jié)構(gòu)層的層位與厚度達到理想的程度，在車輛荷載作用之下，確保結(jié)構(gòu)層的最大應(yīng)力和應(yīng)力比在控制范圍之內(nèi)。提高路面的抗疲勞性能：第二章行車荷載、

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

環(huán)境因素、材料的力學(xué)特性目的要求：課時：4學(xué)時授課內(nèi)容：一、行車荷載二、環(huán)境因素的影響三、土基的力學(xué)強度特性四、土基的承載能力五、路基的變形破壞與防治六、路面材料的力學(xué)強度特性七、路面材料的累積變形與疲勞特性課時：4學(xué)時重點：1、環(huán)境對路基路面使用性能的影響2、土基的力學(xué)特性3、路基的常見破壞4、路面材料的力學(xué)特性難點：1、土基的力學(xué)特性2、路面材料的力學(xué)特性教學(xué)方法：利用多媒體以課堂講授為主，結(jié)合課堂討論。重點：§2-1行車荷載考慮行車荷載的原因：1、路基路面的服務(wù)對象；2、對路基路面會造成結(jié)構(gòu)損傷。行車荷載的主要研究內(nèi)容：1、汽車的輪重與軸重；2、不同車型的車軸布置；3、設(shè)計期限內(nèi)，汽車的軸型分布及汽車年通過量的逐年變化；4、汽車的靜態(tài)荷載與動態(tài)荷載特性比較。§2-1行車荷載考慮行車荷載的原因：一、車輛的種類㈠客車1、小客車2、中客車3、大客車㈡貨車1、按載重量分為輕、中、重型貨車。2、按車身組合情況分為單一車和組合車。①單一車：整車或固定車身類②組合車：牽引車+全掛車（本身無動力，獨立承載，依靠其他車輛牽引行駛）牽引車+半掛車

（本身無動力，與主車共同承載，依靠主車牽引行駛）一、車輛的種類二、車輛的軸型㈠整車前軸：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。㈡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；半掛車的車軸置于車輛重心后面，可由單軸和多軸組成，各軸則由一對單輪、一對雙輪或兩對雙輪組組成，視載重大小的需要而定?！覈放c城市道路路面設(shè)計規(guī)范中均以雙輪組單軸載100KN作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸重。二、車輛的軸型三、汽車對道路的靜態(tài)壓力㈠大小與分布1、大?。孩牌囕喬サ膬?nèi)壓力pi；

接觸壓力與輪胎內(nèi)壓力的關(guān)系：靜止的車輪p=(0.8～0.9)pi滾動的車輪p=(0.9～1.1)pi

◆最后取輪胎的內(nèi)壓力作為接觸壓力⑵輪胎的性質(zhì)和輪胎與路面接觸的形態(tài)；⑶輪載的大小P。2、分布：實際不均勻，簡化成均勻分布。三、汽車對道路的靜態(tài)壓力

㈡輪胎與路面的接觸面形狀實際橢圓形→簡化成當(dāng)量圓當(dāng)量圓：為了便于計算，將投影面積用一個面積相等的圓來代替，這個圓即為當(dāng)量圓。分兩種情況進行簡化：1、對于單輪組車軸：

㈡輪胎與路面的接觸面形狀2、對于雙輪組車軸單圓荷載雙圓荷載我國現(xiàn)行路面設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100的P=100/4kN=25kN，p=700kPa，分別代入上式計算，得到相應(yīng)的當(dāng)量圓直徑：d100=0.213m，D100=0.302m。2、對于雙輪組車軸請計算下表中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量圓直徑(包括單圓和雙圓圖式)。

汽車后軸資料后軸數(shù)輪組數(shù)后軸總重輪壓輪載接觸面積當(dāng)量圓直徑KNKpaKN單圓圖示雙圓圖示1123500－－12605001210070022220700請計算下表中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量圓直徑(包括單圓和雙圓當(dāng)量圓直徑輪載接觸面積KN單圓圖示雙圓圖示11.5230－－1560027.619.52571430.221.327.578631.622.4當(dāng)量圓直徑輪載接觸面積KN單圓圖示雙圓圖示11.5230－－四、運動車輛對道路的動態(tài)影響1.水平力⑴方向等速、上坡、加速→向后的水平力；下坡、減速→向前的水平力；彎道上→側(cè)向水平力。⑵大小：車輛在啟動或制動時水平力很大。純行駛過程中：水平力=滾動摩阻系數(shù)×車輪的垂直壓力制動抱死時：水平力=滑動摩阻系數(shù)×車輪的垂直壓力Q＜Qmax=pφ=制動抱死時作用在路面上的水平力四、運動車輛對道路的動態(tài)影響⑶分布：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。⑷影響：面層材料抗剪強度不足時，在水平荷載作用下，會產(chǎn)生推移，擁包，波浪、車轍等破壞。⑶分布：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2.垂直壓力：大小和位置均變化的移動荷載輪載動態(tài)變化的影響因素：車速、路面平整度、車輛的振動特性。沖擊系數(shù)：振動輪載的最大峰值與靜載之比。設(shè)計路面時：瀝青路面以靜輪載作為設(shè)計荷載水泥混凝土路面以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計荷載。2.垂直壓力：大小和位置均變化的移動荷載3.車輛荷載作用的重復(fù)性彈性材料：疲勞破壞即材料的強度將隨荷載重復(fù)次數(shù)的增加而降低彈塑性材料：累積變形3.車輛荷載作用的重復(fù)性4.瞬時性當(dāng)行車速度由時速3.2公里提高到56公里時,瀝青路面總彎沉減少36%；當(dāng)行車速度由時速3.2公里提高到96.7公里時,水泥混凝土路面的板角撓度和板邊應(yīng)變量減少29%左右。動荷載作用下的路面變形量的減小可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強度的相對增大。4.瞬時性5.真空吸力車輛行駛時在車輪的后方與路面之間形成暫時的真空而對路面產(chǎn)生真空吸力，真空吸力主要對材料粘結(jié)力差的中、低級砂石路面起作用，導(dǎo)致路面骨料松動，路面結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生破壞。5.真空吸力五、交通分析

1、交通量交通量是指在單位時間內(nèi)，通過道路某一斷面的交通實體數(shù)。交通當(dāng)量是把不同車型的交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型的交通量。標(biāo)準(zhǔn)車種是占交通量比例最大的車種。美國和日本：小汽車中國：小汽車或中型載重汽車五、交通分析初始年平均日交通量t年后的年平均日交通量設(shè)計年限內(nèi)累計交通量車道交通量=行車道交通量×方向系數(shù)×車道系數(shù)方向系數(shù)一般情況下，取0.5，但有些道路有可能出現(xiàn)一個方向的車輛明顯多于另一個方向的情況，這時需要通過調(diào)查后確定其數(shù)值。

。車道系數(shù)：慢車道的交通量除以該方向交通量。

初始年平均日交通量在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過調(diào)查分析確定初始年平均日交通量，調(diào)查有兩種：一、通過現(xiàn)有的交通流量觀測站的調(diào)查資料獲得二、尚未設(shè)站的道路，臨時布站進行觀測進行交通流量調(diào)查時，將車輛分為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、大中型拖拉機、自行車、人力車和畜力車。

在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過調(diào)查分析確定初始年平均日交通量，調(diào)查有2.標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載一般要求對路面結(jié)構(gòu)的影響較大、同時又能反映本國公路運輸運營車輛的總體軸載水平。我國根據(jù)公路運輸運營車輛的實際，規(guī)定公路與城市道路設(shè)計均以雙輪組單軸軸載100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。

2.標(biāo)準(zhǔn)軸載3.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，要達到相同的疲勞損壞程度。

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)，并累加后即可得到日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。設(shè)計年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù)

3.軸載等效換算原則§2-2環(huán)境因素影響周圍環(huán)境變化↓路基路面結(jié)構(gòu)的溫度和濕度狀況變化↓路基路面隨溫度、濕度的增加強度與剛度下降脹縮變形受阻產(chǎn)生溫度、濕度應(yīng)力§2-2環(huán)境因素影響周圍環(huán)境變化一、溫度對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↓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，但由于吸收部分太陽輻射，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)?！嗷炷谅访妗r青路面受影響一、溫度對路面的影響溫度對路面的影響溫度對路面的影響

二、溫度變化預(yù)測

影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素：外部－氣溫、太陽輻射、云量、風(fēng)速、降水量；內(nèi)部－路面材料導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等。

路面溫度預(yù)測統(tǒng)計法：實測溫度+氣象資料→回歸局限性強理論法：熱傳導(dǎo)理論→預(yù)估方程參數(shù)難以確定，假設(shè)太多。二、溫度變化預(yù)測車輪荷載應(yīng)力：

路基自重應(yīng)力：

路基任意點：

§2-3土基的受力與強度一、路基受力狀況車輪荷載應(yīng)力：路基自重應(yīng)力：路基任意點：§2-3土基二、路基工作區(qū)1、定義：在路基某一深度Za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，僅為1/10~1/5時，該深度Za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。2、路基工作區(qū)深度式中：P—一側(cè)輪重；K—系數(shù)，取0.5；n—系數(shù)，5～10。該深度Za隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強度和厚度的增加而減小。二、路基工作區(qū)工作區(qū)內(nèi)：強度、穩(wěn)定性重要，壓實度提高。

工作區(qū)內(nèi)：強度、穩(wěn)定性重要，壓實度提高。三、路基土的應(yīng)力-應(yīng)變特性1、土的特性⑴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。壓入承載板試驗測得的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線：圖中的曲線變化大致可分3個階段：Ⅰ階段---彈性變形階段Ⅱ階段---塑性變形階段Ⅲ階段---破壞階段結(jié)論：非線性三、路基土的應(yīng)力-應(yīng)變特性⑵彈塑性⑶流變特性變形量隨荷載持續(xù)時間的延長而增大，以后逐漸趨向穩(wěn)定。2、公路對于土的考慮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：⑵彈塑性⑵彈塑性⑶流變特性變形量隨荷載持續(xù)時間的延長而增大，以后逐漸趨向穩(wěn)定。2、公路對于土的考慮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，即將土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線上某點的切線斜率或某一范圍的割線斜率作為土基的模量。初始切線模量切線模量割線模量回彈模量⑵彈塑性四、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，最終可導(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，但是不會產(chǎn)生引起土體整體破壞的剪切面，土基被壓實而穩(wěn)定；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，最后達到破壞階段，土基失去支承荷載的能力。四、重復(fù)荷載作用下土基的變形特性§2-4土基的強度指標(biāo)一、土基的回彈模量1、適用范圍：彈性半空間體地基（一般柔性路面采用），參數(shù)有回彈模量E和泊松比μ。2、測定方法：⑴柔性承載板法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（r=0）在柔性承載板邊緣處（r=a）

§2-4土基的強度指標(biāo)一、土基的回彈模量⑵剛性承載板法一般直徑為30cm承載板下土基頂面的撓度為等值板底接觸壓力則隨r值而變化，呈鞍形分布

⑵剛性承載板法一般直徑為30cm二、地基反應(yīng)模量1、適用范圍：溫克勒地基模型2、定義：假定土基頂面任一點的彎沉僅同該點的垂直壓力成正比，而與其他相鄰點處的壓力無關(guān)。即地基可以認(rèn)為有許多彈簧組成。地基反應(yīng)模量K=p/l3、測定方法：承載板法—與回彈模量的測試方法相似，區(qū)別在于是一次加荷到位，承載板半徑不同，為76cm。兩種加載方法：當(dāng)?shù)鼗^為軟弱時，控制彎沉值為0.127cm若地基較為堅硬，控制單位壓力為p=70kpa

二、地基反應(yīng)模量三、加州承載比CBR定義：早年由美國加利福尼亞州提出的一種評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)，它們的相對比值即為CBR值。測定方法：標(biāo)準(zhǔn)壓頭——面積為19.35平方厘米加載速率——0.127cm/min記錄每壓入0.254cm時的單位壓力p值，直至壓入變形量達到1.27cm時為止。對應(yīng)貫入深度為0.254cm或0.508cm，取CBR值大者。

三、加州承載比CBR§2-5路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害1．路堤變形破壞1）路堤沉陷2）邊坡溜方及滑坡3）路堤沿地基滑動2．路塹變形破壞1）邊坡剝落與碎落2）邊坡滑坍和崩塌3．特殊地質(zhì)水文條件下的破壞§2-5路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害1．路堤變形破壞1）路堤沉陷定義：路堤沉陷是指路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落。1．路堤變形破壞原因：A．路堤因填料選擇不當(dāng)，填筑方法不合理，壓實不足，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，土中有未經(jīng)打碎的大土塊或凍土塊等。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，亂石中空隙很大，在一定期限內(nèi)（例如經(jīng)過一個雨季）亦可能產(chǎn)生明顯下沉。C．原地面比較軟弱，有軟土、泥沼或不密實的松土存在，承載能力極低，路基修筑前未經(jīng)處理，在路基自重作用下，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。路基路面工程第二章全解課件2）邊坡溜方及滑坡---最常見的路基病害溜方：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。主要是由于流動水沖刷邊坡或施工不當(dāng)而引起的?；拢郝返踢吰峦馏w在重力作用下沿某一滑動面發(fā)生剪切破壞。主要原因有：A．邊坡過陡；B．不正確地應(yīng)用傾斜層次的方法填筑；C．含水量過大，土體粘聚力和內(nèi)摩阻力降低；D．坡腳被水沖刷。2）邊坡溜方及滑坡---最常見的路基病害3）路堤沿山坡滑動：整個路基沿傾斜的原地面向下滑動。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、鑿毛或人工挖臺階，坡腳又未進行必要的支撐，特別是受水的潤滑時，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動。3）路堤沿山坡滑動：整個路基沿傾斜的原地面向下滑動。2．路塹變形破壞1）邊坡剝落與碎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，新的又不斷產(chǎn)生。碎落是巖石碎塊的一種剝落現(xiàn)象，其規(guī)模與危害程度比剝落嚴(yán)重。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，在脹縮、震動及水的浸蝕與沖刷作用下，塊狀碎石沿坡面向下滾落。如果落下的巖塊較大，以單個或多塊落下，此種碎落現(xiàn)象稱為落石或墜落。特點：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，亦會威脅到行人和行車的安全，有時還會引起其他路基病害。2．路塹變形破壞2）邊坡滑坍和崩塌滑坍是指路基邊坡土體或巖石，沿著一定滑動面整體向下滑動，其規(guī)模與危害程度較碎落更為嚴(yán)重，有時滑動體可達數(shù)百萬以上，造成嚴(yán)重堵車。產(chǎn)生滑坍的主要原因是邊坡較高，坡度較陡（大于50度），缺少應(yīng)有的支擋和加固。挖方巖層對公路呈順向坡，巖層傾角在50-75度之間，夾有軟弱和透水的薄層或巖石嚴(yán)重風(fēng)化等，在水的浸蝕和沖刷作用下，形成滑動面致使失去平衡產(chǎn)生滑坍。2）邊坡滑坍和崩塌崩塌是整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。主要原因是巖體風(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。與滑坍的主要區(qū)別在于崩塌無固定滑動面，亦無下挫現(xiàn)象，即坡腳線以下無移動現(xiàn)象。崩塌體的各部分相對位置在移動過程中完全打亂，其中較大石塊翻滾較遠(yuǎn)，邊坡下部形成倒石堆或巖堆。崩塌是整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。3．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)重冰凍等，均能導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。3．不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞二、路基破壞原因綜合分析1．不良的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件2．不利的水文與氣候因素3．設(shè)計不合理4．施工不合規(guī)定地質(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。

二、路基破壞原因綜合分析三、路基病害防治1．正確設(shè)計路基橫斷面。2．選擇良好的路基用土填筑路基。3．采取正確的填筑方法，保證達到規(guī)定的壓實度。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入路基工作區(qū)范圍。5．正確進行排水設(shè)計。6．必要時設(shè)計隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積，砂墊層以疏干土基。7．采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、上體加筋等防護技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。

三、路基病害防治§2-6路面材料的力學(xué)強度特性路面所用的材料，按其不同的形態(tài)及成型性質(zhì)大致可分為三類：(1)松散顆粒型材料及塊料：各種集料、塊狀石料、混凝土預(yù)制塊(2)瀝青結(jié)合料類：石油瀝青、乳化瀝青、改性瀝青(3)無機結(jié)合料類（水硬性材料）：水泥、石灰、工業(yè)廢渣§2-6路面材料的力學(xué)強度特性路面所用的材料，按其不同的形成型方式

(1)密實成型方式即密實級配法例如瀝青類路面①材料要求：集料和瀝青按最大密實原則進行配和。②強度構(gòu)成：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。③典型路面類型：瀝青混凝土路面。成型方式(1)密實成型方式即密實級配法(2)嵌擠成型方式例如瀝青類路面①材料要求：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，并把集料黏結(jié)成為一個整體。②強度構(gòu)成：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，而對瀝青的黏結(jié)作用依賴性不大。③典型路面類型：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。(2)嵌擠成型方式(3)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，具有一定強度和穩(wěn)定性。常用的外摻劑有石灰、水泥和瀝青三種。常用的穩(wěn)定土路面有石灰土、水泥土和瀝青土三種。穩(wěn)定土路面的力學(xué)特性主要是它具有板體性、較高的抗彎拉強度和良好的水穩(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。(3)穩(wěn)定成型方式強度是指材料達到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時所能承受的最大荷載或應(yīng)力。一、抗剪強度定義：為材料受剪時的極限或最大應(yīng)力。原因：車輛行駛，特別是剎車時會產(chǎn)生較大的水平力，即剪力。抗剪強度不足會產(chǎn)生如下破壞：⑴面層厚度較薄，土基中剪應(yīng)力過大，土基中剪切破壞⑵面層剪切破壞，造成推移破壞。⑶無結(jié)合料的粒料基層剪切破壞。公式：測定：直剪試驗或三軸壓縮試驗強度是指材料達到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時所能承受的最大荷載或應(yīng)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。粘結(jié)力;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。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)力以及瀝青膜之間的粘滯阻力共同形成抗剪強度。與抗剪強度有關(guān)的因素：⑴瀝青的粘度⑵瀝青用量⑶溫度和剪切速率⑷細(xì)料

內(nèi)摩阻力：一部分由礦料之間在外力作用下產(chǎn)生的表面摩擦作用引起二、抗拉強度原因：溫縮、干縮，及車輪緊急制動，車輪后側(cè)的路面受到較大的拉應(yīng)力。1、路面結(jié)構(gòu)層因抗拉強度不足而產(chǎn)生破壞：瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時產(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，產(chǎn)生明顯的干縮，這些收縮變形受到約束阻力時，將在結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉力，當(dāng)材料的抗拉強度不足以抵抗上述拉應(yīng)力時，路面結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生拉伸斷裂。二、抗拉強度2、抗拉強度路面材料的抗拉強度由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供。采用直接拉伸或間接拉伸試驗，測繪應(yīng)力一應(yīng)變曲線，取曲線的最大應(yīng)力值為抗拉強度。直接拉伸試驗：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，測定試件在各級拉應(yīng)力下的應(yīng)變值。間接拉伸試驗：即劈裂試驗。其測試方法較簡單，將材料做成較矮的圓柱形試件，測試時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。2、抗拉強度3、以瀝青混合料為例

在常溫條件下，瀝青混合料的抗拉強度，在一定范圍內(nèi)隨瀝青含量和施荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的增加而下降。此外，增加混合料拌和及壓實溫度，增加礦粉含量，都有助于提高其抗拉強度。在低溫（負(fù)溫）條件下，隨針入度和溫度的降低而下降。3、以瀝青混合料為例三、抗彎拉強度原因：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，需要有抗彎拉強度。1、路面結(jié)構(gòu)層因抗彎拉強度不足而產(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)。由車輪荷載引起的彎拉應(yīng)力超過材料的抗彎拉強度時，路面會產(chǎn)生彎曲斷裂。三、抗彎拉強度2、抗彎拉強度路面材料的抗彎拉強度，通過簡支小梁試驗評定。根據(jù)材料組成情況，可做成三種小梁：

⑴4cm×4cm×24cm，測試時支點的跨度為15cm，可用于石灰（或水泥）穩(wěn)定土和瀝青砂；⑵10cm×10cm×40cm，測試時支點的跨度為30cm，用于最大粒徑為2.5cm的穩(wěn)定類材料和中、細(xì)粒式瀝青混合料；⑶15cm×15cm×55cm，測試時支點的跨度為45cm，用于最大粒徑為3.5cm的穩(wěn)定類材料和中、粗粒式瀝青混合料和水泥混凝土；3、以瀝青混合料為例

影響瀝青混合料抗彎拉強度的因素，與抗拉強度相似。2、抗彎拉強度四、應(yīng)力——應(yīng)變特性1.無結(jié)合粒料（碎、礫石材料）的應(yīng)力—應(yīng)變特性三軸壓縮試驗結(jié)論：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、礫石材料的回彈模量值同材料的級配、顆粒形狀、密實度等因素有關(guān)。密實度越高，模量值越大；顆粒棱角多，模量高。四、應(yīng)力——應(yīng)變特性2.水泥混凝土和無機結(jié)合料混合料的應(yīng)力—應(yīng)變特性試驗方法有單軸試驗、三軸壓縮試驗、小梁試驗。其中最符合路面結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)的是三軸壓縮試驗。試驗結(jié)論：這類材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)出非線性。在應(yīng)力級位較低時（低于極限應(yīng)力的50%），應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線可近似看作是線性的。2.水泥混凝土和無機結(jié)合料混合料的應(yīng)力—應(yīng)變特性3.瀝青混合料的的應(yīng)力—應(yīng)變特性試驗方法：低溫下——單軸試驗、小梁試驗高溫下——三軸壓縮試驗進行三軸壓縮試驗，控制應(yīng)力不變：試驗結(jié)論：混合料中的瀝青具有依賴于溫度和加荷時間的粘一彈性性狀，瀝青混合料在荷載作用之下的應(yīng)力—應(yīng)變具有隨溫度和荷載作用時間而變化的特性。當(dāng)瀝青混合料受力較小，且力的作用時間十分短暫時，處于彈性狀態(tài)并兼有彈粘性性質(zhì)。當(dāng)瀝青混合料受力較大，且力的作用時間較長時，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出彈性，彈—粘性和彈—粘—塑性等不同性狀。3.瀝青混合料的的應(yīng)力—應(yīng)變特性瀝青混合料的勁度模量是在給定溫度和加荷時間條件下的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系參數(shù)。實質(zhì)上就是在特定溫度與特定加荷時間條件下的常量參數(shù)。由勁度試驗曲線可以看出：當(dāng)加荷時間短或溫度較低時，曲線接近水平，表明材料處于彈性狀態(tài)；中間過渡段，材料處于彈粘性狀態(tài)；當(dāng)加荷時間很長或溫度較高時，材料處于粘滯性狀態(tài)。測定方法：單軸壓縮，三軸壓縮或小梁試驗瀝青混合料的勁度模量是在給定溫度和加荷時間條件下的應(yīng)力—應(yīng)變§2-7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)的破壞圾限狀態(tài)有二類：1.路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)，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，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)；2.路面材料處于彈性工作狀態(tài)，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)微量損傷累積達到一定限度時，路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。兩者的共同點：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)?！?-7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)各種