《路基路面工程：第四章材料力学特性二》由会员分享，可在线阅读，更多相关《路基路面工程：第四章材料力学特性二（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章第四章第四章第四章 材料的力学特性材料的力学特性材料的力学特性材料的力学特性 路路面面的的损损坏坏有有相相当当大大部部分分原原因因是是路路基基过过量量的的塑塑性性变变形形所所造造成成的。控制路基变形是路面设计的一项重要的设计内容。的。控制路基变形是路面设计的一项重要的设计内容。 同同时时，对对路路基基力力学学特特性性的的认认识识将将有有助助于于更更深深入入地地理理解解和和掌掌握握路路面面结结构构整整体体的的力力学学特特性性，掌掌握握路路基基路路面面结结构构的的设设计计理理论论，使使所所设设计计的的路路面面结结构构更更能能适适应应不不同同的的自自然然环环境境和和受受力力环环境境；也也为为施
2、施工工工艺和施工控制提供正确的指导。工艺和施工控制提供正确的指导。 本章的主要内容有：本章的主要内容有：本章的主要内容有：本章的主要内容有： 4-1 路基受力和工作区 4-4 变形特性 4-2 极限强度 4-5 荷载-弯沉关系 4-3 疲劳特性4-1 路基的受力和工作区路基的受力和工作区一、一、 土基的受力土基的受力二、二、 土基的工作区土基的工作区一、一、一、一、 路基的受力路基的受力路基的受力路基的受力作用于路基的荷载主要有：作用于路基的荷载主要有： 路基路面的自重（静载） 汽车的轮重（动载） 路基的力学模型：路基的力学模型： 均质的弹性半空间无限体上作用着均布 或集中荷载 。力学模型的假
3、设前提：力学模型的假设前提： 路面结构对行车荷载的应力扩散，路基顶面承受着较小的动载应较小的动载应力作用力作用，在较低级位的应力作用下，路基 产生的变形极小，近似看作应力应变关 系在弹性变形范围内。pp 荷载引起路基相当深度内处于应力状态。荷载引起路基相当深度内处于应力状态。 1 1、路基和路面材料（换算为、路基和路面材料（换算为 一定厚度的路基土层）的自一定厚度的路基土层）的自 身重量在路基内深度为身重量在路基内深度为 处处 所引起的应力为：所引起的应力为： 与计算点位置有关的系数，与计算点位置有关的系数， 轮轮迹中心下路基土的应力为最大，此时迹中心下路基土的应力为最大，此时 ， 。 2 2
4、、汽车轮载在路基内所引起的应力汽车轮载在路基内所引起的应力汽车轮载在路基内所引起的应力汽车轮载在路基内所引起的应力集中荷载集中荷载P P在深度为在深度为 、水平距离为水平距离为 处产生的竖向应力的弹性处产生的竖向应力的弹性力学解为：力学解为： 土基工作区车轮荷载应力的分布深度 （或称车轮荷载有效的作用深度）。二、二、二、二、 土基的工作区土基的工作区土基的工作区土基的工作区 达到一定深度 时， ，即 即动荷载的有效作用深度即动荷载的有效作用深度 ：汽车的轴重不同、路基土的密实程度不同，路面结构的刚度不汽车的轴重不同、路基土的密实程度不同，路面结构的刚度不 同，所取的比值系数不同，会得到不同的路
5、基工作区深度同，所取的比值系数不同，会得到不同的路基工作区深度 。研究路基工作区的意义研究路基工作区的意义研究路基工作区的意义研究路基工作区的意义 1、明确了轴重的大小对路基的影响深度有较大的差异； 2、路基不同深度处的应力 状态不同，则对路基的强度 和稳定性的要求就不同； 路路面面的的刚刚度度和和材材料料的的单单位位重重均均较较路路基基土土大大，路路基基工工作作区区的的实实际际深深度度随随路路面面的的强强度度的的增增加加而而减小。减小。材料的力学特性 路基路面材料，大致分为三大类型：路基路面材料，大致分为三大类型： （1 1）土和颗粒材料；）土和颗粒材料； （2 2）沥青类材料；）沥青类材料
6、； （3 3）水硬性材料。）水硬性材料。 这这些些材材料料在在车车轮轮荷荷载载和和环环境境因因素素影影响响下下所所表表现现出出的的力力学性能有很大差异。学性能有很大差异。4-4-2 2 极限强度极限强度极限强度极限强度 极限强度是指材料在静载一次作用下达到极限状态极限强度是指材料在静载一次作用下达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大应力。或出现破坏时所能承受的最大应力。 路基路面结构可能出现的强度破坏通常有两种：路基路面结构可能出现的强度破坏通常有两种： （1 1）因剪应力过大而引起沿某一滑动面得滑移或相）因剪应力过大而引起沿某一滑动面得滑移或相对变位（路基坍塌和沥青面层拥起等）；对变位（路基
7、坍塌和沥青面层拥起等）； （2 2）因拉应力或弯拉应力过大（气温突然下降或轮）因拉应力或弯拉应力过大（气温突然下降或轮载过重）而引起的断裂。载过重）而引起的断裂。 本章主要内容：本章主要内容： 一、抗一、抗剪强度剪强度 二、抗二、抗拉强度拉强度 三、抗弯拉强度三、抗弯拉强度一、抗剪强度 摩尔摩尔- -库伦强度理论：库伦强度理论： c c和和 分分别别为为材材料料的的粘粘聚聚力力和和内内摩摩擦擦角角，是是表表征征材材料料抗抗剪强度的两项参数。剪强度的两项参数。 c c和和 值值，对对于于土土，可可以以直直接接通通过过直直剪剪试试验验得得到到；对对于于松散粒料无法做直接剪切试验，可用三轴压缩试验测
8、定。松散粒料无法做直接剪切试验，可用三轴压缩试验测定。 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特性有关，还同沥青的粘度和用量有关。面特性有关，还同沥青的粘度和用量有关。二、抗拉强度 材材料料的的抗抗拉拉强强度度可可采采用用直直接接拉拉伸伸试试验验或或间间接接拉拉伸伸试试验测定。验测定。 路面材料抗拉强度主要由混合料的粘结力提供。路面材料抗拉强度主要由混合料的粘结力提供。 气气温温变变化化会会引引起起路路面面材材料料收收缩缩，温温度度变变化化能能产产生生半半刚刚性性材材料料干干缩缩，当当收收缩缩变变形形收收到到约约束束，即即在在材材料
9、料内内产产生生拉应力，材料抗拉强度不足即可引起路面材料拉伸断裂。拉应力，材料抗拉强度不足即可引起路面材料拉伸断裂。三、抗弯拉强度 材料的抗弯拉强度大多通过室内简支小梁试验测定。材料的抗弯拉强度大多通过室内简支小梁试验测定。 路路面面材材料料的的实实际际工工作作状状态态是是弯弯曲曲反反复复变变化化的的，结结构构底层首先容易出现局部拉裂，产生弯曲断裂。底层首先容易出现局部拉裂，产生弯曲断裂。 影影响响沥沥青青混混合合料料或或水水硬硬性性材材料料抗抗弯弯拉拉强强度度的的因因素素，同抗拉强度。同抗拉强度。4-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 1 1、路面结构破坏的极限状态、路面结构破坏的极
10、限状态、路面结构破坏的极限状态、路面结构破坏的极限状态 1 1）路面材料处于弹塑性工作状态：重复荷载作用引起）路面材料处于弹塑性工作状态：重复荷载作用引起）路面材料处于弹塑性工作状态：重复荷载作用引起）路面材料处于弹塑性工作状态：重复荷载作用引起塑性变形累积，当塑性变形累积，当塑性变形累积，当塑性变形累积，当累积变形累积变形累积变形累积变形超出一定限度即造成路面使超出一定限度即造成路面使超出一定限度即造成路面使超出一定限度即造成路面使用功能下降至允许限度以下，从而出现破坏极限状态用功能下降至允许限度以下，从而出现破坏极限状态用功能下降至允许限度以下，从而出现破坏极限状态用功能下降至允许限度以下
11、，从而出现破坏极限状态（此为（此为（此为（此为使用极限状态使用极限状态使用极限状态使用极限状态）。）。）。）。 2 2）路面材料处于弹性工作状态：重复荷载作用虽不产）路面材料处于弹性工作状态：重复荷载作用虽不产）路面材料处于弹性工作状态：重复荷载作用虽不产）路面材料处于弹性工作状态：重复荷载作用虽不产生塑性变形，但结构内产生微裂缝，当微量损伤累积到生塑性变形，但结构内产生微裂缝，当微量损伤累积到生塑性变形，但结构内产生微裂缝，当微量损伤累积到生塑性变形，但结构内产生微裂缝，当微量损伤累积到一定限度时即致使路面材料出现一定限度时即致使路面材料出现一定限度时即致使路面材料出现一定限度时即致使路面材
12、料出现疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂，达到破坏极，达到破坏极，达到破坏极，达到破坏极限状态（即限状态（即限状态（即限状态（即结构承载疲劳极限状态结构承载疲劳极限状态结构承载疲劳极限状态结构承载疲劳极限状态）（）（）（）（这种重复荷载的这种重复荷载的这种重复荷载的这种重复荷载的大小远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小大小远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小大小远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小大小远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小）。）。）。）。4-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 2 2、路面材料在重复荷载下的破坏类型、路面材料在重复荷载下的破坏类型、路面材料在重复荷载下的破
13、坏类型、路面材料在重复荷载下的破坏类型 水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏。 沥青混合料：低温环境中基本处于弹性工作状态，出现沥青混合料：低温环境中基本处于弹性工作状态，出现沥青混合料：低温环境中基本处于弹性工作状态，出现沥青混合料：低温环境中基本处于弹性工作状态，出现疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏；高温环境处于弹塑性工作状态，出现高温环境处于弹塑性工作状态，出现高温环境处于弹塑性工作状态，出现高温环境处于弹塑性工作状态，出现累积变形累积变形累积变形累积变形；
14、温度在上述范围内变化时；温度在上述范围内变化时；温度在上述范围内变化时；温度在上述范围内变化时则兼有则兼有则兼有则兼有疲劳破坏和累积变形疲劳破坏和累积变形疲劳破坏和累积变形疲劳破坏和累积变形两种极限状态。两种极限状态。两种极限状态。两种极限状态。 无机结合料稳定材料：低龄期处于低塑性的弹塑性状态，其后基本无机结合料稳定材料：低龄期处于低塑性的弹塑性状态，其后基本无机结合料稳定材料：低龄期处于低塑性的弹塑性状态，其后基本无机结合料稳定材料：低龄期处于低塑性的弹塑性状态，其后基本处于弹性工作状态，因此使用过程中主要为处于弹性工作状态，因此使用过程中主要为处于弹性工作状态，因此使用过程中主要为处于弹
15、性工作状态，因此使用过程中主要为疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏极限状态。极限状态。极限状态。极限状态。 碎（砾）石：属于松散类材料，具有移动变形，可引起碎（砾）石：属于松散类材料，具有移动变形，可引起碎（砾）石：属于松散类材料，具有移动变形，可引起碎（砾）石：属于松散类材料，具有移动变形，可引起 结构结构结构结构塑性变形累积塑性变形累积塑性变形累积塑性变形累积，但在其上有结合料类材料时可因支撑不足引起其上，但在其上有结合料类材料时可因支撑不足引起其上，但在其上有结合料类材料时可因支撑不足引起其上，但在其上有结合料类材料时可因支撑不足引起其上材料的疲劳破坏。材料的疲劳破坏。材料的疲劳破坏。材料
16、的疲劳破坏。 土（碎石土）：细粒土受大气湿度影响，因此路面结构处于土（碎石土）：细粒土受大气湿度影响，因此路面结构处于土（碎石土）：细粒土受大气湿度影响，因此路面结构处于土（碎石土）：细粒土受大气湿度影响，因此路面结构处于弹塑性工作状态，弹塑性工作状态，弹塑性工作状态，弹塑性工作状态，塑性变形累积塑性变形累积塑性变形累积塑性变形累积是主要极限状态形式。是主要极限状态形式。是主要极限状态形式。是主要极限状态形式。4-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 3 3、概念、概念、概念、概念 疲劳：疲劳：疲劳：疲劳：材料承受多次重复应力的作用，会在低于材料极限材料承受多次重复应力的作用，会在低于
17、材料极限材料承受多次重复应力的作用，会在低于材料极限材料承受多次重复应力的作用，会在低于材料极限强度的应力值时出现破坏现象，称作疲劳。强度的应力值时出现破坏现象，称作疲劳。强度的应力值时出现破坏现象，称作疲劳。强度的应力值时出现破坏现象，称作疲劳。 疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏：材料由于微结构不均匀诱发应力集中而出现微：材料由于微结构不均匀诱发应力集中而出现微：材料由于微结构不均匀诱发应力集中而出现微：材料由于微结构不均匀诱发应力集中而出现微损伤，在重复应力作用下微量损伤累积扩大而导致的结构破坏称作损伤，在重复应力作用下微量损伤累积扩大而导致的结构破坏称作损伤，在重复应力作用下微量损伤累积
18、扩大而导致的结构破坏称作损伤，在重复应力作用下微量损伤累积扩大而导致的结构破坏称作疲劳破坏。疲劳破坏。疲劳破坏。疲劳破坏。 疲劳强度疲劳强度疲劳强度疲劳强度：材料达到疲劳破坏时所能经受的反复应力大小：材料达到疲劳破坏时所能经受的反复应力大小：材料达到疲劳破坏时所能经受的反复应力大小：材料达到疲劳破坏时所能经受的反复应力大小称作疲劳强度。称作疲劳强度。称作疲劳强度。称作疲劳强度。 疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限：重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而：重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而：重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而：重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而增加，当重复应力（
19、应变）值减少到重复荷载作用次数无限大时的增加，当重复应力（应变）值减少到重复荷载作用次数无限大时的增加，当重复应力（应变）值减少到重复荷载作用次数无限大时的增加，当重复应力（应变）值减少到重复荷载作用次数无限大时的重复应力（应变）值即称为疲劳极限。重复应力（应变）值即称为疲劳极限。重复应力（应变）值即称为疲劳极限。重复应力（应变）值即称为疲劳极限。 疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命：材料从开始加载到破坏所对应的重复荷：材料从开始加载到破坏所对应的重复荷：材料从开始加载到破坏所对应的重复荷：材料从开始加载到破坏所对应的重复荷 载作用次数称为疲劳寿命。载作用次数称为疲劳寿命。载作用次数称为疲劳寿命
20、。载作用次数称为疲劳寿命。4-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 4 4、沥青混合料的疲劳特性、沥青混合料的疲劳特性、沥青混合料的疲劳特性、沥青混合料的疲劳特性 沥青混凝土材料疲劳试验有沥青混凝土材料疲劳试验有沥青混凝土材料疲劳试验有沥青混凝土材料疲劳试验有控制应力控制应力控制应力控制应力与与与与控制应变控制应变控制应变控制应变两种试验方法。两种试验方法。两种试验方法。两种试验方法。 控制应力是在试验过程中每次施加的荷载或应力值保持不变。控制应力是在试验过程中每次施加的荷载或应力值保持不变。控制应力是在试验过程中每次施加的荷载或应力值保持不变。控制应力是在试验过程中每次施加的荷载或应
21、力值保持不变。 控制应变是在试验过程中由于混合料模量逐步下降，需要不断控制应变是在试验过程中由于混合料模量逐步下降，需要不断控制应变是在试验过程中由于混合料模量逐步下降，需要不断控制应变是在试验过程中由于混合料模量逐步下降，需要不断减小所施加的荷载或应力，使试件产生的变形或应变值保持不变。减小所施加的荷载或应力，使试件产生的变形或应变值保持不变。减小所施加的荷载或应力，使试件产生的变形或应变值保持不变。减小所施加的荷载或应力，使试件产生的变形或应变值保持不变。 厚沥青路面宜采用控制应力的方法。厚沥青路面宜采用控制应力的方法。厚沥青路面宜采用控制应力的方法。厚沥青路面宜采用控制应力的方法。 薄沥
22、青路面宜采用控制应变方法，介于两者之间时可采取其中薄沥青路面宜采用控制应变方法，介于两者之间时可采取其中薄沥青路面宜采用控制应变方法，介于两者之间时可采取其中薄沥青路面宜采用控制应变方法，介于两者之间时可采取其中一种方法。一种方法。一种方法。一种方法。 目前一般建议采用控制应变方法。目前一般建议采用控制应变方法。目前一般建议采用控制应变方法。目前一般建议采用控制应变方法。4-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 5 5、水硬性材料的疲劳特性、水硬性材料的疲劳特性、水硬性材料的疲劳特性、水硬性材料的疲劳特性 通过小梁试件施加重复应力（应变）来试验。通过小梁试件施加重复应力（应变）来试验。
23、通过小梁试件施加重复应力（应变）来试验。通过小梁试件施加重复应力（应变）来试验。 材料的疲劳寿命主要取决于反复施加的弯拉应力材料的疲劳寿命主要取决于反复施加的弯拉应力材料的疲劳寿命主要取决于反复施加的弯拉应力材料的疲劳寿命主要取决于反复施加的弯拉应力 与一次荷与一次荷与一次荷与一次荷载作用下的极限弯拉应力载作用下的极限弯拉应力载作用下的极限弯拉应力载作用下的极限弯拉应力 的比值（称作应力水平）。的比值（称作应力水平）。的比值（称作应力水平）。的比值（称作应力水平）。 疲劳方程：疲劳方程：疲劳方程：疲劳方程： 在一定的应力条件下，水硬性材料的疲劳寿命决定于极限强度，故在一定的应力条件下，水硬性材
24、料的疲劳寿命决定于极限强度，故在一定的应力条件下，水硬性材料的疲劳寿命决定于极限强度，故在一定的应力条件下，水硬性材料的疲劳寿命决定于极限强度，故在多数在多数在多数在多数 情况下，凡有助于提高材料强度的措施，也有利于延长疲劳寿命。情况下，凡有助于提高材料强度的措施，也有利于延长疲劳寿命。情况下，凡有助于提高材料强度的措施，也有利于延长疲劳寿命。情况下，凡有助于提高材料强度的措施，也有利于延长疲劳寿命。 4-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 6 6、水泥混凝土路面的疲劳特性、水泥混凝土路面的疲劳特性、水泥混凝土路面的疲劳特性、水泥混凝土路面的疲劳特性 水泥混凝土路面实际上受到荷载应力
25、和其他应力（如温度应水泥混凝土路面实际上受到荷载应力和其他应力（如温度应水泥混凝土路面实际上受到荷载应力和其他应力（如温度应水泥混凝土路面实际上受到荷载应力和其他应力（如温度应力）的综合作用，变动于力）的综合作用，变动于力）的综合作用，变动于力）的综合作用，变动于 （如温度应力）和（如温度应力）和（如温度应力）和（如温度应力）和 （如荷（如荷（如荷（如荷载和温度应力的叠加值）之间，两者的比值，称为高低应力比载和温度应力的叠加值）之间，两者的比值，称为高低应力比载和温度应力的叠加值）之间，两者的比值，称为高低应力比载和温度应力的叠加值）之间，两者的比值，称为高低应力比R R 水泥混凝土路面的疲劳
26、方程可用单对数或双对数形式表示：水泥混凝土路面的疲劳方程可用单对数或双对数形式表示：水泥混凝土路面的疲劳方程可用单对数或双对数形式表示：水泥混凝土路面的疲劳方程可用单对数或双对数形式表示： 上述室内试验得到的疲劳方程还应通过路面实际使用情况的检验予上述室内试验得到的疲劳方程还应通过路面实际使用情况的检验予上述室内试验得到的疲劳方程还应通过路面实际使用情况的检验予上述室内试验得到的疲劳方程还应通过路面实际使用情况的检验予以修正。现行规范利用双对数疲劳方程推导轴载等效换算公式时，选取以修正。现行规范利用双对数疲劳方程推导轴载等效换算公式时，选取以修正。现行规范利用双对数疲劳方程推导轴载等效换算公式
27、时，选取以修正。现行规范利用双对数疲劳方程推导轴载等效换算公式时，选取 a=1.0, b=0.0516a=1.0, b=0.05164-4-3 3 疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性 7 7、迈因纳（、迈因纳（、迈因纳（、迈因纳（Miner)Miner)定律定律定律定律 不同车型荷载作用下的材料，其所出现的疲劳损伤可以进行线性叠不同车型荷载作用下的材料，其所出现的疲劳损伤可以进行线性叠不同车型荷载作用下的材料，其所出现的疲劳损伤可以进行线性叠不同车型荷载作用下的材料，其所出现的疲劳损伤可以进行线性叠加，某一级荷载对材料疲劳寿命的影响可表示为加，某一级荷载对材料疲劳寿命的影响可表示为加，某一级荷载
28、对材料疲劳寿命的影响可表示为加，某一级荷载对材料疲劳寿命的影响可表示为n ni i/ /NNi i n ni i-k-k个荷载中，荷载级位个荷载中，荷载级位个荷载中，荷载级位个荷载中，荷载级位i i的作用次数；的作用次数；的作用次数；的作用次数； NNi i-第第第第i i级荷载的疲劳寿命；该级荷载作用一次相当于消耗级荷载的疲劳寿命；该级荷载作用一次相当于消耗级荷载的疲劳寿命；该级荷载作用一次相当于消耗级荷载的疲劳寿命；该级荷载作用一次相当于消耗 材料材料材料材料疲劳寿命的疲劳寿命的疲劳寿命的疲劳寿命的1/N1/Ni i。 材料的综合损伤为各级荷载重复作用消耗的材料疲劳寿命的总和，材料的综合损
29、伤为各级荷载重复作用消耗的材料疲劳寿命的总和，材料的综合损伤为各级荷载重复作用消耗的材料疲劳寿命的总和，材料的综合损伤为各级荷载重复作用消耗的材料疲劳寿命的总和，即：即：即：即：4-4-4 4 变形特性变形特性变形特性变形特性 一、变形（应变）分析一、变形（应变）分析一、变形（应变）分析一、变形（应变）分析 材料受力后产生的变形可包括弹性、粘弹性、粘性材料受力后产生的变形可包括弹性、粘弹性、粘性材料受力后产生的变形可包括弹性、粘弹性、粘性材料受力后产生的变形可包括弹性、粘弹性、粘性和塑性变形。和塑性变形。和塑性变形。和塑性变形。 沥青混合料的蠕变试验表明，在作用应力恒定的情沥青混合料的蠕变试验
30、表明，在作用应力恒定的情沥青混合料的蠕变试验表明，在作用应力恒定的情沥青混合料的蠕变试验表明，在作用应力恒定的情况下，变形随时间发展，取决于作用应力的大小。当施况下，变形随时间发展，取决于作用应力的大小。当施况下，变形随时间发展，取决于作用应力的大小。当施况下，变形随时间发展，取决于作用应力的大小。当施加的应力相当小，特别是受荷时间短时，混合料处于或加的应力相当小，特别是受荷时间短时，混合料处于或加的应力相当小，特别是受荷时间短时，混合料处于或加的应力相当小，特别是受荷时间短时，混合料处于或基本处于弹性状态或兼有粘弹性性质。当应力足够大，基本处于弹性状态或兼有粘弹性性质。当应力足够大，基本处于
31、弹性状态或兼有粘弹性性质。当应力足够大，基本处于弹性状态或兼有粘弹性性质。当应力足够大，特别是受荷时间较长时，混合料处于弹特别是受荷时间较长时，混合料处于弹特别是受荷时间较长时，混合料处于弹特别是受荷时间较长时，混合料处于弹- -粘粘粘粘- -塑性状态。塑性状态。塑性状态。塑性状态。 温度对沥青混合料性状也有重大影响，低温时，混温度对沥青混合料性状也有重大影响，低温时，混温度对沥青混合料性状也有重大影响，低温时，混温度对沥青混合料性状也有重大影响，低温时，混合料基本属弹性体，常温和高温时可能相应变为弹合料基本属弹性体，常温和高温时可能相应变为弹合料基本属弹性体，常温和高温时可能相应变为弹合料基
32、本属弹性体，常温和高温时可能相应变为弹- -粘粘粘粘或弹或弹或弹或弹- -粘粘粘粘- -塑性体。塑性体。塑性体。塑性体。4-4-4 4 变形特性变形特性变形特性变形特性 1 1、应力、应力、应力、应力- -应变关系：应变关系：应变关系：应变关系： 模量模量模量模量E E为应力与应变之比。为应力与应变之比。为应力与应变之比。为应力与应变之比。 路基土和路面材料应力路基土和路面材料应力路基土和路面材料应力路基土和路面材料应力- -应变关系具有应变关系具有应变关系具有应变关系具有非线性非线性非线性非线性特点。特点。特点。特点。其模量值随应力级位大小和取值方法而异。其模量值随应力级位大小和取值方法而异
33、。其模量值随应力级位大小和取值方法而异。其模量值随应力级位大小和取值方法而异。4-4-4 4 变形特性变形特性变形特性变形特性 尽管土基的应力尽管土基的应力尽管土基的应力尽管土基的应力应变关系表现出非线性特征，但在评定土基的应力应变关系表现出非线性特征，但在评定土基的应力应变关系表现出非线性特征，但在评定土基的应力应变关系表现出非线性特征，但在评定土基的应力应应应应变状态及设计路面结构时，一般仍用模量值来表征。最简单的是局部线性法，变状态及设计路面结构时，一般仍用模量值来表征。最简单的是局部线性法，变状态及设计路面结构时，一般仍用模量值来表征。最简单的是局部线性法，变状态及设计路面结构时，一般
34、仍用模量值来表征。最简单的是局部线性法，即在曲线的某一小段内，近似地将其视为直线，以直线的斜率作为模量值，即在曲线的某一小段内，近似地将其视为直线，以直线的斜率作为模量值，即在曲线的某一小段内，近似地将其视为直线，以直线的斜率作为模量值，即在曲线的某一小段内，近似地将其视为直线，以直线的斜率作为模量值，此时，按应力此时，按应力此时，按应力此时，按应力应变曲线上应力取值的方法不同而赋以不同的模量定义：应变曲线上应力取值的方法不同而赋以不同的模量定义：应变曲线上应力取值的方法不同而赋以不同的模量定义：应变曲线上应力取值的方法不同而赋以不同的模量定义： (1) (1)初始切线模量，应力值为零时的应力
35、初始切线模量，应力值为零时的应力初始切线模量，应力值为零时的应力初始切线模量，应力值为零时的应力应变曲线斜率，代表加载开始时应变曲线斜率，代表加载开始时应变曲线斜率，代表加载开始时应变曲线斜率，代表加载开始时的应力的应力的应力的应力应变状况应变状况应变状况应变状况( (线线线线) )； (2)(2)切线模量，某一应力级位处应力切线模量，某一应力级位处应力切线模量，某一应力级位处应力切线模量，某一应力级位处应力应变曲线的斜率，反映该级应力应变曲线的斜率，反映该级应力应变曲线的斜率，反映该级应力应变曲线的斜率，反映该级应力应应应应变变化的关系变变化的关系变变化的关系变变化的关系( (线线线线) )
36、； (3)(3)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，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，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，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反映土基在工作应力范围内的应力反映土基在工作应力范围内的应力反映土基在工作应力范围内的应力应变的平均状态应变的平均状态应变的平均状态应变的平均状态( (线线线线) )； (4)(4)回弹模量，应力卸除阶段应力回弹模量，应力卸除阶段应力回弹模量，应力卸除阶段应力回弹模量，应力卸除阶段应力应变曲线的割线模量应
37、变曲线的割线模量应变曲线的割线模量应变曲线的割线模量( (线线线线) )。 前三种模量中的应变包括塑性变形和回弹变形，这三项模量指标，特别是前三种模量中的应变包括塑性变形和回弹变形，这三项模量指标，特别是前三种模量中的应变包括塑性变形和回弹变形，这三项模量指标，特别是前三种模量中的应变包括塑性变形和回弹变形，这三项模量指标，特别是割线模量割线模量割线模量割线模量( (又称变形模量又称变形模量又称变形模量又称变形模量) )常用于路基沉降计算。而回弹模量仅包括土的可恢复常用于路基沉降计算。而回弹模量仅包括土的可恢复常用于路基沉降计算。而回弹模量仅包括土的可恢复常用于路基沉降计算。而回弹模量仅包括土
38、的可恢复应变，它部分反映了土的弹性性质，是路面结构分析中一项常用的常数。应变，它部分反映了土的弹性性质，是路面结构分析中一项常用的常数。应变，它部分反映了土的弹性性质，是路面结构分析中一项常用的常数。应变，它部分反映了土的弹性性质，是路面结构分析中一项常用的常数。回弹模量回弹模量反映了土的弹性性质。反映了土的弹性性质。路基路面结构路基路面结构允许变形范围内允许变形范围内工作。工作。路面材料的回弹变形路面材料的回弹变形影响材料影响材料疲劳寿命疲劳寿命。路基路面结构的受力和变形分析路基路面结构的受力和变形分析弹性理论分析方法弹性理论分析方法。偏应力偏应力 的大小对路的大小对路基土回弹模量影响较大。
39、基土回弹模量影响较大。粘性越小的土这种影响就粘性越小的土这种影响就越大。所以，对砂性土和越大。所以，对砂性土和碎、砾石土路基提高侧限碎、砾石土路基提高侧限有着良好的稳定效果。有着良好的稳定效果。2 2、湿度和密度对回弹模量的影响、湿度和密度对回弹模量的影响、湿度和密度对回弹模量的影响、湿度和密度对回弹模量的影响17%23%30%140120100806040200 0.01 0.02 0.03 0.040 1.4 1.5 1.6 1.714012010080604020 为压实土的含水量，为压实土的含水量， 为压实土的密实度指标（压实度），为压实土的密实度指标（压实度）， 回归系数或指数。回归
40、系数或指数。4-5 4-5 荷载和弯沉的关系荷载和弯沉的关系荷载和弯沉的关系荷载和弯沉的关系 土基的不同深度处应力状态不土基的不同深度处应力状态不同，因此，评价土基的抗变形能同，因此，评价土基的抗变形能力通常是取一个平均的当量模量力通常是取一个平均的当量模量值来代表变化的模量。值来代表变化的模量。 当量回弹模量！当量回弹模量！一、荷载一、荷载一、荷载一、荷载- -弯沉关系弯沉关系弯沉关系弯沉关系荷载中心处荷载边缘处可可用用承承载载板板实实测测0 .02 0.4 0.6020406080回弹弯沉总弯沉二、路基回弹模量二、路基回弹模量二、路基回弹模量二、路基回弹模量 通常用圆形承载板压入路基的方法
41、测定其回弹模量。试验时，通常用圆形承载板压入路基的方法测定其回弹模量。试验时，通常用圆形承载板压入路基的方法测定其回弹模量。试验时，通常用圆形承载板压入路基的方法测定其回弹模量。试验时，一般采用钢质的刚性承载板，以逐级加载卸载法量测各级荷载作一般采用钢质的刚性承载板，以逐级加载卸载法量测各级荷载作一般采用钢质的刚性承载板，以逐级加载卸载法量测各级荷载作一般采用钢质的刚性承载板，以逐级加载卸载法量测各级荷载作用下的回弹变形值，点绘出荷载用下的回弹变形值，点绘出荷载用下的回弹变形值，点绘出荷载用下的回弹变形值，点绘出荷载- -回弹变形曲线。回弹变形曲线。回弹变形曲线。回弹变形曲线。二、路基回弹模量
42、二、路基回弹模量二、路基回弹模量二、路基回弹模量 路基回弹模量路基回弹模量路基回弹模量路基回弹模量E E0 0或地基当量回弹模量或地基当量回弹模量或地基当量回弹模量或地基当量回弹模量E Et t，规定取回，规定取回，规定取回，规定取回弹变形不超过弹变形不超过弹变形不超过弹变形不超过1 1（0.50.5）mmmm的点，用线性归纳法进行计算：的点，用线性归纳法进行计算：的点，用线性归纳法进行计算：的点，用线性归纳法进行计算： 三、地基反应模量三、地基反应模量三、地基反应模量三、地基反应模量 地基假设地基假设文克勒地基。文克勒地基。 反映一定荷载条件下，荷载同总弯沉量的关系，也用来表征地反映一定荷载
43、条件下，荷载同总弯沉量的关系，也用来表征地基的强度。通常用大型承载板测试基的强度。通常用大型承载板测试 地基反应模量：地基反应模量： 四、加洲承载比（四、加洲承载比（四、加洲承载比（四、加洲承载比（CBRCBR值）值）值）值）美国California州提出的一种评价材料承载能力的试验方法。即材料抵抗局部荷载压入变形的能力来表征其承载能力，并采用标准碎石承载能力的相对值表示。（标准碎石的 为 ）可以室内制备标准试件进行测试（按路基施工时的含水量和密实度制备标准试件）或室外直接测试。实验条件：标准压头 5.0cm刚性压头 压入速率 1.25mm/min 取值条件 压入2.55mm时金属筒 直径15
44、.2cm,高17.0cm,试样高12.0cm2.55mmV=1.25mm/min5.0cm 土基受力和变形关系的这种特性，给路土基受力和变形关系的这种特性，给路土基受力和变形关系的这种特性，给路土基受力和变形关系的这种特性，给路基路面结构的应力应变分析带来了困难和不基路面结构的应力应变分析带来了困难和不基路面结构的应力应变分析带来了困难和不基路面结构的应力应变分析带来了困难和不确定性。确定性。确定性。确定性。对模量概念的正确认识，有助于正确选对模量概念的正确认识，有助于正确选对模量概念的正确认识，有助于正确选对模量概念的正确认识，有助于正确选择试验测定的方法和条件；模量值选用的恰择试验测定的方法和条件；模量值选用的恰择试验测定的方法和条件；模量值选用的恰择试验测定的方法和条件；模量值选用的恰当与否，直接影响到路基路面结构设计的可当与否，直接影响到路基路面结构设计的可当与否，直接影响到路基路面结构设计的可当与否，直接影响到路基路面结构设计的可靠性！靠性！靠性！靠性！
