第1.1 1.3 1.2 1.4节及路基稳定幻灯片.ppt

第一章绪论 1 1道路发展概况1 1 1国内道路工程发展中国从修建牛 马车路到建成现代化的公路网的发展过程 大体可划分为古代道路 近代道路和现代公路三个时期 中国古代道路 公元前21世纪 公元1911年 早在公元前2000年前 中国已有可以行驶牛 马车的道路 唐代是中国古代道路发展的极盛时期 初步形成以城市为中心的四通八达的道路网 中国近代道路 1912 1949年 自20世纪初汽车输入中国以后 通行汽车的公路开始发展起来 从推翻清朝建立中华民国到中华人民共和国成立是中国近代道路发展的时期 但发展缓慢 并屡遭破坏 原有的马车路 有的也可勉强通行汽车 和驮运道仍是多数地区的主要交通设施 中国现代公路 1949 1983年 中华人民共和国成立以后 中国公路建设进入了逐步现代化的时期 中国现代公路科学技术取得了巨大的进步 在路面工程方面创立和发展了泥结碎石路面和砂石路面的养护 改善技术 发展了石灰稳定土路面基层 研究利用国产多蜡渣油和沥青修筑了高级 次高级路面 使公路行车条件大大改善 1 1 2国外道路工程发展 特雷萨盖于1764年发明新的筑路方法 被法国尊称为现在道路建设之父 特尔福德于1815年采用大石块基础路面结构 次年马克当采用碎石路面 沿用至今 国外高速公路的发展趋势 1 2路基路面工程特点 公路一般分为路基工程 防护与加固工程 排水工程 路面工程 隧道工程 桥梁工程 交通安全设施和绿化工程等 路基路面工程特点 一级区划大范围地理地貌差异划分全国为7个一级自然区标志 全年均温 2 C等值线 一月份0 C均温等值线 1000m 3000m两条等高线 黄土高原的筑路特殊性 1 4行车荷载与交通分析 1 4 1行车荷载 车辆种类汽车对道路的静力作用汽车对道路的动力作用汽车对道路的水平力作用 一 车辆的种类 道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类 客车又分为小客车 中客车与大客车 货车又分为整车 牵引式挂车和牵引式半挂车 汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴 再传递到车轮 最终由轮胎传递到路面 因此 路面结构设计主要以轴重或者轮压来进行控制 二 汽车对道路的静力作用 1 轴载 轴型分布 单轴单轮 单轴双轮 双轴单轮 双轴双轮 多轴多轮 二 汽车对道路的静力作用 2 汽车的轴型 二 汽车对道路的静力作用 2 汽车的轴型 汽车的轮压与压圆 二 汽车对道路的静力作用 二 汽车对道路的静力作用 三 汽车对道路的水平力作用 道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力外 还施加水平力和振动力 对路面固定点而言 这种影响又具有瞬时性和重复性 车轮作用于路面的垂直压力与水平压力a 停驻 b 启动 一般行驶 加速 c 减速 制动 d 转向 三 汽车对道路的水平力作用 1 水平力 行车安全要求qmax p 其中 为路表与车轮的附着系数 它同路面类型与湿度以及行车速度有关 路表层水平力过大易导致推挤 拥包 波浪及车辙等病害 三 汽车对道路的水平力作用 2 振动力 振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数 设计路面时 应以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载 3 瞬时作用及重复 路面点的车轮作用时间约为0 01 0 10s 结构变形来不及呈现 瞬时作用利于结构 但多次重复作用又易使其疲劳 三 汽车对道路的水平力作用 1 4 2交通分析 交通量统计和预测标准轴载和轴载换算 一 交通量统计和预测 初始年平均日交通量N1 设计年限内累计交通量 设计年限内一个车道内的累计交通量 交通流量观测站观测数据 二 标准轴载和轴载换算 等效换算 原则 同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度双轮组单轴Bzz 100 第五节影响路基路面稳定性的因素 路基路面的稳定性指在使用期内 在荷载 温度 水等因素的影响下能够保证完好的整体性 而不发生过大的变形和沉降 第五节影响路基路面稳定性的因素 自然因素人为因素 1 5 1自然因素 1 5 2人为因素 第三节路基的荷载与变形 路基受力与工作区重复荷载对路基的影响土基的力学强度指标路基的变形和破坏 一 路基受力与工作区 路基工作区 在路基某一深度处 当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小 仅为10 20 时候 该深度范围内的路基称为路基工作区 二 重复荷载对路基的影响 塑性变形 颗粒靠拢 压密稳定剪切变形 积累 剪切破坏 三 土基的力学强度指标 弹性半空间地基模型 E u温克勒地基模型 K加州承载比 CBR值 三 土基的力学强度指标 1 土基回弹模量回弹模量能较好地反映土基所具有的部分弹性性质 可以用回弹模量表示土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质 我国公路水泥混凝土路面 沥青路面设计方法都以回弹模量E作为土基的刚度指标 三 土基的力学强度指标 1 土基回弹模量 三 土基的力学强度指标 2 地基反应模量文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程师文克勒 Winkler 1876年提出的 其基本假定是地基上任一点的弯沉仅与作用于该点的压力p成正比 而与相邻点处的压力无关 三 土基的力学强度指标 2 地基反应模量直径76cm的刚性板测定 当地基较软弱时 取l 0 127cm时相对应的压力p计算地基反应模量 当地基较为坚硬时 取单位压力p 0 07MPa时相对应的弯沉值l计算地基反应模量 三 土基的力学强度指标 3 加州承载比加州承载比CBR是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法 承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征 并采用标准碎石的承载能力为标准 以相对值的百分数表示CBR值 三 土基的力学强度指标 3 加州承载比 浸泡四天 用标准压头 以0 127cm min的速度压入土中 记录每贯入0 254 时的单位压力 直至压入到1 27 时为止 四 路基病害类型及原因和防止措施1 病害类型 1 剥落和溜方 剥落 溜方 2 崩塌 3 坍塌 塌方 4 滑坡 5 滑移 崩塌 坍塌 滑坡 滑移 6 沉落 7 沉陷 8 冻胀和翻浆2 路基损坏原因分析 1 内部原因 2 外部原因 3 施工质量不佳 设计参数不合理结论 1 处理好地基 2 选择稳定性好的边坡并进行加固 3 选择好填料 充分压实 4 防水 防冻设计 沉落 沉陷 第四节路面材料的力学特征 路面材料按形态和成型性质分为三类 1 松散颗粒型材料及块料密实型2 沥青结合料类嵌挤型3 无机结合料类稳定型一 力学强度特性1 抗剪强度 剪切破坏 1 路面结构层厚度较薄 总体刚度不足2 无机结合料基层层位不合理 内部剪力过大3 面层结构的材料抗剪强度较低 高温条件下沥青面层 沥青材料抗剪 沥青的粘度 用量多 下降 试验温度 加荷的速率有关 2 抗拉强度 气温变化收缩 湿度变化干缩产生拉应力抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供试验 直接拉伸试验 圆柱型试件 变形传感器 应力 应变值 劈裂试验 间接拉伸 圆柱型试件 压条 试件开裂破坏 水泥混凝土劈裂抗拉强度采用边长150mm的立方体试件 试验 简支小梁试验评定 三分点加载 3 抗弯拉强度水泥混凝土 沥青混合料及半刚性路面材料修筑的结构层 车辆的荷载作用下处于受弯曲工作状态 二 路面材料的累积变形路面结构在荷载重复应力作用下 可能出现破坏极限状态有两类 累积变形 疲劳特性第一类 弹塑性工作状态 塑性变形累积到一定限度 累积变形 第二类 弹性工作状态 内部微量损伤累积扩大 导致疲劳断裂破坏 疲劳破坏 共同点 破坏极限的发生不仅同荷载应力大小有关 而且同荷载应力作用次数有关 水泥混凝土路面 弹性工作状态 疲劳破坏 沥青路面 低温 弹性状态 疲劳破坏 高温 弹塑性状态 累积变形形成车辙 沉陷等 半刚性路面 无机结合料 早期 弹塑性 后期 弹性 疲劳破坏 以黏土为结合料的碎砾石路面 弹塑性状态 累积变形 1 累积变形1 碎 砾石混合料2 沥青混合料 2 疲劳特性 水泥混凝土及无机结合料处置的混合料 沥青混合料的疲劳特征 疲劳破坏 路面材料在低于极限抗拉强度下经受重复拉应力或拉应变而最终导致破坏 疲劳寿命 导致路面材料最终破坏 即开始疲劳开裂 的荷载作用次数 1 影响沥青混合料疲劳