行车荷载,环境因素

1、2021-7-13 上节内容回顾： 1. 道路工程的发展概况路基路面工程的科研成果； 2. 路基路面的功能和要求： (a)强度和刚度 抵抗荷载作用下产生的各种应力和长期荷载作用下产生 的变形； (b)足够的稳定性； (c)耐久性； (d)表面平整性；(e)表面抗 滑性. 3. 影响路基路面稳定性因素 (a)自然因素(地质和地理条件，气候条件，水文及水文地质，土的类别和 强度) (b)人为 因素(荷载作用，路基路面结构，施工方法与质量，养护措施) 4. 路基土的分类及工程性质(根据塑性指标、颗粒组成、有机质含量分为：巨 粒土、粗粒土、细粒土、特殊土) 5.公路自然区划 一级自然区划：根据地理、地

2、貌、气候、土质等因素划分为7个区； 二级自然区划：以气候和地形为主导因素，以潮湿系数为主要标志体系； 三级自然区划：以行政区域作为界限，有两种区划方法：按照地貌、水文和 土类划分；按照水热、地理和地貌划分。 2021-7-13 6. 路基的水温状况和干湿类型(分界稠度) 7. 路面结构及层次划分(对面层、基层、垫层的要求) 8. 路面等级与分类 路面等级：高级、次高级、中级、低级； 路面分类：柔性路面、刚性路面、半刚性路面. 2021-7-13 第第2 2章章 行车荷载、环境因素行车荷载、环境因素 与土基的承载能力与土基的承载能力 路基路面工程路基路面工程 参考教材：路基路面工程，主编：邓学钧

3、，人民交通出版社，参考教材：路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，2005 2021-7-13 本章主要介绍道路上行车荷载的特点、道路交 通分析、环境因素对路面结构的影响、土基的力学 强度特性与承载能力等基础知识。 2.1行车荷载行车荷载 2.2交通分析交通分析 2.3环境因素对路面结构的影响环境因素对路面结构的影响 2.4土基的力学强度特性土基的力学强度特性 2.5土基的承载能力土基的承载能力 2.6路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 2.7 路面材料的力学特性（选学）路面材料的力学特性（选学） 2021-7-13 2.1 行车荷载行车荷载 2.1.1车辆种类车辆种类 注：注

4、：1）货车总的发展趋向是向大吨位发展（集装箱，）货车总的发展趋向是向大吨位发展（集装箱，40-50吨）吨） 2）汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计）汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计 主要以轴重作为荷载标准，主要以轴重作为荷载标准， 3）在设计时：结构设计，主要考虑重型车）在设计时：结构设计，主要考虑重型车 路面表面特性路面表面特性(平整性，抗滑性平整性，抗滑性)：以小汽车为主要对象。：以小汽车为主要对象。 客车客车 小客车小客车自重和满载重量小，车速高，自重和满载重量小，车速高，120km/h 中客车中客车620个座位个座位 大客车大客车20个座位

5、以上，长途客运和城市公共交通个座位以上，长途客运和城市公共交通 货车货车 整车整车货箱与汽车发动机一体。货箱与汽车发动机一体。 牵引式挂车牵引式挂车 牵引车与挂车分离，牵引车提供动力，牵引牵引车与挂车分离，牵引车提供动力，牵引 后挂的拖车后挂的拖车 牵引式半挂车牵引式半挂车 牵引车与挂车分离，铰接，牵引车的后轴也牵引车与挂车分离，铰接，牵引车的后轴也 担负部分货车的重量担负部分货车的重量 2021-7-13 对于路面结构设计而言，主要考虑汽车的轴重。由于 轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度， 为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对于轴重的 最大限度均有明确的规定。 据国际道

6、路联合会1989年公布的统计数据，在141个 成员国和地区中，轴限最大的为140KN，近40%执行 100KN轴限。 我国公路与城市道路路面设计规范中均以100KN作为 设计标准轴重。通常认为我国的道路车辆轴限为100KN。 2.1.2 2.1.2 汽车的轴型汽车的轴型 2021-7-13 1）定义：汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。 当汽车处于停驻状态下，对路面的作用力为静态压力，主要是 由轮胎传给路面的垂直压力p，其大小主要取决于车轮的总重。 2）影响因素： a、汽车轮胎的内压力pi。 b、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。 c、轮载的大小。 货车轮胎的标准静内压力pi一般在0.4

7、0.7MPa范围内。 2.1.3 2.1.3 汽车对道路的静态压力汽车对道路的静态压力( (接触压力接触压力) ) 2021-7-13 3）接触压力： a、通常停驻时接触压力p约为(0.80.9) pi b、行驶温度内压力 p约(0.91.1) pi c、轮胎新旧、接触面形状、轮胎的花纹影响接触压力的 分布，一般接触面上的压力分布是不均匀的。 在路面设计中，通常忽略上述因素的影响，认为p=pi，并 假定在接触面上，压力是均匀分布的。 2.1.3 2.1.3 汽车对道路的静态压力汽车对道路的静态压力( (接触压力接触压力) ) 2021-7-13 4）荷载图式： 汽车轮胎与路面接触 形状近似于椭

8、圆(长短轴 差别不大)，其面积称为 轮迹面积。 在路面设计中，将其 换算为等面积的当量圆 (轮迹当量圆，相应的面 积则称为轮迹当量圆面 积)，并将车轮荷载简化 为圆形均布荷载。 2021-7-13 对于单轮组车轴： 当量圆半径计算： 对于双轮组车轴： 每一侧双轮用一个圆表示，称为单圆荷载： 每一侧双轮用两个圆表示，称为双圆荷载： 注：P作用在车轮上的荷载，kN。 2021-7-13 动载特性汽车在道路上行驶，由于车身本身的振动和 路面的不平整，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上 跳跃前进，作用在路面上的轮载也呈时大时小的波动形式。 （水平力、振动力）（瞬时性、重复性） 2.1.4 2.1.

9、4 汽车对道路的动力作用汽车对道路的动力作用 中等平整度路面， 车速60km/h， 轮胎着地长23cm 通过时间0.0138s 2021-7-13 1 1）汽车对道路的水平力作用）汽车对道路的水平力作用 汽车运动形式不同，产生的水平力的大小和方向也不同。 上坡和加速汽车对路面产生向后的水平力； 下坡制动及减速产生向前的水平力； 在弯道上行驶产生侧向水平力； 直线等速运动克服各种阻力而对路面施加一定的水平力。 后果：水平力易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求 面层材料有足够的抗剪强度城市道路 大小：与垂直压力P、轮与路面附着系数有关 qmaxp 2021-7-13 2 2）汽车对道路的振动力

10、作用）汽车对道路的振动力作用 a、轮载振动力可近似地看作为呈正态分布，其变异系数 (标准离差/轮载静载)影响因素： 行车速度：车速越高，变异系数越大； 路面的平整度：平整度越差，变异系数越大； 车辆的振动特性：轮胎刚度，减振装置效果。 正常情况下，变异系数一般均小于0.3。 b、冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。在较平 整的路面上，行车速度不超过50km/h时，冲击系数不超过 1.30。 路面设计时，有时要计入冲击系数的影响。 以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。 2021-7-13 3 3）动荷载的其它影响）动荷载的其它影响 瞬时性：作用时间0.010.10S左右 行车速度由3.2km/

11、h提高到56km/h，沥青路面的总弯沉 减少36%； 当行车速度由3.2km/h提高到96.7km/h，水泥混凝土路 面的板角挠度和板边应变量减少29%左右。 动荷载作用时间短暂，应力来不及传递到较深的土层，路 面变形量减小；可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是 路面结构强度的相对提高。 重复作用：材料的疲劳/弹塑性材料变形的累积 路面设计，不仅要重视轴重静力与动力的量值，道路通行 的各类轴载的累积作用次数也是路面设计的重要参数。 2021-7-13 2.2.1交通量： 定义：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。对于路 面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必须区分不同的车型。

12、交通量观测调查： 1、直接观测：分车型 2、轴载谱调查： 交通量年平均增长率根据长期交通观测资料得到，设计年限内累计交 通量Ne： N1为设计初始年平均日交通量；Nt=N1(1+)t-1 2.2 2.2 交通分析交通分析 注：注：Ne乘以方向系数和车道系数后即可得到车道交通量。乘以方向系数和车道系数后即可得到车道交通量。 方向系数：一个行车方向的交通量与行车道交通量的比例。方向系数：一个行车方向的交通量与行车道交通量的比例。 2021-7-13 1)轴载组成/轴载谱 不同重量的轴载给路 面结构带来的损伤程度是 不同的各级轴载所占的 比例即为轴载组成/谱。 由交通量调查得到的 各类车辆的日交通量

13、乘以 与相应的轴载谱百分率 各类车辆各级轴载的相应 日作用次数。 2.2.2 2.2.2 轴载组成与轴载换算轴载组成与轴载换算 轴载谱的应用：轴载调查轴载谱各级轴载作用次数； “实践理论实践” 2021-7-13 2 2）轴载换算）轴载换算 道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换 算为某一标准轴载的当量通行次数。我国水泥混凝土路面设 计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载100KN作 为标准轴载。 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。 注：其以结构损伤为基础注：其以结构损伤为基础(区别道勘交通量折算区别道勘交通量折算车辆车辆 占用道路净空占用道路净空)

14、 换算公式： 式中：反映轴型(单轴、双轴或三轴)和轮组轮胎数(单轮或双 轮)影响的系数； n同路面结构特性有关的系数。 不同路面结构换算公式不同，具体公式见相应规范章节。 n s i i s i p p N N 2021-7-13 当以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力为设计指 标时，轴载换算采用如下的计算公式: 35. 4 2 1 1 )( P P nCCN i i k i 2021-7-13 3 3）轮迹横向分布）轮迹横向分布 a）车辆在道路横断面上的分布，通常在中心线附近一 定范围内摆动，由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而车 道上的轴载作用次数既不会集中在横断面的某一固定位置， 也

15、不可能平均分配到每一点上，而是按一定的规律在车道横 断面上分布，该现象称为轮迹横向分布轮迹横向分布频率 曲线。 b）影响因素：交通量、交通组成，车道宽度、交通管 理规则等。 c ）轮迹横向分布系数：取轮迹横向分布频率曲线中 二个条带的宽度50cm(20+10+20)的条带频率之和称为轮 迹横向分布系数。 2021-7-13 3 3）轮迹横向分布）轮迹横向分布 2021-7-13 2.2.42.2.4交通量预测分析步骤交通量预测分析步骤 1）交通调查； 2）轴载组成分析； 3）轴载换算，求当量轴载作用次数； 4）求N1； 5）求Ne 2021-7-13 2.2.42.2.4交通量预测分析交通量预

16、测分析( (例题例题) ) 例2.1 某沥青路面，由交通调查资料得知，其中5轴和 5轴以上的牵引式半拖车和拖车类车辆的日交通量为165辆， 由称重得到的这类车辆的轴载组成列于下表，请确定这类车 辆的等效轴载换算系数。 2021-7-13 轴载（kN）轴次数轴载换算系数当量轴次数 单轴 2000.00160 204000.00810 406010.06250 608060.24011 801001440.656194 100110161.215519 11012011.7492 双轴 40140.00320 4080210.01620 80120440.1256 120160420.480220

17、 160180441.04446 180200211.62934 2002201012.431246 220240433.498150 累计当量轴次数619 解：由规范，取标准轴载为 100KN。 （1）交通调查，由题目给出； （2）轴载组成分析，如表： （3）计算各种轴载的换算系数， 结果如表： （4）轴载换算，计算各种轴载的 当量轴载次数；见表： （5）求和，可得累计当量轴载作 用次数； （6）则等效轴载换算系数为： 619.31/165=3.75 所以，其等效轴载换算系数为 3.75 2021-7-13 2.2.42.2.4交通量预测分析交通量预测分析( (例题例题) ) 例2.2 某二

18、级汽车专用公路，沥青路面，设计年限为 15年。由交通量调查资料得到，初始年平均日交通量为 7000辆，其中同路面损坏有关的各类车辆的交通量列于下 表中，方向系数为0.5。请计算设计年限内标准轴载累计作 用次数。 2021-7-13 解：由规范，取标准轴载为 100KN。 （1）交通调查，由题目给出； （2）计算各种车型的等效轴载换 算系数，结果如表： （4）轴载换算，计算各种车型的 当量轴载次数见表： （5）由题可知t=15，查表取交通 量年平均增长率r=4%，可计算各 种车型的当量轴载在设计年限内累 计作用次数Ne，见表； （5）求和，可得设计年限内标准 轴载累计作用次数 Ne=6,172,

19、345辆。 所以，设计年限内标准轴载累计作 用次数为6,172,345辆。 车辆类型 初始 交通 量 等效轴 载换算 系数 标准轴 载作用 次数N1 设计年限 内累计作 用次数Ne 2轴公共汽车480.512324.5904179,722 3轴公共汽车251.117827.945204,239 2轴4轮货车16050.019230.816225,222 2轴6轮货车5180.7041364.7232,665,624 3轴货车1951.11216.451,581,948 3轴牵引式半拖车400.710828.432207,798 4轴牵引式半拖车251.546438.66282,551 5轴牵引

20、式半拖车52.152510.762578,659 4轴货车+拖车650.820453.326389,739 5轴货车+拖车170.978516.6345121,575 5轴以上货车+拖车261.238132.1906235,269 合计25696,172,345 2021-7-13 2.3 2.3 环境因素对路面结构的影响环境因素对路面结构的影响 2.3.1原因 路基路面结构直接暴露在大气之中，经受着自然环境因 素的影响。温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然 环境因素，路基路面结构的温度和湿度状况随周围环境的变 化而变化，路基路面体系的性质与状态也随之发生变化。 1）强度、刚度、稳定性

21、2）温度应力、湿度应力 2021-7-13 道路直接暴露于大气中，受温度、湿度影响大 温度湿 度变化体积变化变化受限胀缩应力(温度应力和湿度应 力)破坏。 2021-7-13 2.3.2 2.3.2 温度对路面结构内温度的影响规律温度对路面结构内温度的影响规律 2021-7-13 2.3.2 2.3.2 温度对路面结构内温度的影响规律温度对路面结构内温度的影响规律（与沥青路面对比） 2021-7-13 月平均温度变化曲线： 2.3.2 2.3.2 温度对路面结构内温度的影响规律温度对路面结构内温度的影响规律 2021-7-13 2.3.2 2.3.2 温度对路面结构内温度的影响规律温度对路面结

22、构内温度的影响规律 1）周期性 2）幅度性 3）滞后性 2021-7-13 2.3.3 2.3.3 路面结构内温度状况的分析与预测路面结构内温度状况的分析与预测 1）影响因素： 外部因素气候条件（太阳辐射、气温、风速、降雨 （雪）量和蒸发量） 内部因素路面结构层的热传导性能、热容量、对辐 射热吸收能力； 2021-7-13 2）预测方法 ： a）统计分析方法在路面结构层的不同深度处埋设测温元 件，连续观测一年四季中路面结构内不同深度处在不同 时刻的温度变化，同时收集当地的气温和辐射热等气候 资料，进行逐步回归分析，分别建立不同深度处路面结 构指标的回归方程。 Tmax 路面某一深度处的最高温度

23、，； Ta.max相应的日最高气温， ； Q相应的太阳日辐射热，J/； a，b，c回归常数。 特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可在条 件相似的地区参考使用。 2021-7-13 b）理论分析方法根据气象资料和路面材料热物理特性应 用热传导理论方程式推导估算路面结构内的温度状况。 特点：参数确定具有一定的难度； 理论假设与实际情况存在差异，温度预测的结果与 实测结果有一定的差距。 2021-7-13 对路基的要求对路基的要求 路基是路面的支撑结构物，对路面的使用性能有重要影响。路基是路面的支撑结构物，对路面的使用性能有重要影响。 1 1 、整体稳定、整体稳定 填挖引起路基失稳填挖引

24、起路基失稳/ /软土上高路基软土上高路基/ /岩质土质山坡上开挖岩质土质山坡上开挖 严重性：交通阻断，易引起交通事故。严重性：交通阻断，易引起交通事故。 措施：正确设计，采取排水、防护和加固、支撑工程。措施：正确设计，采取排水、防护和加固、支撑工程。 2 2 、变形小、变形小 自重、车辆荷载作用下变形；地基软弱、填土疏松、过分潮湿时产自重、车辆荷载作用下变形；地基软弱、填土疏松、过分潮湿时产 生沉陷和变形。生沉陷和变形。 危害：导致路面出现过量的变形和应力增大，促使路面过早损坏并危害：导致路面出现过量的变形和应力增大，促使路面过早损坏并 影响舒适性。影响舒适性。 措施：采用合适填料充分压实，改

25、善水温状况，加固软弱地基。措施：采用合适填料充分压实，改善水温状况，加固软弱地基。 2.4 2.4 路基的力学强度特性路基的力学强度特性 2021-7-13 1）路基力学性质对道路结构整体强度/刚度影响很大；路面结 构损坏原因：(路面强度不足/路基变形过大) 2）路基变形的影响 弹性变形沥青面层或水泥砼面板疲劳开裂； 塑性变形沥青路面：车辙、纵向不平整， 水泥路面：板底出现局部脱空引起断裂； 3）路面结构总变形中，路基变形占7090% 正确的设计思路：应使路基所受的力在路基弹性限度范围内， 即当车辆驶过后，路基能恢复变形。保证路基相对稳定，路 面不致引起破坏。 力学特性力学特性 2021-7-

26、13 作用于路基的荷载： 路基自重、汽车荷载 1）车辆荷载产生的应力： 2）路基土自重在深度为 Z 处所引起的应力： 2.4.1 2.4.1 路基受力状况路基受力状况 2021-7-13 2.4.22.4.2路基工作区路基工作区 定义：在路基的某一深度Za处，当轮重所引起的应力与路 基自重引起的应力的比值不超过1/101/5时，轮重所引起 的应力对于路基的影响，可忽略不计。该深度范围内的路基 称为路基工作区，该深度Za则称为路基工作区深度。 式中：Za路基工作区深度，m； P一侧轮重荷载，kN； K系数，通常取k=0.5； 土的容重，kN/m3； n系数，n=5-10。 3 a KnP Z 2

27、021-7-13 要求：1 ）对工作区深度范围内的土质选择，路基压实度提 出较高要求。 2 ）当工作区深度大于填土高度时，天然地基也应充 分压实。 2021-7-13 2.4.22.4.2路基土的应力路基土的应力应变特性应变特性 1）与理想线弹性体的区别：非线性、非弹性 2）关系取得：实验方法 A）压入承载板试验： B）三轴压缩试验： lpDE)1 ( 2 EE 31 1 2 2021-7-13 3 3）路基土的模量值：局部线性化法）路基土的模量值：局部线性化法 初始切线模量：应力值为零时的应力-应变曲线斜率，代表加载开始时 的应力-应变状况 线； 切线模量：某一应力级位处应力-应变曲线的斜率

28、，反映该级应力-应变 变化的关系 线； 割线模量：以某一应力相应 的曲线上的点同起始点相连 的割线的斜率，反映土基在 工作应力范围内的应力-应 变的平均状态 线； 回弹模量：应力卸除阶段， 应力-应变曲线的割线模量 线。 注：注：前三种模量：应变前三种模量：应变=塑性塑性+回弹变形回弹变形路基沉降计算路基沉降计算 回弹模量：回弹变形回弹模量：回弹变形反映土的弹性性质反映土的弹性性质路面结构分析路面结构分析 2021-7-13 4 4）作用时间的影响）作用时间的影响 A）土的流变特性：路基土在荷载作用下的变形荷载应力 +荷载持续时间通常在施加荷载的初期，变形量随荷载持 续时间的延长而增大，以后逐

29、渐趋向稳定。这又称为土的流 变特性。 B）特点：土的流变特性主要同塑性应变有关，与回弹应变 无关。 C）一般情况下，土基的流变影响可以不予考虑（原因：车 轮荷载作用时间短暂）。 2021-7-13 2.4.32.4.3重复荷载对路基的影响重复荷载对路基的影响 1）重复作用的后果：两种截然不同的结果 稳定土体被逐渐压密土颗粒之间进一步互相靠拢 单次塑性变形量 直至稳定固结硬化 失稳剪切变形不断发展能引起土体整体破坏的剪切 面土基达到破坏土体整体剪切破坏 2）影响因素： 土的性质(土类)和状态(含水量/密实度/结构状态) 重复荷载的大小：以相对荷载即重复荷载与一次静载时 的极限强度之比表示； 荷载

30、作用的性质：加载速度/持续时间/作用频率 侧向应力的大小。 2021-7-13 3）重复应力的临界值 重复应力在临界值内时，总应变累积规律： 式中：a应力一次作用下的初始应变； b应变增长回归系数； N应力重复作用次数。 4）回弹模量ER的确定：重复加载的三轴压缩试验 应力施加频率20-30次/分；每次持续0.1-0.2S 重复 应力作用600-1000次后回弹变形量回弹模量ER值(适应 车轮荷载重复作用特点) Nbalg 1 2021-7-13 2.52.5土基的承载能力土基的承载能力 土基的承载能力采用土基在一定应力级位下的抗变形能 力来表征： 模型：弹性半空间体地基模型 文克勒地基模型

31、强度指标： 弹性模量E/泊松比(反映土基应力-应变特征) 地基反应模量k (土基受力后的变形性质) 加州承载比CBR (土基承载能力) 2021-7-13 2.5.12.5.1土基的回弹模量土基的回弹模量 1）物理意义：反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质 可以用弹性理论公式描述荷载-变形关系可应用在以弹性 理论为基础的各种设计方法中。 2）试验方法：圆形承载板试验(刚性压板/柔性压板) 工程实际中，多采用刚性承载板挠度量测比较方便，压 力也易于控制。承载板直径则常采用标准轴载当量圆半径(刚 性路面路基较大直径承载板)。 逐级加载卸载法：每级增加0.04MPa卸载稳定1min后 读取回弹弯

32、沉值下一级荷载回弹变形值超过1mm时停 止加载绘出荷载-回弹弯沉曲线。 i i l p D E 2 1 4 2021-7-13 2.5.22.5.2地基反应模量地基反应模量 1）地基模型：Winkler地基模型/稠密液体地基 假定：土基顶面任一点的弯沉L仅同作用于该点的垂直压力 p成正比，而与其他相邻点处的压力无关。压力p与弯沉L之比 即称为地基反应模量k。 (缺点：没有考虑地基中剪应力的存在) 2021-7-13 2.5.22.5.2地基反应模量地基反应模量 2）试验方法：承载板试验）试验方法：承载板试验 地基反应模量实测值受承载板直径的影响较大：地基反应模量实测值受承载板直径的影响较大：D

33、时，时，K，当，当D76 cm时，时，K值趋于稳定。值趋于稳定。 规定采用承载板的直径规定采用承载板的直径d为为76cm一次加载到位来测定一次加载到位来测定K值。值。 控制指标：控制指标：A）地基较为软弱）地基较为软弱以弯沉作为控制指标（以弯沉作为控制指标（1.27mm） B）地基较为坚实）地基较为坚实压力作为控制指标（压力作为控制指标（70kPa） 3）讨论）讨论 A）当采用）当采用30cm直径的承载板时，测得的直径的承载板时，测得的K值应按下式计算：值应按下式计算：K76=0.4K30 B）现场实测）现场实测K值的修正：最不利状态时值的修正：最不利状态时KsKn*Ln/Ls Ln 室内试件

34、含水量与实测相当时，室内试件含水量与实测相当时，70kPa荷载作用下的沉降值。荷载作用下的沉降值。 Ls 浸水饱和后相同荷载作用下的沉降值。浸水饱和后相同荷载作用下的沉降值。 C）K值中包含回弹弯沉值中包含回弹弯沉+残余弯沉。如果只考虑回弹弯沉，则可以得到地基残余弯沉。如果只考虑回弹弯沉，则可以得到地基 回弹反应模量回弹反应模量KR：KR=1.77K 2021-7-13 2.5.32.5.3加州承载比（加州承载比（CBRCBR） 1）定义：以抵抗局部荷载压入变形的能力表征材料的承载能力， 并采用高质量标准碎石的承载能力为标准，以它们的相对比值 CBR表示。 2）试验方法（室内试验与室外试验）

35、将端部面积为19.35cm标准压头以0.127cm/min的速度 压入土中，记录每贯入0.254cm时的单位压力直至压入深度为 1.27cm。 标准压力值用高质量标准碎石由试验求得(如表P49)。 注：计算CBR值时，取贯入度为0.254cm，但是当贯入度为0.254cm时的 CBR值小于贯入度为0.508cm时的CBR值时，应采用后者为准。 （按照施工时的含水量， 浸泡四天，饱水状态） 2021-7-13 2.6 2.6 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 2.6.1 路基的常见病害 1）路基沉陷：路基表面在垂直方向产生较大的沉落 A）类型：路基沉缩与地基沉陷 B）原因： 路基沉缩

36、：软弱地基的沉降；路堤内有过度饱水区；压实 不足；施工方法不合理等。 地基沉陷：天然地面承载力不足 路基沉陷路基沉缩 地基沉陷 2021-7-13 2）边坡滑塌：可分溜方与滑坡两种。 A）溜方少量被水饱和的土体沿土质边坡向下移动所形成。 主要原因：流水冲刷边坡或施工不当。 2021-7-13 B）滑坡部分土体在自重作用下沿某一滑动面向下滑动。 主要原因：土体稳定性不足引起； 路堤边坡：边坡坡度过陡、边坡坡脚被水淘空、土过于潮 湿、填土层次安排不当； 路堑边坡：边坡高度与天然岩层的性质不适应、存在粘土 层与蓄水砂石层交替分层及有倾向于路堑方向的斜坡层理、边 坡超载。 2021-7-13 3）边坡

37、崩塌和碎落： A）碎落软弱石质土经风化而成的碎块沿坡面大量向下滚 落 B）崩塌大块岩石脱离原边坡坡面并沿边坡坡面向下滚落 原因：岩体风化破碎，边坡较高。 4）路堤沿山坡滑动： 原因：山坡较陡、原地面未清除杂草或人工挖台阶、坡脚未 进行必要的支撑。 5）路堤坍散：边坡失去正常的形状，边坡表面下沉 6）不良地质水文条件造成路基破坏：泥石流、溶洞、大暴雨 地区（较大自然灾害）。 2021-7-13 2.6.2 2.6.2 路基病害产生的主要原因及防治措施路基病害产生的主要原因及防治措施 1）主要原因： 路基土体整体或一部分不稳定； 路基以下的地基土体不稳定； 重复的行车荷载作用； 填土方法不正确或压

38、实不足； 自然因素的作用(含水量变化、温度变化)。 2021-7-13 2 2）防治措施：）防治措施： 正确设计路基横断面； 正确选择良好的路基用土填筑路堤，必要时对地基上层土 壤作稳定处理； 采用正确的填筑方法，不同性质的土分层填筑，充分压实 路基，提高土基水稳定性； 提高填土高度，防止水分从侧面渗入，或由地下水位上升 而进入路基工作区范围； 正确进行排水设计(包括地面排水、地下排水、路面结构排 水及地基特殊排水)； 设置隔水层以阻断毛细水上升到通路；设置隔温层，减少 路基冰冻深度和水分积聚，设置砂垫层以疏干土基； 采取边坡加固措施、修筑挡土构筑物以提高路基整体稳定 性。 2021-7-13

39、 2.7 路面材料力学特性路面材料力学特性 主要介绍路面材料的力学性质、常用力学参数、试 验方法等。 2.7.1知识体系 2.7.2强度特性 2.7.3应力-应变特性 2.7.4累积变形与疲劳特性 2.7.5 沥青混合料的温度稳定性 2021-7-13 路基土以刚度为主模量的确定 道路材料颗粒类材料力学性质 路面沥青类材料力学性质 无机结合料力学性质 抗剪强度 强度抗拉强度/抗压强度疲劳强度 力学性质抗弯拉强度 刚度应力应变关系模量变形累积 重点：各种强度/模量取得的方法，各自特点。 2.7.1 2.7.1 道路材料力学性质知识框图道路材料力学性质知识框图 2021-7-13 单轴压缩 抗压模

40、量 试验方法三轴压缩/承载板试验 小梁试验抗弯拉模量 2021-7-13 2.7.2 2.7.2 强度特性强度特性 2.7.2.1抗剪强度： 1）破坏形式： a）结构层较薄土基应力过大整体破坏 b）层位不合理结构应力过大部分结构层剪切破坏 c）面层材料抗剪强度不足面层材料的纵/横向推移 2）摩尔强度理论： 材料的抗剪强度包括摩擦阻力和粘结力两部分组成； 摩擦阻力同作用在剪切面上的法向正应力成正比； 粘结力材料固有性质，与法向正应力无关。 3）试验方法：直剪试验-曲线 三轴压缩试验摩尔圆包络线（无法成型材料） tgc 2021-7-13 注：沥青材料抗剪强度：沥青的粘度、用量、 试验温度、 加荷

41、的速率、集料级配、棱角等有关。 2021-7-13 2.7.2.2 2.7.2.2 抗拉强度抗拉强度(由混合料中结合料的粘结力提供) 1）破坏形式： a）不良水温状况干缩拉裂 b）车辆启动/制动结构的拉应力 2）试验方法： 试验应力-应变曲线抗拉强度 a）直接拉伸试验： 圆柱型试件、变形传感器、应力- 应变值； 2021-7-13 b）间接拉伸试验：即劈裂试验， 圆柱型试件、压条、试件开裂破坏； （直径为D，高度为h） 注：沥青混合料/温度敏感性材料 常温：试验温度抗拉强度； 负温：试验温度抗拉强度存 在峰值-脆化点温度强度。 A P Dh P t 22 2021-7-13 2.7.2.3 2

42、.7.2.3 抗弯拉强度抗弯拉强度 1）破坏形式： 水泥砼/沥青混合料/半刚性材料结构层车轮荷载作用 弯曲工作状态弯拉应力过大弯曲断裂。 2）试验方法：简支小梁试验（三分点加载） 混凝土抗弯拉强度标准尺寸：150150550mm；集料粒 径不大于40mm。 式中： P破坏荷载，kN； l支点间距，m； b/h试件截面宽度/高度，m. 2 bh Pl t 2021-7-13 3）影响因素： 水泥砼：集料组成，结合料含量与活性，拌制的均匀性与 压实度； 沥青砼：材料性质（沥青性质/用量/矿料性质/混合料均匀 性/压实度）、加荷状况（重复次数/应力增长速度）、温度。 2021-7-13 2.7.3

43、2.7.3 应力应力- -应变特性应变特性 2.7.3.1 颗粒类材料 1）试验方法：三轴压缩试验(用于基层/底基层的无结合料 碎、砾石材料无法通过成型试件直接测试应力-应变特性)。 2）特点：应力-应变特性具有明显的非线性特征Er随偏 应力d(1-3)；随侧压力3。 3）关系： 式中：三向主应力之和，kPa； K1,K2回归常数，同材料性质有关。 4）影响因素（材料的级配、颗粒形状，密实度） 通常，密实度 Er；颗粒棱角 Er ；细料含量不多 时，含水量的影响很小；取值范围为100-700MPa。 2 1 K r KE 2021-7-13 2.7.3.2 水泥稳定类及无机结合料类 试验方法：

44、单轴试验/三轴试验/小梁弯曲试验 单轴试验：150150300mm； 步骤：先确定抗压强度施加40%抗压回弹模量Ec Ec=(Pu-P0)/A*(L/) 三轴试验：无机结合料混合料早期强度低，后期强度高。 特点：非线性性，近似线性性（应力级位较低50%） 室内承载板试验：（代替三轴试验） 试件DH=150150mm；承载板d=37.4mm，A=11cm2； 试验：承载板压力p=0.20.7MPa分级加载沉降Er 回弹模量: Er=3.14pD(1-2)/(4l) 小梁弯曲试验：（抗弯拉弹性模量） 步骤：首先确定弯折强度t然后施加50%t荷载跨中挠度 Et 2021-7-13 2.7.3.3 沥

45、青混合料应力应变关系 1）试验方法： 低温：单轴压缩、小梁试验 高温：三轴压缩试验（温度敏感性强） 2）应力-应变特点：随温度/加载时间变化而变化。 a）加荷时间： 应力较小：弹性、弹-粘性 应力较大：弹性、弹-粘性、弹-粘-塑性 b）温度： 低温：弹性 高温：弹-粘性、弹-粘-塑性 结论：沥青混合料的力学特性受温度/加荷时间影响较大不 能用一个常量弹性模量来表征应力-应变关系劲度模量。 2021-7-13 3）劲度模量： a)定义：给定荷载作用时间和温度条件下应力与总应变的比值。 b)本质：在特定温度与特定加荷时间条件下的常量参数。 c)特点：温度对劲度的影响与加荷时间对劲度的影响具有等效

46、互换性。 d)劲度的得出：试验法与查诺模图预估法（P57/图33） 2021-7-13 2.7.42.7.4累积变形与疲劳特性累积变形与疲劳特性 1）重复作用下路面结构的破坏状态 累积变形：材料弹塑性塑性变形积累沉陷与车辙 路面使用性能（非结构破坏） 疲劳破坏：材料弹性内部微量损伤累积扩大疲劳极 限疲劳断裂(结构破坏) 2）特点 破坏极限的发生不仅同荷载应力的大小有关，而且同荷载 应力作用的次数有关。 2021-7-13 2.7.42.7.4 变形积累与疲劳特性变形积累与疲劳特性 2.7.4.1 变形积累 具有塑性的材料弹性工作状态荷载重复作用塑性变形累积累积 变形过度永久变形（沉陷或车辙） 1）颗粒类材料：三轴压缩试验 应力较小时压实 应力较大时破坏重复应力临界值（塑性应变随应力重复作用次数增大） 级配不良的材料不适合作路面材料。 2）沥青混合料：单轴压缩试验，三轴压缩试验 a）重复作用次数塑性应变累积； b）温度塑性应变累积； 结论：在同一温度条件下，累积应变量不仅与荷载重复作用次数