路基路面行车荷载环境因素材料的力学特性ppt课件

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1、第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性1 基本内容第一第一节节 行车荷载行车荷载第二节第二节 环境因素影响环境因素影响第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力第五节第五节 路基的变形破坏及防治路基的变形破坏及防治第六节第六节 路面材料的力学强度特性路面材料的力学强度特性第七节第七节 路面材料的累积变形及疲劳特性路面材料的累积变形及疲劳特性2第一节第一节 行车荷载行车荷载研究行车荷载的原因研究行车荷载的原因：1 1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成路基路面结构损坏的主要成因。路基路面结构损坏的主

2、要成因。 2 2、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量影响路面的使用性能。影响路面的使用性能。 3 3、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。载进行分析。 3行车荷载的主要研究内容：车辆的种类；车辆的种类； 汽车的轴型；汽车的轴型； 汽车对道路的静态压力；汽车对道路的静态压力； 运动车辆对道路的动态影响；运动车辆对道路的动态影响； 交通分析。

3、交通分析。4一、车辆的种类道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。客车客车：小客车、中客车、大客车；：小客车、中客车、大客车；货车货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。u汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构路面结构设计设计主要以主要以轴重轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的对路面的表面特性表面特性如：平整性、抗滑性等

4、，提出较高的要如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。求。5uu 整车类：前轴、后轴。整车类：前轴、后轴。 u 牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：后轴（单轴或双轴）。后轴（单轴或双轴）。 u 拖车类：由一辆或多辆组成，各配有前后二根拖车类：由一辆或多辆组成，各配有前后二根单轴或单前轴和双后轴。单轴或单前轴和双后轴。 轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度。各个国家均对轴重的最大限度有与结构强度。各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中我国公路与城市道路设计

5、规范中均以均以100kN100kN作为标准轴重。作为标准轴重。目前我国公路是行使目前我国公路是行使的车辆，后轴轴载一般在的车辆，后轴轴载一般在6060130kN130kN范围内。范围内。 6u 汽车货运朝大型重载方向发展，货车的汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有总重量有 增加趋势，超载运输问题在我增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。国日益突出。 要发展多轴多轮。要发展多轴多轮。 u对对超载超载的定义：的定义：20002000年年2 2月，交通部月，交通部超超限运输车辆行驶公路管理条例限运输车辆行驶公路管理条例规定：规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg6

6、000kg，单轴，单轴（每侧双轮胎）载质（每侧双轮胎）载质 量量10000kg10000kg，双联轴，双联轴（每侧双轮胎）载质量（每侧双轮胎）载质量 18000kg18000kg。”附则附则第二十九条规定，单轴轴载最第二十九条规定，单轴轴载最 大不得超大不得超过过13000kg13000kg。 7三、汽车对道路的静态压力 1 1、汽车对道路的作用、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。 行行驶驶状状态态：对对道道路路的的作作用用力力为为动动态态垂垂直直压压力力、水水平力、平力、 振动力。振动力。 2 2、汽车对道路的静态压力、汽车对道

7、路的静态压力 静静载载的的大大小小与与车车辆辆的的总总质质量量及及轮轮轴轴的的形形式式有有关。关。 影响静态垂直压力大小的因素：影响静态垂直压力大小的因素： （1 1）汽车轮胎的内压力）汽车轮胎的内压力pipi； （2 2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状；）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状； （3 3）轮载的大小。）轮载的大小。8胎壁受拉胎壁受压胎压触压力高压轮胎低压轮胎9 轮胎轮胎/ /路面接触面与接触应力路面接触面与接触应力轮迹 10 对于低压轮胎：接触压力大于胎压对于低压轮胎：接触压力大于胎压 对于高压轮胎：接触压力小于胎压对于高压轮胎：接触压力小于胎压 在工程设计中，对接触压力进

8、行如下简化：在工程设计中，对接触压力进行如下简化： 以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即p=pip=pi， 接触形状为圆形，接触形状为圆形， 接触面上的压力为均匀分布接触面上的压力为均匀分布 即即将将车车轮轮荷荷载载简简化化成成当当量量的的圆圆形形均均布布荷荷载载，并采用轮胎内压作为轮胎接触压力并采用轮胎内压作为轮胎接触压力p p。 11 当量圆半径当量圆半径可以按下式确定。可以按下式确定。 式中：式中：P P作用在车轮上的荷载，作用在车轮上的荷载，kNkN； p p轮胎接触压力，轮胎接触压力，kpakpa； 接触面当量圆半径，接触面当量圆半径，m m。 轮胎与路面

9、的接触形状如下图所示：轮胎与路面的接触形状如下图所示： 1213四、 运动车辆对道路的动态影响 （1 1）水平力（与运动状态有关）水平力（与运动状态有关） （2 2）行驶荷载的特性）行驶荷载的特性 振动性振动性 瞬时性瞬时性 重复性重复性运动状态方向大小汽车等速行驶 与汽车行驶方向相反 较小 加速和上坡行驶 与汽车行驶方向相反 最大 减速和下坡行驶 与汽车行驶方向相同 最大 在弯道上行驶 与汽车行驶方向垂直 较大 14车辆行使过程中的动态响应和随机动力荷载图F(t) 0 P0 t 15 n汽车在路面上行使过程中，由于车辆自身各种因汽车在路面上行使过程中，由于车辆自身各种因 素（如发动机偏心转动

10、、轮胎花纹、燃料不均匀、素（如发动机偏心转动、轮胎花纹、燃料不均匀、 驾驶员操作不稳定等）、地面的不平整度以及辆驾驶员操作不稳定等）、地面的不平整度以及辆地面相互作用耦合，会使产生车体跳起与颠簸、车地面相互作用耦合，会使产生车体跳起与颠簸、车轴跳起与颠簸的现象、从而使车辆与路面振动，轴跳起与颠簸的现象、从而使车辆与路面振动， 产生使路面受到随机动力荷载，即荷载大小随时间产生使路面受到随机动力荷载，即荷载大小随时间随机变化。随机变化。16五、交通分析 1.1.交通量交通量 交交通通量量在在一一定定时时间间间间隔隔内内各各类类车车辆辆通通过过某某一断面的数量。一断面的数量。 年年平平均均日日交交通

11、通量量在在一一年年365365天天内内的的交交通通量量之之和除以和除以365365天。天。 交通量调查方法交通量调查方法直接记录、自动记录仪。直接记录、自动记录仪。 交通量年平均增长率交通量年平均增长率 设计年限内累计交通量设计年限内累计交通量 2.2.轴载组成与轴载换算轴载组成与轴载换算 轴载换算轴载换算道路上行驶的车辆轴载与通行次道路上行驶的车辆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。量通行次数。 我国的标准轴载为我国的标准轴载为BZZ-100BZZ-100。 17 轴载等效换算的原则轴载等效换算的原则同一种路面结构在不同轴同

12、一种路面结构在不同轴 载作用下达到相同的损伤程度。载作用下达到相同的损伤程度。 3 3轮迹横向分布轮迹横向分布 轮迹（车道）的横向分布轮迹（车道）的横向分布：按一定规律分布在车道横按一定规律分布在车道横断面上。断面上。 轮迹（车道）横向分布系数轮迹（车道）横向分布系数：对于路面横断面上某对于路面横断面上某 一宽度（轮迹宽度和车道宽度）范围内的频率，也一宽度（轮迹宽度和车道宽度）范围内的频率，也 即该宽度范围内所受到的车辆作用次数与通过该横断即该宽度范围内所受到的车辆作用次数与通过该横断 面的总作用次数的比值。面的总作用次数的比值。 影响因素影响因素：路面宽度和车道宽度、交通组织管理方路面宽度和

13、车道宽度、交通组织管理方 式（混合行驶、划线分车道行驶和分隔带（墩）分式（混合行驶、划线分车道行驶和分隔带（墩）分 车道行驶）、交通密度和交通组成。车道行驶）、交通密度和交通组成。18第二节 环境因素影响环境因素影响主要表现在环境因素影响主要表现在温度温度和和湿度湿度。 温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环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。境因素。 路基土和路面材料的路基土和路面材料的强度强度与与刚度刚度随路面结构内部温随路面结构内部温 度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 路基土和路面材料的路基土和路面材料的体积体积随路面体系内

14、的温度和随路面体系内的温度和 湿度升降而胀缩（胀缩因某种原因受到约束而不能湿度升降而胀缩（胀缩因某种原因受到约束而不能 实现时，路基和路面结构内便会产生附加应力，即实现时，路基和路面结构内便会产生附加应力，即 温度应力和湿度应力）。温度应力和湿度应力）。19二、公路路面的湿度状况 1.1.对路基的影响对路基的影响 冻胀翻浆（与温度作用共同进行）冻胀翻浆（与温度作用共同进行） 过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性 2.2.做好路基路面排水的重要性做好路基路面排水的重要性 n n 20第三节 土基的力学强度特性一、路基受力状况 u路基承受着路基承受着路基自重

15、路基自重和和汽车轮重汽车轮重这两种荷载。这两种荷载。 在路基上部靠近路面结构的一定深度内，路基土主要在路基上部靠近路面结构的一定深度内，路基土主要承受车辆荷载的影响。正确的设计应保证路基所受的力在路基承受车辆荷载的影响。正确的设计应保证路基所受的力在路基弹性限度以内，当车辆驶过后，路基能立即恢复原状，以保证弹性限度以内，当车辆驶过后，路基能立即恢复原状，以保证路基的相对稳定，路面不致引起破坏。路基的相对稳定，路面不致引起破坏。 u汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂 直荷载，路基为一弹性均质半空间体。直荷载，路基为一弹性均质半空间体。 u路基

16、土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力z可以用可以用 近似如下公式计算。近似如下公式计算。 21 P P：一侧轮重荷载（：一侧轮重荷载（kNkN）；）； K: K: 系数，一般取系数，一般取0.50.5； Z Z：荷载中心下应力作用点的深度（：荷载中心下应力作用点的深度（m m）。）。u路基土本身自重在路基内深度为路基土本身自重在路基内深度为Z Z处所引起的垂直处所引起的垂直压应力压应力B按下式计算：按下式计算： ：土的容重（：土的容重（kN/m3kN/m3）；）； Z: Z:应力作用点深度（应力作用点深度（m m）。）。 路基内任一点处的垂直应力路基内任一点

17、处的垂直应力包括由车轮荷载引起的包括由车轮荷载引起的z和由土基和由土基自重引起的自重引起的B。22二、路基工作区 概念：概念：在路基某一深度在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的处，当车轮荷载引起的垂直应力垂直应力z与路基土自重引起的垂直应力相比所与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为占比例很小，仅为11015时，该深度，该深度Za范围内范围内的路基称为路基工作区。的路基称为路基工作区。 确定：确定：路基工作区深度路基工作区深度Za可以用下式计算。可以用下式计算。 23式中式中:Z:Za a路基工作区深度路基工作区深度,m,m； p p一侧轮重荷载一侧轮重荷载,MPa,MPa； K

18、K系数，取系数，取0.50.5； 土的容重土的容重,kN/m3,kN/m3； n n系数系数,n,n5 51010。 u 在工作区范围内的路基在工作区范围内的路基, ,对于支承路面结构和对于支承路面结构和车轮荷载影响较大车轮荷载影响较大, ,在工作区范围以外的路基在工作区范围以外的路基, ,影影响逐渐减小。响逐渐减小。u 路基工作区内路基工作区内, ,土基的强度和稳定性对保证路土基的强度和稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要面结构的强度和稳定性极为重要, ,对工作区范围内对工作区范围内的土质选择、路基的压实度应提出较高的要求。的土质选择、路基的压实度应提出较高的要求。24三、路基土的应力

19、一应变特性 1 1、路基土的非线性变形特性、路基土的非线性变形特性 土应力一应变的非线性特性由土应力一应变的非线性特性由三轴压三轴压缩试验缩试验的结果表明：的结果表明： 土的变形包括土的变形包括弹性变形弹性变形和和塑性变形塑性变形两部分两部分 土土是非线弹性是非线弹性： 具有塑性变形体具有塑性变形体 ： 252 2、土基的荷载弯沉关系、土基的荷载弯沉关系 u荷载作用下土基内的应力沿竖向和水平方向都荷载作用下土基内的应力沿竖向和水平方向都是变化的，因而是变化的，因而土基内各点的模量值是不同的土基内各点的模量值是不同的。 u目前路面设计而言，最关心的主要是目前路面设计而言，最关心的主要是土基表面土

20、基表面的总变形的总变形（或总回弹变形）。（或总回弹变形）。压入承载板试验压入承载板试验是是研究土基荷载弯沉特性最常用的一种方法。把研究土基荷载弯沉特性最常用的一种方法。把反映荷载弯沉关系的模量，看作土基一个反映荷载弯沉关系的模量，看作土基一个当量当量的均匀模量值的均匀模量值。 u方法是以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面方法是以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面, ,逐级加荷卸荷逐级加荷卸荷, ,记录施加于承载板上的荷载及由记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起的沉降变形该荷载所引起的沉降变形, ,根据试验结果根据试验结果, ,可绘出可绘出土基顶面压应力与回弹变形的关系曲线。土基顶面压应力与回弹

21、变形的关系曲线。26 根据弹性力学理论，通过试验测得的回弹变形根据弹性力学理论，通过试验测得的回弹变形可以计算土基的回弹模量：可以计算土基的回弹模量： 式中：式中：l l承载板的回弹变形，承载板的回弹变形，m m； D D承载板的直径，承载板的直径，m m； E E土体的回弹模量，土体的回弹模量，kPakPa； 土体的泊松比；土体的泊松比； p p承载板压强，承载板压强，kpakpa。 27u模量：模量：初始切线模量初始切线模量切线模量切线模量割线模量割线模量回弹模量回弹模量283 3、土基的流变性质、土基的流变性质 u土是具有流变性质材料：在荷载作用下的变形不土是具有流变性质材料：在荷载作用

22、下的变形不仅与荷载大小有关，而且还与仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用时间荷载作用时间有关。有关。 u回弹变形与荷载的作用时间关系不大，塑性变形回弹变形与荷载的作用时间关系不大，塑性变形与荷载的作用时间关系大，与荷载的作用时间关系大，土的流变性主要同塑性土的流变性主要同塑性变形有关变形有关。 u车辆行驶时，车辆行驶时，车辆荷载对路基的作用时间短，产车辆荷载对路基的作用时间短，产生的塑性变形比静载长期作用下的塑性变形小得多。生的塑性变形比静载长期作用下的塑性变形小得多。可以可以在一般情况下，在一般情况下，不考虑土基的流变性质不考虑土基的流变性质。29四、重复荷载对路基土的影响 u土基在重复荷载作

23、用下产生的塑性变形积累，最土基在重复荷载作用下产生的塑性变形积累，最终将导致何种状况，主要取决于：终将导致何种状况，主要取决于： （1 1）土的性质（类型）和状态（含水量、密实度、）土的性质（类型）和状态（含水量、密实度、结构结构 状态）；状态）； （2 2）重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达）重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示，即相对荷载；到的极限强度之比来表示，即相对荷载； （3 3）荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度，）荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度，每次作用的持续时间以及重复作用的频率；每次作用的持续时间以及重复作用的频率； （4 4）土基中侧向应

24、力的大小。）土基中侧向应力的大小。 30u重复荷载对土基的影响主要体现在重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积塑性变形累积： （1 1）土体逐渐被压密）土体逐渐被压密, ,每次的塑性变形量逐渐减小每次的塑性变形量逐渐减小, ,直至最后稳定直至最后稳定, ,这种不会导致土体产生剪切破坏这种不会导致土体产生剪切破坏. . （2 2）每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪）每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形切变形, ,形成能引起土体整体破坏的剪裂面形成能引起土体整体破坏的剪裂面, ,最后最后达到破坏。达到破坏。 在在重重复复应应力力低低于于临临界界值值的的范范围围内内, ,总总应应

25、变变的的累累积积规规律律在在半对数半对数( (或对数或对数) )坐标上一般呈线性关系坐标上一般呈线性关系, ,可表示为可表示为 1 1=a+blgN=a+blgN 式中：式中：a a 应力一次作用下的初始应变；应力一次作用下的初始应变； b b应变增长回归系数；应变增长回归系数； N N应力重复作用次数。应力重复作用次数。 31第四节第四节 土基的承载能力u路基作为路面结构的基础，它的抵抗车轮荷路基作为路面结构的基础，它的抵抗车轮荷载能力的大小，主要决定于路基顶面在一定应载能力的大小，主要决定于路基顶面在一定应力级位下抵抗变形的能力。力级位下抵抗变形的能力。u用于表征土基承载力的主要参数指标：

26、用于表征土基承载力的主要参数指标： 回弹模量回弹模量 地基反应模量地基反应模量 加州承载比加州承载比(CBR)32一、土基回弹模量 以回弹模量表征土基的承载能力，可以以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土反映土 基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以，因而可以 应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。 有两种承载板可以用于测定土基回弹模量：有两种承载板可以用于测定土基回弹模量： 、柔柔性性压压板板：用用柔柔性性压压板板测测定定回回弹弹模模量量，土土基基与与压板之间的接触压力为常量，即：压板之间的接触压力为常量

27、，即： 33 承载板的挠度承载板的挠度l(r)与坐标与坐标r有关，在压板中心处有关，在压板中心处 (r0)，即：即： 在柔性压板边缘处在柔性压板边缘处ra，其挠度可以按下式计算：，其挠度可以按下式计算： 34 、刚性承载板、刚性承载板: : u板底接触压力则随板底接触压力则随r值的变化，成鞍形分布。其挠度值的变化，成鞍形分布。其挠度值与接触压力值与接触压力p值可分别按下式计算。值可分别按下式计算。 35u在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为它的挠度在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为它的挠度 易于测量，压力容易控制。易于测量，压力容易控制。 u试验时宜采用逐级加载卸载法，每级增加试验时宜采

28、用逐级加载卸载法，每级增加0.04MPa 0.04MPa 。 待待卸卸载载稳稳定定1min1min后后读读取取回回弹弹弯弯沉沉值值，再再加加下下一一级级荷荷载载。回回弹弹变变形形值值超超过过1mm1mm时时，则则停停止止加加载载。可可点点绘绘出出荷载荷载回弹弯沉曲线。回弹弯沉曲线。 u在曲线上选取合适的量值按下式进行计算。在曲线上选取合适的量值按下式进行计算。 式式中中：p pi i，l li i分分别别为为各各级级荷荷载载的的单单位位压压力力与与相相对对应的回弹弯沉值。应的回弹弯沉值。36二、地基反应模量 u用温克勒用温克勒(E(EWinkler)Winkler)地基模型描述土基工作状地基模

29、型描述土基工作状 态时，用地基反应模量态时，用地基反应模量K K表征土基的承载力表征土基的承载力。 u温克勒地基假定温克勒地基假定：土基顶面任一点的弯沉：土基顶面任一点的弯沉l l，仅同，仅同 作用于该点的垂直压力作用于该点的垂直压力p p成正比，而同其相邻点处成正比，而同其相邻点处 的压力无关。的压力无关。 u地基如同由许多各不相连的弹簧所组成（稠密液地基如同由许多各不相连的弹簧所组成（稠密液 体地基）体地基） u压力压力p p与弯沉与弯沉l l之比称为地基反应模量之比称为地基反应模量K K。 37 地基反应模量用承载板试验确定：地基反应模量用承载板试验确定： u承载板的直径规定为承载板的直

30、径规定为76cm76cm。 u测测定定方方法法与与回回弹弹模模量量测测定定方方法法相相类类似似，但但是是采采取取一次加载到位的方法。一次加载到位的方法。 u施施加加荷荷载载的的量量值值根根据据不不同同的的工工程程对对象象，有有两两种种方方法供选用。法供选用。 u当当地地基基较较为为软软弱弱时时：用用0.127cm0.127cm的的弯弯沉沉量量控控制制承承载载板板的的荷荷载载。因因为为，通通常常情情况况下下混混凝凝土土路路面面板板的的弯弯沉不会超出这一范围。沉不会超出这一范围。 u地地基基较较为为坚坚实实：弯弯沉沉值值难难以以达达到到0.127cm0.127cm时时，则则采采用用另另一一种种控控

31、制制方方法法，以以单单位位压压力力p p70kPa70kPa控控制制承承载板的荷载。载板的荷载。 38u承承载载板板直直径径的的大大小小对对其其值值有有一一定定影影响响，直直径径越越小，小，K K值越大。值越大。 u但但是是由由试试验验得得知知，当当承承载载板板直直径径大大于于76cm76cm时时，其其值值的的变变化化很很小小，因因此此规规定定以以直直径径为为76cm76cm的的承承载板为标准。载板为标准。 u当当采采用用直直径径为为30cm30cm的的承承载载板板测测定定时时，可可按按下下式式进行修正：进行修正： K K76760.4K0.4K3030 39三、加州承载比(CBR)u加州承载

32、比是早年由美国加利福尼亚州提出的加州承载比是早年由美国加利福尼亚州提出的一种一种 评定土基及路面材料承载能力的指标评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力承载能力以以 材料抵抗局部荷载压入变形的能材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征力表征，并，并采用高采用高 质量标准碎石为标准，以质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示它们的相对比值表示CBR CBR 值值。 uCBRCBR值有室内测试和现场测试。值有室内测试和现场测试。 u室内要按施工现场的含水量和压实度成型圆柱室内要按施工现场的含水量和压实度成型圆柱形标准试件，在加载前要浸水形标准试件，在加载前要浸水4d4d。 u室外测试结果受现场含水量

33、和压实均匀性的影室外测试结果受现场含水量和压实均匀性的影响，必须加以修正。响，必须加以修正。4041四、土基各强度指标之间的关系回弹模量回弹模量E E0 0与地基反应模量与地基反应模量k k的关系的关系 E Ec c水泥混凝土板的弹性模量，水泥混凝土板的弹性模量，MpaMpa； h h水泥混凝土板厚度，水泥混凝土板厚度，m m； 42 回弹模量回弹模量E E与加州承载比与加州承载比CBRCBR的关系的关系 n n为常数，一般为为常数，一般为211211之间之间 地基反应模量地基反应模量k k与加州承载比与加州承载比CBRCBR的关系：的关系： 43第五节第五节 路基的变形、破坏及防治 一、路基

34、的主要病害一、路基的主要病害 路基的主要病害有以下几种路基的主要病害有以下几种: : 1 1、 路基沉陷路基沉陷 ：(1)(1)自身压缩沉陷自身压缩沉陷 (2)(2)天天然然地地基基承承载载力力不不足足引起的沉陷。引起的沉陷。 442 2边坡滑塌：溜方、滑坡边坡滑塌：溜方、滑坡 453 3碎落和崩塌碎落和崩塌 4 4路基沿山坡滑动路基沿山坡滑动 5 5不良地质和水文条件造成的路基破坏不良地质和水文条件造成的路基破坏 n n 4647二、路基病害防治 为为提提高高路路基基的的稳稳定定性性，防防治治各各种种病病害害的的产产生生，主要有以主要有以 下一些措施：下一些措施： 1 1正确设计路基横断面。

35、正确设计路基横断面。 2 2选选择择良良好好的的路路基基用用土土填填筑筑路路基基，必必要要时时对对路路基上层填土作稳定处理。基上层填土作稳定处理。 3 3采采取取正正确确的的填填筑筑方方法法，充充分分压压实实路路基基，保保证证达到规定达到规定 的压实度。的压实度。 4 4适适当当提提高高路路基基，防防止止水水分分从从侧侧面面渗渗入入或或从从地地下水位上下水位上 升进入路基工作区范围。升进入路基工作区范围。 48 5 5正正确确进进行行排排水水设设计计( (包包括括地地面面排排水水、地地下下排排水水、路路 面结构排水以及地基的特殊排水面结构排水以及地基的特殊排水) )。 6 6必必要要时时设设计

36、计隔隔离离层层隔隔绝绝毛毛细细水水上上升升，设设置置隔隔温温层层 减减少少路路基基冰冰冻冻深深度度和和水水分分累累积积，设设置置砂砂垫垫层层以疏以疏 干土基。干土基。 7 7采采取取边边坡坡加加固固、修修筑筑挡挡土土结结构构物物、土土体体加加筋筋等等防防 护技术措施，以提高其整体稳定性。护技术措施，以提高其整体稳定性。 以以上上各各项项技技术术措措施施的的宗宗旨旨在在于于限限制制水水分分侵侵入入路路基基，或或使使已已侵侵路路基基的的水水分分迅迅速速排排除除，保保持干燥，提高路基的整体强度与稳定性持干燥，提高路基的整体强度与稳定性。 4950第六节路面材料的力学强度特性第六节路面材料的力学强度特

37、性 路面所用材料的分类路面所用材料的分类 (1)(1)松散颗粒型材料及块料；松散颗粒型材料及块料； (2)(2)沥青结合料类；沥青结合料类； (3)(3)无机结合料类。无机结合料类。 这些材料按不同的成型方式这些材料按不同的成型方式( (密实型、嵌挤密实型、嵌挤型和稳定型型和稳定型) )形成各种结构层。形成各种结构层。 51一、抗剪强度 抗剪强度抗剪强度材料受剪切时的极限或最大应力材料受剪切时的极限或最大应力 路面结构层因抗剪强度不足而产生破坏的情况有：路面结构层因抗剪强度不足而产生破坏的情况有： (1)路路面面结结构构层层厚厚度度较较薄薄，总总体体刚刚度度不不足足，车车轮轮荷荷载载通通过过薄

38、薄层层结结构构传传给给土土基基的的剪剪应应力力过过大大，导导致致路基路面整体结构发生剪切破坏；路基路面整体结构发生剪切破坏； (2)无无结结合合料料的的粒粒料料基基层层因因层层位位不不合合理理，内内部部剪剪应应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏；力过大而引起部分结构层产生剪切破坏； (3)面面层层结结构构的的材材料料抗抗剪剪强强度度较较低低，如如高高气气温温条条件件下下的的沥沥青青面面层层、级级配配碎碎石石面面层层等等，经经受受较较大大的的水水平平推推力力时时，面面层层材材料料产产生生纵纵向向或或横横向向推推移移等等各种剪切破坏。各种剪切破坏。 52摩尔摩尔(Mohr(MohrCoumbnb)

39、Coumbnb)强度理论，材料的抗剪强度强度理论，材料的抗剪强度 包括包括摩擦阻力摩擦阻力和和粘结力粘结力两部分组成，摩擦阻力同作用两部分组成，摩擦阻力同作用 在剪切面上的法向正应力成正比；粘结力为材料固有在剪切面上的法向正应力成正比；粘结力为材料固有 性质，与法向正应力无关，即：性质，与法向正应力无关，即： 式中式中 抗剪强度，抗剪强度，kPakPa； c c材料的粘结力，材料的粘结力，kPakPa； 法向正应力，法向正应力，kPakPa； 材料的内摩阻角。材料的内摩阻角。 uc c和和 是表征路面材料抗剪强度的两项参数，通过是表征路面材料抗剪强度的两项参数，通过 直接剪切试验直接剪切试验，

40、绘出，绘出-曲线后，按上式确定曲线后，按上式确定。53u对于对于松散粒料松散粒料无法进行无法进行直剪试验直剪试验时，可以由时，可以由三轴压三轴压 缩试验缩试验，绘制摩尔圆和相应的包络线，按上式直，绘制摩尔圆和相应的包络线，按上式直线线 关系近似确定关系近似确定c c、值。由于三轴试验较接近实际值。由于三轴试验较接近实际受力状态，因此得到广泛应用。受力状态，因此得到广泛应用。 u对于对于能作抗拉和无侧限抗压试验的材料能作抗拉和无侧限抗压试验的材料，可以根据，可以根据 抗拉强度抗拉强度t t和抗压强度和抗压强度c c推算推算c c、值。值。 54 u 土土和和颗颗粒粒材材料料的的抗抗剪剪强强度度是

41、是由由矿矿质质颗颗粒粒之之间间的的摩摩擦擦、嵌嵌挤挤以以及及毛毛细细和和吸吸附附等等作作用用形形成成的的。其其参参数数同同颗颗粒粒的的大大小小和和形形状状、矿矿物物成成分分和和级级配配、密密实实度度和和含含水水量量、受力条件等因素有关。受力条件等因素有关。 u 沥沥青青混混合合料料的的抗抗剪剪强强度度不不仅仅同同矿矿料料的的级级配配组组成成、形形状状和和表表面面特特性性有有关关，也也同同沥沥青青的的粘粘度度和和用用量量有有关关，还还与与试试验验温温度度、加加荷荷速速率率等等因因素素有有关关。混混合合料料中中的的矿矿质粒料因有沥青涂敷，其摩阻力比纯粒料有所下降。质粒料因有沥青涂敷，其摩阻力比纯粒

42、料有所下降。 55二、抗拉强度 抗拉强度抗拉强度材料受拉时的极限或最大应力材料受拉时的极限或最大应力 沥沥青青路路面面、水水泥泥混混凝凝土土路路面面及及各各种种半半刚刚性性基基层层在在气气温温急急骤骤下下降降时时产产生生收收缩缩，水水泥泥混混凝凝土土路路面面和和各各种种半半刚刚性性基基层层在在大大气气湿湿度度变变化化时时，产产生生明明显显的的干干缩缩，这这些些收收缩缩变变形形受受到到约约束束阻阻力力时时，将将在在结结构构层层内内产产生生拉拉力力，当当材材料料的的抗抗拉拉强强度度不不足足以以抵抵抗抗上上述述拉应力时，路面结构会产生拉伸断裂。拉应力时，路面结构会产生拉伸断裂。 抗拉强度的测定抗拉强

43、度的测定通常用下列两种方法测定通常用下列两种方法测定 ： 直接拉伸试验直接拉伸试验 间接拉伸试验（即劈裂试验）间接拉伸试验（即劈裂试验）5657u抗拉强度主要由混合料中抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力结合料的粘结力提供提供。 u沥青混合料在常温下沥青混合料在常温下，抗拉强度，随沥青含量，抗拉强度，随沥青含量和加荷速率的增加而增加，随针入度和温度的和加荷速率的增加而增加，随针入度和温度的增加而下降；增加而下降； u沥青混合料在负温下沥青混合料在负温下，抗拉强度随沥青针入度，抗拉强度随沥青针入度和温度的降低会略有下降；和温度的降低会略有下降； u水硬性材料水硬性材料，影响抗拉强度的因素有集料（

44、或，影响抗拉强度的因素有集料（或土）组成、结合料含量和活性（或水灰比），土）组成、结合料含量和活性（或水灰比），伴制均匀性和压实程度，龄期。伴制均匀性和压实程度，龄期。58三、抗弯拉强度 抗抗弯弯拉拉强强度度材材料料受受弯弯拉拉时时的的极极限限或或最最大大应应力力 路路面面材材料料的的抗抗弯弯拉拉强强度度，大大多多通通过过简简支支小小梁梁试试验验进进行行评评定定。小小梁梁截截面面边边长长的的尺尺寸寸应应不不低低于于混混合合料料中中集集料料最最大大粒粒径径的的4 4倍倍。通通常常采采用用三三分分点加载，材料的抗弯拉强度按下式计算：点加载，材料的抗弯拉强度按下式计算： 式中：式中：p p破坏荷载，

45、破坏荷载，kNkN； l l支点间距，支点间距，m m； b b，h h试试件件截截面面的的宽宽度度和和高高度，度，m m。 59四、应力一应变特性 1 1、颗粒材料、颗粒材料 u无无结结合合料料碎碎砾砾石石材材料料 应应力力应应变变特特性性具具有有明明显显的的非非线线性性特特征征，即即弹弹性性模模量量E Er r，随随偏偏应应力力d d(1 1 3 3 ) )的增大而减小，随侧压力的增大而减小，随侧压力3 3的增大而增大。的增大而增大。 u采用三轴压缩试验进行测定。采用三轴压缩试验进行测定。 2 2、水泥稳定类材料的应力应变特性、水泥稳定类材料的应力应变特性 u水泥稳定材料的应力应变关系可以

46、通过单轴或三水泥稳定材料的应力应变关系可以通过单轴或三 轴压缩试验或小梁弯曲试验得到。轴压缩试验或小梁弯曲试验得到。 60u 应力应变关系也呈现出非线性状，模量是应力应变关系也呈现出非线性状，模量是应力（偏应力和侧限应力）函数；在应力级应力（偏应力和侧限应力）函数；在应力级位低于极限荷载的位低于极限荷载的50%60%时，应力应变曲线时，应力应变曲线可近似为线性的。可近似为线性的。 u在在不不具具备备三三轴轴压压缩缩试试验验条条件件时时，可可以以采采用用室室内内承承载载板板法法测测定定无无机机结结合合料料混混合合料料早早期期抗抗压压回弹模量。回弹模量。61 3 3、沥青混合料的应力应变特性、沥青

47、混合料的应力应变特性 1)沥青混合料的应力应变关系沥青混合料的应力应变关系 u沥青及沥青混合料的应力应变关系具有随沥青及沥青混合料的应力应变关系具有随温度温度和和荷载作用时间荷载作用时间而变化的特性，具有粘弹性性状。而变化的特性，具有粘弹性性状。 u弹性应变弹性应变加载或卸载时，立即产生或恢复的应变；加载或卸载时，立即产生或恢复的应变； u粘弹性应变粘弹性应变应变随加载时间或卸载时间增加而增应变随加载时间或卸载时间增加而增加或减少的应变；加或减少的应变； u塑性应变塑性应变在卸载后应变不能恢复的应变。在卸载后应变不能恢复的应变。 u随随施加荷载的大小施加荷载的大小和和作用时间的不同作用时间的不

48、同，表现出不同，表现出不同的弹性性质、粘弹性性质和粘弹塑性性质。的弹性性质、粘弹性性质和粘弹塑性性质。 u沥青及沥青混合料的力学特性受沥青及沥青混合料的力学特性受温度温度与与加载时间加载时间的的影响较大。影响较大。622) 2) 沥青混合料沥青混合料劲度模量劲度模量劲度模量劲度模量 u反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条 件下的应力应变关系的参数，称为劲度。件下的应力应变关系的参数，称为劲度。式中：式中： S St t,T,T劲度模量，劲度模量，kPa kPa ； 施加的应力，施加的应力，kPakPa； 总应变；总应变； t t荷载作用时间，荷载

49、作用时间，s s； T T混合料试验温度，混合料试验温度，o oC C。 63u由沥青劲度试验曲线可以看出：由沥青劲度试验曲线可以看出： （1 1）当加荷时间短或温度较低时，曲线接近）当加荷时间短或温度较低时，曲线接近水平，表明材料处于弹性状态。水平，表明材料处于弹性状态。 （2 2）加荷时间很长或温度较高时，则表现为）加荷时间很长或温度较高时，则表现为粘滞性状；中间过渡段兼有弹一粘性状态。粘滞性状；中间过渡段兼有弹一粘性状态。 （3 3）各种温度条件下的曲线形状有相似性，）各种温度条件下的曲线形状有相似性，只是在水平方向有一个时间间隔。只是在水平方向有一个时间间隔。 （4 4）这表明温度对劲

50、度的影响与加荷时间对）这表明温度对劲度的影响与加荷时间对劲度的影响具有等效互换性。劲度的影响具有等效互换性。64五、测定沥青混合料的劲度试验方法 1 1、蠕变模量试验、蠕变模量试验 对沥青混合料试件施加恒定的单轴和对沥青混合料试件施加恒定的单轴和三轴荷载测定试件的压缩应变随时间的增长。三轴荷载测定试件的压缩应变随时间的增长。 荷载可以是静态的（大小随时间不变）荷载可以是静态的（大小随时间不变），也可以，也可以 是动态的（连续的正弦波形）或重是动态的（连续的正弦波形）或重复的（正弦或梯形）复的（正弦或梯形） 波形，但各次脉冲之间波形，但各次脉冲之间有一段应力为零的间隙时间。有一段应力为零的间隙时

51、间。652 2、动态模量试验、动态模量试验 对试件施加连续的正弦波形轴向应力对试件施加连续的正弦波形轴向应力 量测由此产生的正弦变化的轴向应变量测由此产生的正弦变化的轴向应变 复数模量或动态模量复数模量或动态模量 663 3、回弹模量试验、回弹模量试验 对试件重复施加梯（矩）形或半正弦（三对试件重复施加梯（矩）形或半正弦（三角）形角）形 轴向应力或荷载，量测轴向回弹应变、轴向应力或荷载，量测轴向回弹应变、径向回弹应变径向回弹应变 或回弹挠度进行。或回弹挠度进行。 三轴压缩回弹模量三轴压缩回弹模量 间接拉伸（劈裂）回弹模量间接拉伸（劈裂）回弹模量 弯曲回弹模量弯曲回弹模量67第七节 路面材料的累

52、积变形与 疲劳特性u 由由于于重重复复荷荷载载作作用用引引起起的的路路面面结结构构破破坏坏极极限限状状态态, ,不同于最大极限荷载引起的破坏极限状态。不同于最大极限荷载引起的破坏极限状态。 u 路路面面结结构构在在荷荷载载应应力力重重复复作作用用下下，可可能能出出现现的破坏极限状态有二类：的破坏极限状态有二类： 68 第一类第一类: :若路面材料处于若路面材料处于弹塑性工作状态弹塑性工作状态，则重复，则重复荷载作用将引起塑性变形的累积，当累积变形超荷载作用将引起塑性变形的累积，当累积变形超出一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度出一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度以下，出现破坏极限状态

53、；以下，出现破坏极限状态； 第二类第二类: :路面材料处于路面材料处于弹性工作状态弹性工作状态，在重复荷载，在重复荷载作用下虽不产生塑性变形，但是结构内部将产生作用下虽不产生塑性变形，但是结构内部将产生微量损伤，当微量损伤累积达到一定限度时，路微量损伤，当微量损伤累积达到一定限度时，路面结构产生疲劳断裂，出现破坏极限状态。面结构产生疲劳断裂，出现破坏极限状态。69一、累积变形 u路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形累积而产路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形累积而产生生沉陷沉陷或或车辙车辙，是路面结构的主要病害。这种永久性，是路面结构的主要病害。这种永久性的变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合的变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合。 1.1.碎、砾石混合料碎、砾石混合料 uu 碎、砾石混合料在重复应力作用下的塑性变形累积碎、砾石混合料在重复应力作用下的塑性变形累积规律同细粒土相似。规律同细粒土相似。 70 2 2、沥青混合料、沥青混合料 塑性应变量随重复作用次数的增加而增加塑性应变量随重复作用次数的增加而增加的情况。温度越高，塑性应变累积量越大。的情况。温度越高，塑性应变累积量越大。 影响累积变形的因素，除了温度、施加应影响累积变形的因素，除了温度、施加应力大小以及加荷时间之外，力大小以及加荷时间之外， 同集料的状况也有同集料的状况也有关系。关系。71