沥青路面永久性变形发展机理综述

1、沥青路面永久性变形发展机理综述摘要：永久变形不仅影响行车速度和安全，更严重降低了 路面的使用寿命，同时，其维修养护也较其他路面病害形式 困难。本文从分析永久性变形的原因入手，对国内外永久性 变形研究经行了概括，分析了一些方法的优缺点，为以后沥 青混凝土路面的研永久性变形研究提供参考，以提高我国高 速公路建设的经济效益。关键词：沥青路面永久变形 评述引言从目前沥青路面的使用情况来看，车辙、推移、拥抱等 永久变形已成为高等级沥青路面的主要损坏形式。永久变形 不仅影响行车速度和安全，更严重降低了路面的使用寿命， 同时，其维修养护也较其他路面病害形式困难。对于永久性 变形产生的原因，可从以下方面来考虑

2、：（1）永久性变形产生的第一个原因是结构层设计不合 理。（2）第二个原因是设计荷载有一定误差。（3）第三个原因是材料设计参数有误1国外研究现状早在1962年第一届国际沥青路面结构设计设计会议上, 壳牌石油公司第一次提出考虑永久变形的路面设计方法，该 方法通过限制路基顶面的垂直压应变来控制路面的永久变 形1。在第三届国际沥青混凝土路面设计会议上， barksdale 和 romain 提出层应变法(layer strain methodology),利用材料的基本特性，在不同的加载和环境 条件下计算了路面永久变形：2o 1976年召开的沥青永久变 形研讨会，重点是永久变形预估和试验方法。在第四届

3、国际 沥青混凝土路面设计会议上，提出了限制表面永久变形和预 测每层永久变形的方法，主要有：观测永久变形的统计方法 (finn2等)、限制路基应变方法(claessen3等)、蠕变 试验数据加上弹性分析方法(hill&van de loo4)和线弹 性分析方法等。第五届国际沥青混凝土路面设计会议以后， 沥青路面永久变形问题侧重于对面层沥青混合料的研究。a. wi jerathe5等基于三轴蠕变试验公式，用粘弹性非线性 分析计算了沥青路面的车辙深度。judyeki6对常规和改性 沥青混凝土在蠕变实验条件下的非线性的粘弹性行为进行 了研究，建立了一个非线性的粘弹性数学模型。sousa7等 人

4、建立了 一个粘弹塑性模型来计算沥青混凝土的永久变形 特性。shrpe8建立了一个粘弹塑模型来计算沥青混凝土的 永久变形特性，此模型由广义maxwell模型和弹塑性模型 并联而成，此模型的弹塑性模型和实验数据不符合，需要改 进。collop9等表达了一个重复荷载作用下沥青混凝土的 车辙计算方法，这个模型把路面看成线粘弹性体。ramsamooj 10建立了一个弹塑性模型，在模型中使用rowe 应力膨胀理论，得出了永久体积和垂直应变的关系，最后计 算了沥青路面的塑性应变。benll对澳大利亚一条几百公 里的道路进行了实测，并用统计学的方法对路面外形的数据 进行了分析。wissman12使用了 一个小

5、变形的模型来预测 渠化和没有交通车辙的不同，其模型包含了温度和荷载速率 的依赖性，成功预测了大多数路面的永久变形行为，但对一 些路面结构，预测结果和实际情况不相符合。2国内研究现状国内对沥青路面永久变形研究起步相对较晚，研究目标 大多集中于永久变形的预估模型上。自20世纪80年代中期 开始，同济大学、东南大学、长安大学等陆续开展了研究， 取得了诸多成果。代表性的预估方法有徐世法、朱照宏13 在蠕变试验的基础上发展了沥青混合料的“四单元、五参 数”流变模型，并将此模型代入多层粘弹性层状弹性体系中 建立了沥青路面的力学分析和车辙预估模型，提出了控制沥 青路面永久变形的有效途径和控制指标。许志鸿、林

6、绣贤14 结合"七五”国家重点攻关项目“半刚性基层沥青混凝土 路面研究”，采用基本符合高温时沥青混合料特性的粘弹性 体系理论，描述材料变形随温度、加载时间而变化的特性， 建立了力学计算的永久变形预估模型。苏凯，孙立军等用单 轴贯入抗剪强度表征沥青混合料本身的抗变形能力，并基于 分层叠加的思想确定了沥青混凝土永久变形预估模型。周晓 青等从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形机理，得出 了重载交通下沥青路面的车辙预估模型。张丽娟，张肖宁等 将一维沥青混合料burgers模型推广至三维burgers模型 （类似三维虎克定律），简化计算了沥青路面下凹和隆起的 永久变形。彭妙娟等建立了广义ma

7、xwell模型串联弹塑性模 型的力学本构模型，利用有限元方法研究了沥青路面的永久 变形特性。何兆益等采用室内蠕变试验确定了沥青混合料 burgers黏弹性模型参数，并结合有限元方法建立了车辆动 力作用下沥青路面车辙计算与预估方法。张久鹏，张裕卿等 基于三轴重复荷载永久变形试验，对burgers模型中串联粘 壶进行了改进，推导了重复荷载作用下沥青混合料的粘弹性 力学模型，研究了永久变形的变化规律。3小结路面结构在重复荷载作用下产生过量的永久变形，会使 道路表面出现影响舒适性和行车安全性的不平整，甚至导致 路面出现开裂。因此，限制路面结构的永久变形量是路面结 构设计中必须考虑的一项基本要求。沥青路

8、面在使用过程中，其使用性能会随时间或行车荷 载作用次数的增加而逐渐衰减。当路面消耗或破坏达到某一 预定标准时，必须采取适当的维修措施恢复、提高路面的使 用性能。目前，在对许多高速公路路面性能影响因素尚难以 准确量化的情况下，加上路况数据釆集与积累困难等多方面 原因，专门针对我国高速公路特点的路面性能评价和预测的 研究还很不够。为了在有限的维修资金条件下，合理、科学 地安排道面维修的时间、位置和维修方式，必须较为准确地 评价和预测道面在一定使用期内的使用性能。通过对路面使 用性能随时间、荷载作用衰变规律的研究，对未来一定时期 内路面性能进行预测，为决策者制定费用-效益最佳的路面 养护或维修决策方

9、案提供依据。参考文献：1 dorman g m . the extension to practice of a fundamental procedure for the design of flexible pavementsa proceedings , first international conference on the structural design of asphalt pavementsc ann arbor : university of michigan, 1962.785-793.2 barksdale r d. laboratoryevaluation of r

10、utting in base course materialsc proceedings,thirdinternationalconference on the structural design of asphalt pavements, v01.1, london,1972：161-174.3 cleassen aim, edwards j m,uge p. asphait pavement design-the shell methoda. proceedings, four th int erna tio nal conference on the st rue tu ra.1 des

11、ign of asphait pavements c ann arbor： university of michigan,1977.39-74.4 hills j f, brien d, van de loo p j the correlation of rutting and creep tests in asphalt mixes r london： institute of petroleum,1974._5 a. wijerathe et al. prediction of rutting in virgin and recycled asphait mixtures for pave

12、ment using triaxial testsrproceedings of the association of asphalt paving technologies (aapt),1987.6 judycki j. non-linear viscoelastic behaviour of conventional and modified asphaltic concrete under creepj.materials and struetures,1992,25：95101.7 sousa j b,weissman s l,deacon j a, et al. permanent

13、 pavement deformation response of asphait aggregate mixesr. washington d c ,shrp, national research council,19948 sousa j b, weissman s l, deacon j a, et al. permanent deformation response of asphalt aggregate mixes technical report： strategic highway research program (shrp), shrp-a-415 washington d

14、 c： institute of transportation studies of university of california, berkeley, 19949 collop a c,cebon d, hardy m s a. viscoelastic approach to rutting in flexible pavementsj. journal of transportation engineering, 1995, 121 (1):82-93 _10 ramsamocj d v,ramadan j,lin g s. model prediction of rutting in asphait concretejjournal of transportation engineering,1998,24(5)：448-45611 ben bruscella, vince nt rouillard, michael sek. analysis of road surface profiles journal of transportation engineering,1999,125(1):55-59.12 weissman, s l, sackman j l. the