《路基路面工程》重点难点分析

第一章总论1-1道路工程发展概述一、古道发展概述1.道路：4000多年前：汽车和行车道相：反向传输西周：以城市为中心秦国：大修，直线信：车站亭子三万处唐：长安中心的帖子网络晚清：简陋的道路建设1912-1949: 13万公里，8万公里。2.铺面结构：中国古代：石头、石头和板岩欧洲：石材20世纪：形成新的学术领域二、中国地下包装工程成果1.道路自然分区：7区2.土壤的工程分类：红土、粗土、细土和特殊土地下强度和稳定性：以弹性模量作为评价路基强度和稳定性的力学指标。高路堤施工技术及支护结构：软土地基稳定性技术：岩石地下爆破技术：沥青路面结构：20世纪60年代初，用国产沥青修路的序幕拉开了。早期沥青路面薄层表面处理层。20世纪70年代末，以渗透路面为主的沥青路面内力结构逐步形成。80年代末，使用了总厚度超过70厘米的重沥青路面结构。形成了整个沥青路面技术。水泥混凝土路面结构：20世纪70年代中期，使用了水泥混凝土路面结构。在我国，对水泥混凝土路面结构的丁整技术正在形成。9.柔性路面设计理论和方法：在力学理论的基础上，建立了多圆载荷弹性力学多层结构的分析系统。10.刚性路面设计理论和方法：在力学的基本理论中，使用分析方法和有限元方法建立弹性力学层结构、弹性基板体结构模型。11.半刚性路面结构：的主要结构样式。12.包装性能和表面特性：包装的平整度、损伤程度、承载能力及防滑特性。13.包装维护：包装管理网络系统、项目和网络级别优化管理决策三、引人关注的领域1.材料科学：材料微结构研究，复合材料研究。2.岩土工程：土力学、岩石力学、地质学、土壤学、水文学地质学等。3.结构分析理论：设计从经验转向主演，以结构分析理论为主。机电工程：建筑设备性能和施工技术。5.自动控制和测量技术：在施工过程中严格控制各种指标。6.现代经营科学：跟踪、收集、存储、处理、定期评估和预测大规模管理系统、区域范围内路面工程各个阶段的信息。1-2地下路面工程的特点1.路基定义：根据自然地面的道路设计线(位置)和设计横断面(几何图形大小)的要求挖掘或堆叠的地面结构。2.路面定义：路面上运行部分用各种混合物包装的分层结构。3.特性：路基是路面结构的基本，路面结构层的存在又保护路基。路基路面互补。路基及路面施工数量给人留下很深的印象。路面结构在道路成本中所占的比重达到了30%左右。路基路面是确定路基及路面工程复杂多变特性的线性工程。一、承载能力整个路基路面结构及其组件需要适合运行载荷的承载能力。结构承载能力包括强度和刚度。强度可抵抗车轮载荷引起的不同部分的各种应力。刚度在车轮载荷下不会发生过度变形。第二，稳定性1.在地面上挖掘或填充，在原地改变层结构。2.大气降水改变路基路面结构内部的湿度状态。3.大气温度的周期性变化对路面结构的稳定性有重要影响(如霜霜、翻转)。三、耐久性路基路面工程从规划、设计、施工到开通需要很长时间，因此路基路面工程必须具有耐久性。四、路面平整度影响交通安全、行车方便性和运输效率的重要使用性能。第五，防滑特性：摩擦系数。影响地下路面稳定性的1-3因素1.地理条件：沿道路的地形、地形和高程平原地势平坦，路基必须保持一定的最小填充高度。地质条件：气候条件：温度、降水、湿度4.水文和水文地质条件：河流洪水水位、恒定水位土壤类别：不同的土壤类别具有不同的工程特性。1-4路基土分类1.土壤的分类公路土壤的工程性质巨型土壤：高强度，稳定。碎石混合物：强度、稳定性满足要求。沙子：非塑料，压缩困难。砂土：粗糙、细颗粒适宜、理想材料。粉土：粉土颗粒，强毛细效应。要改善使用。粘土质：细颗粒含量重粘土：1-5度自然区域一、高速公路自然区划原则1.道路工程特性相似性原则2.地表气候的区域差异原则3.自然气候因素具有综合而主导的作用原理二、高速公路自然部门我国的道路自然部门分为三个等级。1.主要区域：7个主要区域 北部永久冻土； 东部温暖季节冰冻地区； 黄土高原干湿转移区 东南部湿热地区； 西南潮汐区；3354西北干旱区； 青藏高山地带。2.第二区：根据湿气系数k，全国分为33个第二区和18个第二区。3.第三分区：(1)根据数列、地理、地形，分为几个类似的区域单位。(2)根据曲面的地形、水文、土质划分为不同类型的单元。1-6路基水温状况及干湿类型一、地下湿度源(1)大气降水；(2)地表水；(3)地下水；(4)毛细管数；(5)水蒸气冷凝液；(6)胶片移动水。二、大气温度对路基水温的影响冻胀：路基准深度出现较大的温度梯度时，水分受温差的影响，从热向冷的地方移动到液体或气体，堆积在原地。这种现象在季节冻结地区尤为严重。积聚的水结冰时体积增加，路基隆起导致表面出现裂缝，即结霜的现象。如果反转：春暖机，路面和地下层结构将从上到下逐渐解冻，而地下层上层堆积的水分首先融化，水分很难迅速消失，因此路基上层湿度升高，路基结构的承载能力将大幅降低。重车反复作用，路基路面结构会引起更大的变形，路基土会从膨胀的路面缝隙中涌出到泥浆中爆裂。三、路基干湿类型1.湿式和干式状态干燥、重湿、潮湿和过度潮湿。路基应处于干燥或中等湿状态。2.边界基准湿式和干式类型分为边界一致性wc1、wc2和wc3。一致性WC定义了：土壤的含水量w和土壤的液体极限wl的差异，以及土壤的塑料极限WP和液体极限差异wL的比例。也就是说Wc=(wL- w)/(wL- wp) (1.1)确定道路干湿类型：1)对于原始道路，是不利的季节，由路基下80厘米深度范围内路基土的平均一致性决定。2)对于新道路，路基临界高度由标准确定。路基临界高度：边界一致性对应的路基远离地下水水位或地表水的高度称为路基临界高度h。1-7包装结构和层功能一、铺面横断面1.凹槽横截面2.整个铺面横断面二、路拱横向坡度路拱：横向坡度：导引，排水三、包装结构分层和层功能1.收尾特征：直接同行车和大气接触，承受大行驶负荷的垂直力、水平力、冲击的作用，受降水侵蚀和气温变化的影响。要求：结构强度高，抗变形能力强，水稳定性好，温度稳定，耐磨，抗渗透；表面要有优秀的防滑性和完整性。材料：水泥混凝土、沥青泥、沥青碎石混合、碎石或碎石混合或非混合混合物、砌块材料等。分层：分为两层或三层。水泥混凝土路面也是上下两层铺的。2.基层特征：支撑从表面进入的车辆载荷的垂直力，扩散到下面的垫子和托基。要求：具有足够的强度和刚度，具有足够的水稳定性的路面结构的承重层。材料：主要包括各种粘结剂(例如石灰、水泥或沥青)和各种工业废料(例如稳定的土壤或碎石、稀薄的水泥混凝土、天然碎石、各种碎石或碎石、片石、砌块石或圆石、煤灰、粉煤灰、矿渣、石灰渣等)和各种工业废料(例如土壤、沙子、石材)的混合物。图层：分为两层或三层。3.坐垫特征：改善土壤基础的湿度和温度状态；扩散基层引起的载荷应力。要求：要求：水稳定性，温度分隔。材料：松散的骨料、沙子、碎石；稳定垫层，水泥，石灰稳定性。1-8包装等级和分类一、道路类型面图层类别类型穿着范围绿色混合土壤高速公路、第一级高速公路、第二级公路、第三级高速公路水和泥混在土里高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路沥青渗透，沥青碎石沥青表面处理三级公路，四级公路砂石路四段高速公路二、包装分类1.灵活的路面整体结构刚度小，挠曲变形大，弯曲强度低，托基受到较大的单位压力。主要受抗压强度和抗剪强度的影响。包括各种无处理骨料的底座和各种沥青表面、碎石(碎石)石材表面或砌块石材组成的路面结构。2.刚性路面主要是指以水泥混凝土为饰面或基层的铺面结构。抗拉强度高，弹性系数高，刚度大。垂直挠度小，路面结构主要受混凝土板弯曲强度的影响，通过板体扩散分布传递到地基的单位压力比柔性路面小得多。半刚性路面用水泥、石灰等无机结合剂处理的包含泥土、碎石和水硬性结合剂的工业废料制成的地基。前期有柔性路面的机械特性，此后强度和刚度均大幅增加，但最终强度和刚度仍远低于水泥混凝土。第二章运行载荷、环境因素和材料的力学性能2-1行驶载荷一、车辆的种类分为公共汽车和货车两类。公共汽车：公共汽车、中巴和公共汽车。卡车：车辆、牵引拖车和牵引半挂车。路面结构设计轴重量用作荷载标准。二、车辆的轴类型使用中国道路和城市道路路面设计规范中的100kN作为设计标准轴重量。三、汽车对道路的静态压力1.汽车在静止状态下承受着的静态压力。垂直压力p:与汽车轮胎的内部压力Pi、轮胎的刚度、轮胎接触道路的形状以及车轮载荷的大小有关。轮胎和路面接触面的压力p内压Pi约为(0.8 0.9) pi。2.接触压力假定内部压力直接作为接触压力，并且接触表面上的压力均匀分布。3.轮胎和包装的接触面形状类似于椭圆，在工程设计中使用圆形接触区域。4.等价圆将车轮载荷简化为等效圆形均匀载荷，并使用轮胎内部压力作为接触压力p，可以通过表达式(2.1)确定轮胎和路面接触圆的半径。(2.1)单圈负载：对于双轮组轮轴，每一侧的双轮均表示为圆。双圆负载：每一侧的两轮由两个圆表示。5.标准轴负载中国当前包装设计规范中指定的标准轴载荷BZZ100的P=100/4kN，p=700kPa:D100=0.213m，D100=0.302m四、移动车辆对道路的动态影响移动状态下的汽车：垂直静态压力、水平力、振动功率。动力影响还有瞬间的特征。1.水平力轮子应用于包装的各种水平力q值与轮子的垂直压力p和包装与轮子之间的附着系数有关，最大Qmax不超过p和的乘积。也就是说：qaxp(2.4)2.动态负载性质转移系数：(1)行驶速度：速度越高，波动系数越大。(2)路面的平整度：平整度越低，应变系数越大。(3)车辆的振动特性：轮胎刚度低，减振装置效果越好，应变系数越小。冲击系数：振动轮载荷的最大峰值与静态载荷的比率。3.瞬间0.1 0.01 s左右。五、交通分析1.交通量交通量表示在一定时间间隔内通过道路某一部分的车辆总数。2.交通量预测在路面结构设计中，通过调查分析确定初始年度平均日交通量N1，可以估计在设计寿命内累计交通量Ne为公式(2.5)。(2.7)3.标准轴向负载等效转换汽车的轴向载荷和通行次数可以根据等效原则换算为标准轴向载荷的作用次数。我国沥青路面和水泥混凝土路面规格均以1轴100kN为标准轴用BZZ-100表示。所有级别的轴载荷都是等效转换为标准轴载荷的原则。相同的铺面结构在不同的轴向负载下必须达到相同的疲劳损伤程度。4.轴向跟踪横向分布车轮跟踪水平分布的图形和峰值：取决于多种因素的交通运河程度，例如交通组织类型(混合交通、标记分割或分隔带分割驾驶，与车道无关)、车道宽度、交通密度、交通配置、速度、驾驶员的驾驶习惯和经验。2-2环境因素影响1.温度变化对包装的影响2.温度变化预测3.大气湿度2-3土基的力学强度特性一、路基应力状态路基：自重，车轮重量。设计：路基弹性极限内的地下力。车轮负载产生的法向应力：自重法向应力：路基任意点：二、地下工作区概念：在路基深度上，车轮负荷产生的法向应力与路基土壤自重产生的法向应力相比，(1/10-1/5)，深度范围内的路基称为应力工作区。工作区：强度、稳定性、压缩增加。三、地下土壤的应力变形特征地下土壤变形：弹性、塑料试验：压力轴承板试验和三轴压缩试验：绘制应力与回弹变形的关系非线性。应力变形特性：非线性、弹塑性系数：