沥青路面结构设计指标和参数成果-王秉纲

1、沥青路面沥青路面 设计指标和参数设计指标和参数 研究成果介绍研究成果介绍 2008.4 沥青路面设计指标和参数 研究成果介绍 u概述 u路面结构组合 u路面损坏模型 u路面设计参数 u路面设计指南 u研究成果和建议 一、概述一、概述 n 研究概况研究概况 n 现行设计指标和参数现行设计指标和参数 研究方案研究方案 研究目的研究目的 建立适合建立适合我国特点我国特点、且与、且与国际融合国际融合的沥青路面的沥青路面 设计指标、参数设计指标、参数和方法，为沥青设计规范修订和方法，为沥青设计规范修订 工作提供依据。工作提供依据。 研究概况 前言前言 成果一览成果一览 l 构建设计指标体系构建设计指标体

2、系 沥青层疲劳沥青层疲劳 无机结合料稳定层疲劳无机结合料稳定层疲劳 路基永久变形路基永久变形 沥青层永久变形沥青层永久变形 沥青层低温开裂沥青层低温开裂 共共5 5个指标个指标 成果一览 l 提出设计参数提出设计参数 路基和粒料层回弹模量路基和粒料层回弹模量 路基回弹模量调整系数路基回弹模量调整系数 沥青混合料动态压缩模量沥青混合料动态压缩模量 无机结合料弹性模量无机结合料弹性模量 共共4 4个参数个参数 成果一览 l 研究总报告研究总报告 l 分题研究报告分题研究报告 1212个个 l 设计指南设计指南 1 1 沥青路面的温度场和沥青面层的当量温度系数研沥青路面的温度场和沥青面层的当量温度系

3、数研 究究 2 2 沥青混合料动态模量研究沥青混合料动态模量研究 3 3 沥青层疲劳开裂预估模型研究沥青层疲劳开裂预估模型研究 4 4 沥青混合料和沥青面层抗永久变形预估沥青混合料和沥青面层抗永久变形预估 5 5 无机结合料稳定类基层模量及衰变规律无机结合料稳定类基层模量及衰变规律 6 6 无机结合料稳定类基层疲劳损坏预估模型无机结合料稳定类基层疲劳损坏预估模型 分题报告分题报告 7 7 路基与粒料层动态模量参数研究路基与粒料层动态模量参数研究 8 8 路基湿度状况及模量调整系数研究路基湿度状况及模量调整系数研究 9 9 路基和粒料层抗永久变形性能预估路基和粒料层抗永久变形性能预估 10 10

4、 沥青面层低温缩裂研究沥青面层低温缩裂研究 11 11 沥青路面结构设计指标的协调与平衡沥青路面结构设计指标的协调与平衡 12 12 加速加载试验验证加速加载试验验证 2. 现行设计指标和参数 路表回弹弯沉路表回弹弯沉 ls和和ld 计算弯沉值和容许弯沉值计算弯沉值和容许弯沉值（0.01mm） Ne 设计车道的标准轴载（设计车道的标准轴载（100kN）累计当量）累计当量 轴次轴次 Ac、As、Ab公路等级、面层类型和基层类型系数公路等级、面层类型和基层类型系数 bsced ds AAANl ll 2 . 0 600 层底拉应力层底拉应力 计算点的层底拉应力计算点的层底拉应力（MPa） 材料容许

5、拉应力和劈裂强度材料容许拉应力和劈裂强度（MPa） ks材料疲劳应力系数；材料疲劳应力系数； a系数，沥青层系数，沥青层0.09、无机结合料稳定粒料、无机结合料稳定粒料 0.35、 无机结合料稳定土无机结合料稳定土0.45； b系数，沥青层系数，沥青层0.22，半刚性层，半刚性层0.11 b ecs ssR Rm NaAk k m s 、 R 材料参数材料参数 * 路基模量：承载板法路基模量：承载板法 * 无机结合料稳定材料：压缩模量和劈裂强度无机结合料稳定材料：压缩模量和劈裂强度 * 沥青混合料：沥青混合料：15C或或20C压缩模量压缩模量15C劈裂强度劈裂强度 环境参数环境参数 * 温度对

6、沥青混合料性质的影响温度对沥青混合料性质的影响 未考虑未考虑 * 湿度对模量的影响湿度对模量的影响 未考虑未考虑 结构设计控制指标路表弯沉结构设计控制指标路表弯沉 路表弯沉为综合性、表观性指标，具有非唯一性，路表弯沉为综合性、表观性指标，具有非唯一性， 无法包容各种损坏，难以协调各单项损坏指标无法包容各种损坏，难以协调各单项损坏指标 柔性基层沥青路面的指标和参数有待补充柔性基层沥青路面的指标和参数有待补充 材料性质指标和测试方法未反映其力学特材料性质指标和测试方法未反映其力学特 性性 应力依赖性、温度依赖性和湿度依赖性应力依赖性、温度依赖性和湿度依赖性 存在问题存在问题 3 3. . 研究方案

7、研究方案 遵循遵循力学力学- -经验法经验法 针对不同损坏的针对不同损坏的多指标体系多指标体系 建模以建模以室内试验室内试验为主，为主，ALFALF试验试验验证和修正验证和修正 当量损坏当量损坏法分析法分析 材料参数选用材料参数选用力学指标力学指标和科学和科学试验方法试验方法测定测定 参数采集按参数采集按三层次三层次要求要求 以以国内外的前沿国内外的前沿水平为基础水平为基础 二、路面结构组合二、路面结构组合 n 结构组合方案结构组合方案 n 结构损坏类型结构损坏类型 1. 1. 结构组合方案结构组合方案 材料类型材料类型 沥青结合料类沥青结合料类 热拌沥青混合料、热拌沥青混合料、SMASMA、

8、OGFCOGFC、 沥青贯入碎沥青贯入碎 石、沥青表面处治石、沥青表面处治 无机结合料类无机结合料类 水泥或石灰水泥或石灰- -粉煤灰或石灰稳定碎石、砾石或粉煤灰或石灰稳定碎石、砾石或 土土 粒料类粒料类 级配碎石、级配砾石、填隙碎石、未筛分碎石、级配碎石、级配砾石、填隙碎石、未筛分碎石、 天然砂砾天然砂砾 粒料类基层粒料类基层 面面 层层 磨耗层磨耗层密级配沥青混凝土、密级配沥青混凝土、SMA、OGFC、沥青表、沥青表 面处治面处治 联结层联结层密级配沥青混凝土或缺失密级配沥青混凝土或缺失 基基 层层 基层基层级配碎石、填隙碎石级配碎石、填隙碎石 底基层底基层级配碎（砾）级配碎（砾） 石、填

9、隙碎石、填隙碎 石石 水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或石灰粉煤灰或石灰 稳定碎（砾）石或土稳定碎（砾）石或土 垫层垫层（季冻区）（季冻区）不易冻胀的粒料（细料含量小于不易冻胀的粒料（细料含量小于6%10%的的 砾类土）砾类土） 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求50MPa、80MPa或或100MPa 沥青类基层沥青类基层 面面 层层 磨耗层磨耗层密级配沥青混凝土、密级配沥青混凝土、SMA、OGFC、沥青表、沥青表 面处治面处治 联结层联结层密级配沥青混凝土或缺失密级配沥青混凝土或缺失 基基 层层 基层基层热拌热拌 沥青沥青 混合混合 料料 热拌沥青混合料、热拌沥青混合料、沥青贯入碎石沥

10、青贯入碎石 底基层底基层级配碎级配碎 石石 水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或石灰粉煤灰或石灰 稳定碎（砾）石或土稳定碎（砾）石或土 垫层垫层（季冻区）（季冻区）不易冻胀的粒料（细料含量小于不易冻胀的粒料（细料含量小于6%10%的的 砾类土）砾类土） 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求50MPa、80MPa或或100MPa 无机结合料类基层无机结合料类基层 面面 层层 磨耗层磨耗层密级配沥青混凝土、密级配沥青混凝土、SMA、OGFC、沥青表、沥青表 面处治面处治 联结层联结层密级配沥青混凝土或缺失密级配沥青混凝土或缺失 基基 层层 基层基层水泥或石灰水泥或石灰-粉煤灰稳定碎石粉煤灰稳定碎

11、石 底基层底基层级配碎（砾）级配碎（砾） 石、填隙碎石、填隙碎 石石 水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或石灰粉煤灰或石灰 稳定碎（砾）石或土稳定碎（砾）石或土 垫层垫层（季冻区）（季冻区）不易冻胀的粒料（细料含量小于不易冻胀的粒料（细料含量小于6%10%的的 砾类土）砾类土） 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求50MPa、80MPa或或100MPa 2. 2. 结构损坏类型结构损坏类型 开裂类开裂类 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 无机结合料稳定层疲劳开裂无机结合料稳定层疲劳开裂 沥青面层低温缩裂沥青面层低温缩裂 沥青面层反射裂缝沥青面层反射裂缝 变形类变形类 沥青层永久变形沥青层永久变形

12、 粒料层和路基永久变形粒料层和路基永久变形 结构损坏类型结构损坏类型 路面类路面类 型型 沥青类和粒料类基层沥青类和粒料类基层无机结合料类基无机结合料类基 层层 面层厚面层厚 度度 厚厚中厚中厚薄薄厚厚中厚、中厚、 薄薄 主要损主要损 坏坏 永久变永久变 形形 （面层）（面层） 疲劳开疲劳开 裂裂 永久变形永久变形 （粒料层和路基）（粒料层和路基） 疲劳开裂疲劳开裂 次要损次要损 坏坏 疲劳开疲劳开 裂裂 永久变永久变 形形 -永久变永久变 形形 反射裂反射裂 缝缝 冰冻地冰冻地 区区 低温缩裂（面层）低温缩裂（面层） 三、路面损坏模型三、路面损坏模型 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 无机结合料

13、层疲劳开裂无机结合料层疲劳开裂 沥青层低温缩裂沥青层低温缩裂 沥青层永久变形沥青层永久变形 路基永久变形路基永久变形 路面损坏模型路面损坏模型 分析国内外已有模型，比选出合适的模型模式分析国内外已有模型，比选出合适的模型模式 和自变量和自变量 制定标准试验方法制定标准试验方法 室内试验和试验路（室内试验和试验路（ALF）试验，）试验， 标定模型参标定模型参 数数 长期使用性能观测资料和设计实践长期使用性能观测资料和设计实践 经验积累，经验积累， 逐步验证和修正模型参数逐步验证和修正模型参数 路面损坏模型 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 室内疲劳试验（弯曲，常应变，室内疲劳试验（弯曲，常应变，61

14、8组）组） 应变，应变，S SO O 弯曲劲度模量，弯曲劲度模量，VFAVFA沥青饱和度沥青饱和度 弯曲模量弯曲模量转换转换压缩模量压缩模量(Christensen)（31组试件）组试件） 720. 2589. 1 0 973. 316 10509. 1VFASN f 994. 0 0 66. 0ES 10920. 2 720. 2579. 1973. 316 VFAEN f 应变控制应变控制加载模式加载模式 适于厚度适于厚度 5cm 5cm 应力控制应力控制加载模式加载模式 适于厚度适于厚度 20cm20cm 介于上述介于上述两种情况之间两种情况之间用用SigmoidalSigmoidal曲

15、线过渡曲线过渡。 模式系数 MFMF模式系数，应力控制模式系数，应力控制MF=-1,MF=-1,应变控制应变控制MF=+1MF=+1； AA劲度模量下降（），应力变化（）；劲度模量下降（），应力变化（）； BB劲度模量下降（），应变变化（）。劲度模量下降（），应变变化（）。 分析分析464464个路面结构建立模式系数个路面结构建立模式系数回归公式回归公式。 BA BA MF 损坏模型 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 路面损坏模型 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 模式系数（模式系数（MF） 疲劳关系式疲劳关系式 ; 00153. 0004. 000342. 037. 399. 1 1 3 1 3 0

16、 m i ii n i ii EhBShA EAB B A MF 110920. 2 720. 2579. 1973. 3 1 1 16 2 VFAEekN MFk f 路面损坏模型 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 ALF验证试验验证试验 损坏模型 沥青层疲劳开裂沥青层疲劳开裂 ALF验证验证 k1=1.368，k2= 5.790 轴载修正（轴载修正（160kN100kN） 轴载系数轴载系数 6.554 横向分布修正横向分布修正 横向分布系数横向分布系数 2.03 疲劳开裂模型疲劳开裂模型 110314. 5 720. 2579. 1973. 3 1 790. 517 VFAEeN MF f 损

17、坏模型 无机结合料稳定层疲劳开裂无机结合料稳定层疲劳开裂 室内疲劳试验（弯曲，室内疲劳试验（弯曲，147根试件）根试件） 室内疲劳开裂模型室内疲劳开裂模型 混合料类型混合料类型应力比应力比样本数样本数疲劳关系式疲劳关系式 水泥稳定砂砾水泥稳定砂砾0.7,0.6,0.5515 水泥稳水泥稳 定碎石定碎石 悬浮密实悬浮密实19 骨架密实骨架密实19 骨架空隙骨架空隙0.7,0.5514 水泥稳定土水泥稳定土0.7,0.6,0.5520 二灰稳二灰稳 定碎石定碎石 悬浮密实悬浮密实0.85,0.8,0.720 骨架密实骨架密实19 )/( 227.13363.13lg rr fN )/( 687.1

18、3269.13lg rr fN )/( 421.10618.11lg rr fN )/( 346. 8439.10lg rr fN )/( 903.13091.13lg rr fN )/( 642.12274.14lg rr fN )/( 980.11048.14lg rr fN 损坏模型 无机结合料稳定层疲劳开裂无机结合料稳定层疲劳开裂 损坏模型 沥青层低温缩裂沥青层低温缩裂 沥青低温性能指标沥青低温性能指标 低温延度、低温针入度、当量脆点低温延度、低温针入度、当量脆点 * * 低温蠕变劲度（弯曲梁流变仪低温蠕变劲度（弯曲梁流变仪BBR） （路面最低温度加（路面最低温度加10C ） S0.3

19、5 * * 断裂应变（直接拉伸断裂应变（直接拉伸DT） （路面最低温度加（路面最低温度加10C ） 1% 临界开裂温度低于路面最低温度临界开裂温度低于路面最低温度 * * 为借鉴为借鉴AASHTOAASHTO沥青规范沥青规范 损坏模型 沥青层低温缩裂沥青层低温缩裂 基质沥青低温性能指标验证路段调查和测试基质沥青低温性能指标验证路段调查和测试 路段路段平均平均 缝距缝距 路龄路龄BBR (-12C)BBR (-18C)DT (-12C)DT(-18C)临界开裂临界开裂 温度温度(C) S(MPa)mS(MPa)m应变应变(%)应变应变(%) T110m6年4530.378450.242.530.

20、46-18.2 T23660.346640.252.450.31-17.9 T33920.357600.242.140.45-30.1 T44170.419310.272.210.64-18.7 T520m2660.395500.283.210.64-27.1 T62450.395460.283.420.74-25.0 Y15年2940.355260.292.670.55-25.7 Y22780.355220.302.750.59-26.8 Y32880.355400.292.660.52-28.9 T750m6年2380.435230.333.780.93-28.0 D70m4年1410.4

21、03460.303.291.04-29.6 X3年1310.393140.325.371.33- 损坏模型 沥青层低温缩裂沥青层低温缩裂 沥青层低温沥青层低温开裂量开裂量预估预估（Hass & Hajek)Hass & Hajek) I裂缝指数，裂缝指数，h层厚，层厚，a路龄，路龄，S劲度，劲度，J路基类型，路基类型，T温度温度 验证路段沥青面层低温开裂量观测与预估验证路段沥青面层低温开裂量观测与预估 TJSSahI820. 0lg)399. 1395. 0(lg)878. 0226. 0460. 4(947.19 路段路段路龄路龄a路基路基J设计温度设计温度T（C）沥青层厚沥青层厚h（cm）

22、沥青劲度沥青劲度S（MPa）预估预估 I 值值观测观测 I 值值 哈尔滨西环1年亚黏土-3-4017852.92.8 辽源椅山-14年砂土-5-3510507.85.2 辽源椅山-2165.54.4 辽源椅山-3107.89.9 辽源椅山-4107.87.7 辽源外环-12年200.961.17 辽源外环-2200.961.33 辽源外环-3240.571.0 辽源外环-4104.82.2 通化-13年202.53.3 通化-2106.33.5 通化-3106.36.4 通化-4106.34.5 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 抗永久变形性能抗永久变形性能 马歇尔试验（稳定度，流值）马

23、歇尔试验（稳定度，流值） 三轴压缩试验（三轴压缩试验（，） 三轴静蠕变试验三轴静蠕变试验（流动时间）（流动时间） 三轴重复加载蠕变试验三轴重复加载蠕变试验（流动数）（流动数） 定高度重复单剪试验（定高度重复单剪试验（G*，） 轮辙仪试验轮辙仪试验（动稳定度）（动稳定度） 车辙控制车辙控制 车辙量预估车辙量预估 混合料控制指标混合料控制指标 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 轮辙试验方法轮辙试验方法 指标指标 相对辙深相对辙深PRDPRD（轮辙深（轮辙深/ /试件厚）试件厚），% 蠕变率蠕变率CSCS（蠕变速率的倒数），次（蠕变速率的倒数），次/ /mm 试验时间试验时间 1 1小时，以最

24、后小时，以最后1515min时段的曲线斜率计算蠕变率时段的曲线斜率计算蠕变率 试验温度试验温度 60C 轮载接触压力轮载接触压力 0.7MPa 空隙率空隙率 7%1%（密级配），（密级配），5.5%0.5%（SMA） 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 永久变形预估模型永久变形预估模型 轮辙深度模型轮辙深度模型(Shami)(Shami) 基于基于APAAPA轮辙仪试验轮辙仪试验 rd-辙深，辙深，T-温度，温度，p-压力，压力，N-次数，次数，h-层厚，层厚，k1-修正系数，修正系数，0 0为标准条件为标准条件 标定参数试验标定参数试验 3种普通混合料，种普通混合料，4种改性混合料，种改

25、性混合料， 3种轮压，种轮压，24C70C，551个样本个样本 ，标定出系数，标定出系数 dcba h h N N p p T T k rd rd 0000 1 0 系数系数abc 普通沥青混合料普通沥青混合料2.4961.3540.484 改性沥青混合料改性沥青混合料2.6311.8590.651 沥青混合料沥青混合料2.5251.4420.523 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 ALF验证验证试验试验 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 ALF验证验证试验试验 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 模型指数修正模型指数修正 a = 2.636, b = 2.550, c =

26、0.500, d=1 加载次数换算加载次数换算 1.089 辙深换算辙深换算 1.04 速度换算速度换算 速度速度820305080100 换算系换算系 数数 1.58 1 1.00 0 0.81 6 0.63 2 0.50 0 0.44 7 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 容许车辙深容许车辙深15mm 沥青混合料轮辙试验相对辙深（沥青混合料轮辙试验相对辙深（%）要求）要求（不大于（不大于 ） （长大纵坡要求值为平坡的长大纵坡要求值为平坡的0.6倍）倍） 交通分级交通分级 (106) 距路表深距路表深 度度(cm) 温度分区温度分区 1-1、1-2、1-3、1-411-111-2、11

27、-3、11-4111-2 10107.5（5.5）15.011.515.0 1015.0（15.0）15.015.015.0 30104.5（3.0）9.06.515.0 1011.5（9.0）15.015.015.0 120103.0（3.0）4.53.57.5 106.0（6.0）11.59.015.0 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 相对辙深与蠕变率经验关系（相对辙深与蠕变率经验关系（117个样本）个样本） 沥青混合料轮辙试验蠕变率（次沥青混合料轮辙试验蠕变率（次/mm）要求）要求（不小于）（不小于） （长大纵坡要求值为平坡的长大纵坡要求值为平坡的0.6倍）倍） 交通分级交通分级

28、 (106) 距路表深距路表深 度度(cm) 温度分区温度分区 1-1、1-2、1-3、1-411-111-2、11-3、11-4111-2 10101500（2400）600800600 10600（600）600600600 30103200（5500）12001800600 10800（1200）600600600 120105500（5500）320045001500 102100（2100）8001200600 29633 48. 1 PRDCR 损坏模型 沥青层永久变形沥青层永久变形 重复加载三轴蠕变试验重复加载三轴蠕变试验 围压应力围压应力138kPa，轴向应力，轴向应力700k

29、Pa， 45C（普通），（普通），50C（改性）（改性） 流动数预估模型流动数预估模型 4种混合料，种混合料，3种温度，种温度，3种轴向应力种轴向应力 永久变形预估模型永久变形预估模型 ALF 验证验证 58. 187. 595.39 pTeFn 310. 2973. 0375. 0528. 7 10TpN p 236. 2167. 3467. 0740.13 10TpN p 损坏模型 路基土和粒料层永久变形路基土和粒料层永久变形 土和粒料永久变形模型土和粒料永久变形模型 动三轴试验动三轴试验 路基和粒料层永久变形模型路基和粒料层永久变形模型 分层应变总和法分层应变总和法 路基顶面压应变控制模

30、型路基顶面压应变控制模型 安定安定(shake-down)(shake-down)理论概念理论概念 应力水平低时，永久变形累积速率随作用次数增加而应力水平低时，永久变形累积速率随作用次数增加而 逐渐减缓，并趋向稳定，最终达到平衡状态。逐渐减缓，并趋向稳定，最终达到平衡状态。 损坏模型 路基和粒料层永久变形路基和粒料层永久变形 土和粒料永久变形模型土和粒料永久变形模型 * * 3种土、种土、3种含水量、种含水量、2种压实度、种压实度、3种偏应力、种偏应力、 1种围压应力，重复加载种围压应力，重复加载10000次，次，162次试验次试验 * 4种粒料、种粒料、3种含水量、种含水量、1种压实度、种压

31、实度、3种偏应力、种偏应力、 3种围压应力，重复加载种围压应力，重复加载10000次，次，72次试验次试验 * * 永久变形关系式永久变形关系式（Tseng&Lytton)Tseng&Lytton) N rr p e 0 损坏模型 路基和粒料层永久变形路基和粒料层永久变形 土和粒料永久变形模型土和粒料永久变形模型 试验参数与性质指标关系（试验参数与性质指标关系（土土） p p，rr塑性应变和弹性应变塑性应变和弹性应变,w,w含水量，含水量，ErEr回弹模量回弹模量 试验参数与性质指标关系（试验参数与性质指标关系（粒料粒料） r r r r Ecwba Ecwba Ecwba 333 222 1

32、11 0 lg lg lg 0926. 10002545. 000724. 0lg 0579. 06209. 3lg 40047. 200252. 004003. 0)/lg( 0 r rr Ew w Ew 损坏模型 路基和粒料层永久变形控制路基和粒料层永久变形控制 路基和粒料层永久变形路基和粒料层永久变形 分层应变总和法分层应变总和法 p(N)p(N)作用作用N N 次总变形，次总变形，n n分层数，分层数，h hiii i层厚，层厚，pipi(N(N)i)i层作层作 用用N N 次的永久变形次的永久变形 永久变形经验模型（常用路面结构）永久变形经验模型（常用路面结构） 得到各回归系数得到各

33、回归系数k k、a af回归系数回归系数 n i ipip hNN 1 )()( fedcba EEhEhkN 02211 损坏模型 路基和粒料层永久变形路基和粒料层永久变形 路基顶面压应变控制模型路基顶面压应变控制模型 * * 处于临界损坏状况的薄沥青路面结构处于临界损坏状况的薄沥青路面结构 70年代弯沉调查：无明显变形、较多年代弯沉调查：无明显变形、较多 纵纵横向裂缝或局部网裂横向裂缝或局部网裂 AASHO：PSI=2.5 AI：车辙深：车辙深12.7mm * 反算路基顶面压应变，统计累计轴次反算路基顶面压应变，统计累计轴次 2055. 0 e 2 z 101.12 N 损坏模型 路基和粒

34、料层永久变形路基和粒料层永久变形 路基顶面容许压应变模型路基顶面容许压应变模型 2055. 0 e 2 z 101.12 N 四四 、路面设计参数、路面设计参数 材料性质参数材料性质参数 * 路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层回弹模量 * 沥青混合料动态模量沥青混合料动态模量 * 无机结合料稳定类材料弹性模量和弯拉强度无机结合料稳定类材料弹性模量和弯拉强度 * 沥青低温弯曲蠕变劲度、直接拉伸断裂性质沥青低温弯曲蠕变劲度、直接拉伸断裂性质 * 沥青混合料低温间接拉伸蠕变柔量和抗拉强度沥青混合料低温间接拉伸蠕变柔量和抗拉强度 环境参数环境参数 * 路基路基湿度湿度 * 沥青层沥青层温度温度 设计

35、参数设计参数 材料性质参数层次材料性质参数层次 按项目按项目重要性重要性、工程规模工程规模和和投资量投资量划分不同层次划分不同层次 第一层次：按标准试验方法实测确定第一层次：按标准试验方法实测确定 提供标准试验方法提供标准试验方法 第二层次：利用与其他材料性质参数关联第二层次：利用与其他材料性质参数关联 的回归关系式确定的回归关系式确定 提供经验关系模型提供经验关系模型 第三层次第三层次: 参照代表值或由经验确定参照代表值或由经验确定 提供参考值表提供参考值表 设计参数设计参数 路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层回弹模量 动态三轴仪标准试验方法动态三轴仪标准试验方法 * * 试件尺寸、试件制

36、备和预加载条件试件尺寸、试件制备和预加载条件 * * 应力水平（各种路面结构应力状况分析）应力水平（各种路面结构应力状况分析） * * 加载序列加载序列 土和粒料回弹模量本构模型（土和粒料回弹模量本构模型（NCHRPNCHRP模量预估模型）模量预估模型） 主应力之和，主应力之和，octoct八面体剪应力，八面体剪应力，p pa a参照应力，为参照应力，为100kPa100kPa， k k1 1、k k2 2、k k3 3参数参数 回弹模量测试回弹模量测试 * * 2种土、种土、3种含水量、种含水量、2种压实度种压实度 * 3种级配碎石、种级配碎石、3种含水量、种含水量、1种压实度种压实度 32

37、 1 oct 1 k a k a ar pp pkM 设计参数设计参数 路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层回弹模量 参数参数级配碎石级配碎石土土 k11.15601.5941 k20.68360.4917 k3-0.1663-1.5545 SHH4: CL (A-7-6) GSH190: CL (A-7-6) 压实度压实度=91 设计参数设计参数 路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层回弹模量 基于物性参数的三参数经验模型基于物性参数的三参数经验模型 土土 粒料粒料 8353. 10288. 00416. 0 6836. 0 6710. 11088. 0 5603 2 1 Pdk k wk 9

38、509. 50460. 01328. 01439. 0 7506. 0034. 00399. 00409. 0 0061. 00652. 01540. 01428. 0 3 075. 02 075. 01 CwPIk PwPIk PCwPIk 设计参数设计参数 路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层回弹模量 当量回弹模量当量回弹模量 按弯沉等效原则转换，确定当量模量和应力水平按弯沉等效原则转换，确定当量模量和应力水平 路基土和粒料层当量回弹模量参考值路基土和粒料层当量回弹模量参考值 交通等级、路面结构、粒料和土类型交通等级、路面结构、粒料和土类型 粒料层当量回弹模量参考值范围粒料层当量回弹模量参

39、考值范围（MPa） 材料材料轻交通轻交通中等交通中等交通重交通重交通 取值范围取值范围代表值代表值取值范围取值范围代表值代表值取值范围取值范围代表值代表值 级配级配 碎石碎石 250650450200500350150400300 250550400200400300- 180300220180250215180250210 级配级配 砾石砾石 200400300150300250- 150250195150220190150200180 设计参数设计参数 路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层回弹模量 路基土和粒料层当量回弹模量参考值路基土和粒料层当量回弹模量参考值 路基当量回弹模量参考值范围

40、路基当量回弹模量参考值范围（MPa） 土组土组轻交通轻交通中等交通中等交通重重/特重交通特重交通 取值范围取值范围代表值代表值取值范围取值范围代表值代表值取值范围取值范围代表值代表值 砾类土砾类土110125110105130115110135120 土质砾土质砾9511510595120105100125110 砂类土砂类土9011010095115105100120105 土质砂土质砂608570659075709580 粉质土粉质土507565558070608575 粘质土粘质土507060557565558070 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 路基湿度指标路基湿度指标 饱和度饱

41、和度 质量含水量质量含水量 路基湿度类型路基湿度类型 干燥干燥类，地下水位低，类，地下水位低，气候因素控制气候因素控制（湿度指数（湿度指数TMI） R Ry yyy年水的径流量，年水的径流量，DFDFy yy y年的水不足量，年的水不足量，PEPEyyy y年的潜在蒸发量年的潜在蒸发量 潮湿潮湿类，类，地下水位控制地下水位控制 中湿中湿类，兼有类，兼有二者二者影响影响 e e wS vr 1 s r G eS w y yy y PE DFR TMI 60100 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 土土- -水特性曲线水特性曲线 路基常为非饱和土，其湿度与土的基质吸力密切相关。土路基常为非饱和土

42、，其湿度与土的基质吸力密切相关。土-水特性曲水特性曲 线即反映两者的关系。选用线即反映两者的关系。选用Fredlund & Xing模型模型 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 干燥类路基干燥类路基 土的基质吸力土的基质吸力hm与湿度指数与湿度指数TMI关系关系 12个路段土样和个路段土样和TMI值与他人数据一起回归标定参数值与他人数据一起回归标定参数 TMI m eh / 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 干燥类路基湿度预估干燥类路基湿度预估 由由TMI值和土性参数值和土性参数土的基质吸力土的基质吸力 土土- -水特性曲线水特性曲线含水量和饱和度含水量和饱和度 各土组在不同各土组在不同TM

43、I值（值（ -3030）时的湿度预估）时的湿度预估 TMI湿度指标湿度指标砂砂黏土质砂黏土质砂粉土粉土黏土黏土 -30w (%)12.2513.548.138.998.3913.548.5314.96 Sr (%)0.780.860.570.620.560.760.520.86 -10w (%)12.513.829.2910.279.6317.019.7317.04 Sr (%)0.790.870.650.710.640.850.590.93 10w (%)12.6313.9610.2611.3410.6818.2110.6118.73 Sr (%)0.800.880.710.790.710.

44、960.640.96 30w (%)12.6914.0211.0112.1711.6118.6811.2519.39 Sr (%)0.800.890.770.850.770.980.680.98 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 潮湿类路基潮湿类路基 土的基质吸力与地下水位关系土的基质吸力与地下水位关系 wm yh 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 潮湿类路基湿度预估潮湿类路基湿度预估 由地下水位高度由地下水位高度土的基质吸力土的基质吸力土土- -水特性曲线水特性曲线 含水量和饱和度含水量和饱和度 各土组的湿度预估各土组的湿度预估 土组毛细上升最大高度含水量（%）饱和度（%） 砂0.9m1

45、2.8115.000.810.95 黏土质砂0.9m12.9914.350.901.00 粉土33.36m11.1718.920.740.99 黏土68.2610.1818.680.620.95 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 中湿类路基湿度预估中湿类路基湿度预估 归并干燥类和潮湿类路基的湿度预估值得到归并干燥类和潮湿类路基的湿度预估值得到 各土组在不同各土组在不同TMI值（值（ -3030）时的湿度预估）时的湿度预估 TMI湿度指标湿度指标砂砂黏土质砂黏土质砂粉土粉土黏土黏土 -30w (%)12.8115.008.5614.358.3918.928.5318.68 Sr (%)0.81

46、0.950.591.000.561.000.520.95 -10w (%)12.8115.009.7814.359.6318.929.7318.68 Sr (%)0.810.950.681.000.641.000.590.95 10w (%)12.8115.0010.8014.3510.6818.9210.1818.73 Sr (%)0.810.950.751.000.711.000.620.96 30w (%)12.8115.0011.5914.3511.1718.9210.1819.39 Sr (%)0.810.950.811.000.771.000.620.98 设计参数设计参数 路基湿

47、度路基湿度 非冰冻区路基回弹模量湿度调整系数非冰冻区路基回弹模量湿度调整系数 （NCHRP 2002)NCHRP 2002) a = log（MR/MRopt）最小值，b = log（MR/MRopt）最大值 MR湿度处于平衡状态的回弹模量 MRopt最佳含水量和最大干密度状态的回弹模量 12个路段的模量测试，标定参数个路段的模量测试，标定参数 a = 0.6563，b= 0.2548，km= 6.4604 loglog 1ln R s Ropt mopt Mba Fa Mb EXPkSS a 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 非冰冻区路基回弹模量湿度调整系数非冰冻区路基回弹模量湿度调整系数

48、 干燥类路基回弹模量湿度调整系数干燥类路基回弹模量湿度调整系数 潮湿类路基回弹模量湿度调整系数潮湿类路基回弹模量湿度调整系数 TMI砂砂黏土质砂黏土质砂粉土粉土黏土黏土 -300.7880.8711.2811.4161.0051.2300.7301.604 -100.7480.8261.0871.2010.7590.9580.5651.506 100.7280.8040.9051.0000.5830.7740.5121.413 300.7180.7940.7660.8470.5080.6540.4911.331 路基层位路基层位砂砂黏土质砂黏土质砂粉土粉土黏土黏土 路基顶面路基顶面0.8020

49、.8870.5530.6110.4080.6950.5311.461 路基工作区底面路基工作区底面0.5060.5590.4090.4520.3990.6220.5311.447 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 季冻区路基回弹模量综合调整系数季冻区路基回弹模量综合调整系数 设定：设定： * * 冰冻冰冻、溶解、回复、正常分别为、溶解、回复、正常分别为3、1、4、4个月个月 * * 冰冻期模量冰冻期模量: :10 000MPa 溶解期模量溶解期模量: 完全饱和完全饱和 回复期：线性插值回复期：线性插值 分时段定模量值，按疲劳损伤加权总和，与最佳含水量分时段定模量值，按疲劳损伤加权总和，与最佳

50、含水量 时模量相比，确定调整系数。时模量相比，确定调整系数。 设计参数设计参数 路基湿度路基湿度 季冻区路基回弹模量综合调整系数季冻区路基回弹模量综合调整系数 干燥类路基回弹模量综合调整系数干燥类路基回弹模量综合调整系数 潮湿类路基回弹模量综合调整系数潮湿类路基回弹模量综合调整系数 TMI砂砂黏土质砂黏土质砂粉土粉土黏土黏土 -300.5790.7270.6580.7270.5370.7790.5960.954 -100.5840.7030.6360.7030.5200.6860.5220.892 100.5770.6680.6040.6680.4920.6280.4920.856 300.5

51、730.6290.5690.6290.4480.5960.4800.843 土质类型土质类型砂砂黏土质砂黏土质砂粉土粉土黏土黏土 综合调整系数综合调整系数0.5490.6070.4530.5000.3920.5870.5070.863 设计参数设计参数 无机结合料稳定材料弹性模量无机结合料稳定材料弹性模量 使用中的模量使用中的模量 试件模量（压缩模量、弯拉模量）试件模量（压缩模量、弯拉模量） 收缩开裂后模量收缩开裂后模量 衰变模量衰变模量 疲劳破坏后模量疲劳破坏后模量 设计参数设计参数 无机结合料稳定材料弹性模量无机结合料稳定材料弹性模量 模量衰变（模量衰变（水泥稳定碎石）水泥稳定碎石） 设计

52、参数设计参数 无机结合料稳定材料弹性模量无机结合料稳定材料弹性模量 在不同疲劳损耗阶段的模量折减系数在不同疲劳损耗阶段的模量折减系数 材料类型材料类型疲劳损耗疲劳损耗20% 疲劳损耗疲劳损耗50% 疲劳损耗疲劳损耗80% 水泥稳定碎石水泥稳定碎石0.410.700.370.600.300.50 水泥稳定土水泥稳定土0.650.750.580.720.500.65 二灰稳定类二灰稳定类0.620.690.550.620.500.60 设计参数设计参数 无机结合料稳定材料弹性模量无机结合料稳定材料弹性模量 弹性（回弹）参考值弹性（回弹）参考值 材料类型材料类型7d7d抗压强度抗压强度试件模量试件模

53、量收缩开裂后模量收缩开裂后模量疲劳破坏后模量疲劳破坏后模量 水泥稳定类水泥稳定类3.06.030001400020002500300500 1.53.020001000010002000200400 二灰稳定类二灰稳定类0.830001400020002500300500 0.50.820001000010002000200400 石灰稳定类石灰稳定类0.8200040008002000100300 0.50.810002000400100050200 设计参数设计参数 沥青混合料动态模量沥青混合料动态模量 单轴压缩动态模量标准试验方法单轴压缩动态模量标准试验方法 试件尺寸和试件制备试件尺寸和

54、试件制备 频率频率 25、10、5、1、0.5、0.1Hz 温度温度 10、5、20、35、50C 简化方法（频率简化方法（频率10、5、1、0.1Hz， 温度温度5、20、35C） 编制编制试验规程试验规程 比对试验比对试验 设计参数设计参数 沥青混合料动态模量沥青混合料动态模量 动态模量建模试验动态模量建模试验 * *3种沥青、种沥青、3种沥青混合料、种沥青混合料、3种沥青含量、种沥青含量、 3种集料公称最大粒径、种集料公称最大粒径、3种空隙率、种空隙率、3种温度、种温度、 3种频率、种频率、3种应变水平，共种应变水平，共168次试验次试验 验证试验验证试验188次次 * 8个影响变量，个

55、影响变量，6个模量模型和个模量模型和2个相位角模型个相位角模型 PenGVCAVMAfTHE PenGVCAvvfTFE CsradC DRC CsradC DRCabg 或或 或或 00 00 60 * /10,60 * 60 * /10,60 * , , mixbg bg VCAvTI vTG , , 设计参数设计参数 模量预估模型模量预估模型 bg vGfTE1426. 0*5758. 20199. 00320. 02316. 5*lg 0627. 0lg0334. 00478. 0 *0604. 30296. 00412. 0 fGTVCAv f DRCa abgDRC f Tvfvf

56、VCAT00012. 00031. 00325. 0 2147. 0lg1436. 01536. 0 abgDRC f TvfvfVCAT 51595. 0lg0344. 05795. 0 10519. 40035. 01941. 0 abg vvfTE0390. 014221. 04481. 20193. 00329. 03341. 5*lg 00062.0lg00034.000044.0 4443.20302.0fTVCA f DRC 设计参数设计参数 沥青混合料动态模量沥青混合料动态模量 常用沥青混合料动态压缩模量参考值常用沥青混合料动态压缩模量参考值（MPa） * * 标准条件（标准条

57、件（20C，10Hz） *沥青混合料沥青混合料AC、AK、SMA （10、16、25） * 沥青沥青AH-70、-90、-110 * 沥青含量沥青含量4%、5%、6% * 空隙率空隙率3%、4%、5%、6%、7% AC-16在标准条件下的动态压缩模量参考值在标准条件下的动态压缩模量参考值( (MPa) 沥青沥青 用量用量 AH-70AH-110 4%5%6%4%5%6% 空空 隙隙 率率 (%) 3130741423310027109167690837111032120108461921164897064 41210013172928010102711777471021011115783085

58、2460056537 5111981219085889349658671709449102867246788955576050 610363112827948865260956635874595206706730151435599 79591104417355800765416141809388106206675647605182 设计参数设计参数 路面温度路面温度 沥青路面温度场沥青路面温度场 温度随时间和深度的变化温度随时间和深度的变化 特征点温度年分布频率特征点温度年分布频率 温度换算系数温度换算系数 温度当量系数温度当量系数TEF（参照温度（参照温度20C） * 等效沥青层疲劳寿命等效沥青层疲劳寿命 * 等效无机结合料稳定层疲劳寿命等效无机结合料稳定层疲劳寿命 * 等效路基永久变形寿命等效路基永久变形寿命 温度换算系数温度换算系数TCF * TEF温度分布频率温度分布频率 设计参数设计参数 路面温度路面温度 沥青路面温度场沥青路面温度场 温度随时间和深度的变化温度随时间和深度的变化 理论法（一维热传导方程，差分法求解）理论法（一维热传导方程，差分法求解） 边界条件（下限：一定深度处，温度常量）边界条件（下限：一定深度处，温度常量） 边界条件（上限：热流理论）边界条件（上限：热流理论） 2 2 ),(),( z