路基路面工程第二章解析PPT课件

1、 重点： 1、环境对路基路面使用性能的影响 2、土基的力学特性 3、路基的常见破坏 4、路面材料的力学特性 难点： 1、土基的力学特性 2、路面材料的力学特性 教学方法：利用多媒体以课堂讲授为主，结合课堂讨论。第1页/共77页2-1 行车荷载 考虑行车荷载的原因： 1 1、路基路面的服务对象； 2 2、对路基路面会造成结构损伤。 行车荷载的主要研究内容： 1 1、汽车的轮重与轴重； 2 2、不同车型的车轴布置； 3 3、设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐年变化； 4 4、汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。第2页/共77页 一、车辆的种类 客车 1 1、小客车 2 2、中客车 3 3、

2、大客车 货车 1 1、按载重量分为轻、中、重型货车。 2 2、按车身组合情况分为单一车和组合车。 单一车：整车或固定车身类 组合车：牵引车+ +全挂车 （本身无动力，独立承载，依靠其他车辆牵引行驶） 牵引车+ +半挂车 （本身无动力，与主车共同承载，依靠主车牵引行驶）第3页/共77页 二、车辆的轴型 整车 前轴：一般为单轴单轮；少数为双轴单轮。 后轴：有单轴、双轴、三轴三种。 全挂车、半挂车 全挂车配有前、后两根单轴，各轴由单轮或双轮组组成； 半挂车的车轴置于车辆重心后面，可由单轴和多轴组成，各轴则由一对单轮、一对双轮或两对双轮组组成，视载重大小的需要而定。 我国公路与城市道路路面设计规范中均

3、以双轮组单轴载100KN100KN作为设计标准轴重。第4页/共77页 三、汽车对道路的静态压力 大小与分布 1 1、大小： 汽车轮胎的内压力pipi； 接触压力与轮胎内压力的关系： 静止的车轮p=(0.8p=(0.80.9)pi 0.9)pi 滚动的车轮p=(0.9p=(0.91.1)pi1.1)pi 最后取轮胎的内压力作为接触压力 轮胎的性质和轮胎与路面接触的形态； 轮载的大小P P。 2 2、分布：实际不均匀，简化成均匀分布。第5页/共77页 轮胎与路面的接触面形状实际椭圆形 简化成当量圆当量圆：为了便于计算，将投影面积用一个面积相等的圆来代替，这个圆即为当量圆。分两种情况进行简化：1 1

4、、对于单轮组车轴： Pp第6页/共77页 2 2、对于双轮组车轴 单圆荷载 双圆荷载 我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZBZZ100100的P=100/4kN=25kNP=100/4kN=25kN，p=700kPap=700kPa，分别代入上式计算，得到相应的当量圆直径：d100=0.213md100=0.213m，D100=0.302mD100=0.302m。8/2DPpd4/dPp第7页/共77页 请计算下表中汽车的轮载、接触面积、当量圆直径(包括单圆和双圆图式)。 汽车后轴资料汽车后轴资料后轴数后轴数轮组数轮组数后轴总重后轴总重轮压轮压轮载轮载接触面积接触面积当量圆直径当量圆直径

5、KNKNKpaKpaKNKN单圆图示单圆图示双圆图示双圆图示1 11 123235005001 12 260605005001 12 21001007007002 22 2220220700700()cm2cm第8页/共77页()cm2cm当量圆直径轮载轮载接触面积接触面积KNKN单圆图示单圆图示双圆图示双圆图示11.52301560027.619.52571430.221.327.578631.622.4第9页/共77页 四、运动车辆对道路的动态影响 1.1.水平力 方向 等速、上坡、加速向后的水平力； 下坡、减速向前的水平力； 弯道上侧向水平力。 大小：车辆在启动或制动时水平力很大。 纯行

6、驶过程中：水平力= =滚动摩阻系数车轮的垂直压力 制动抱死时：水平力= =滑动摩阻系数车轮的垂直压力 Q QQmax=p=Qmax=p=制动抱死时作用在路面上的水平力 第10页/共77页 分布：水平力分布在与垂直压力相同的接触面积内，通常假设其是均布的。 影响：面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移，拥包，波浪、车辙等破坏。第11页/共77页 2.垂直压力：大小和位置均变化的移动荷载 轮载动态变化的影响因素：车速、路面平整度、车辆的振动特性。 冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。 设计路面时： 沥青路面以静轮载作为设计荷载 水泥混凝土路面以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。第1

7、2页/共77页 3.车辆荷载作用的重复性 弹性材料：疲劳破坏即材料的强度将随荷载重复次数的增加而降低 弹塑性材料 ：累积变形第13页/共77页 4.4.瞬时性 当行车速度由时速3.23.2公里提高到5656公里时, ,沥青路面总弯沉减少36%36%；当行车速度由时速3.23.2公里提高到96.796.7公里时, ,水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少29%29%左右。 动荷载作用下的路面变形量的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增大。第14页/共77页 5. 真空吸力 车辆行驶时在车轮的后方与路面之间形成暂时的真空而对路面产生真空吸力，真空吸力主要对材料粘结力差

8、的中、低级砂石路面起作用，导致路面骨料松动，路面结构逐步发生破坏。第15页/共77页 五、交通分析 1 1、交通量 交通量是指在单位时间内，通过道路某一断面的交通实体数。 交通当量是把不同车型的交通量换算成标准车型的交通量。 标准车种是占交通量比例最大的车种。 美国和日本 ：小汽车 中国：小汽车或中型载重汽车 第16页/共77页 初始年平均日交通量 t t年后的年平均日交通量 设计年限内累计交通量 车道交通量= =行车道交通量方向系数车道系数 方向系数一般情况下，取0.50.5，但有些道路有可能出现一个方向的车辆明显多于另一个方向的情况，这时需要通过调查后确定其数值。 。 车道系数：慢车道的交

9、通量除以该方向交通量。 36511365iiQN111ttNN136511teNN第17页/共77页 在路面结构设计中，通过调查分析确定初始年平均日交通量，调查有两种： 一、通过现有的交通流量观测站的调查资料获得 二、尚未设站的道路，临时布站进行观测 进行交通流量调查时，将车辆分为1111类：小型货车、中型货车、大型货车、小型客车、大型客车、拖挂车、小型拖拉机、大中型拖拉机、自行车、人力车和畜力车。 第18页/共77页 2.标准轴载 标准轴载一般要求对路面结构的影响较大、同时又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。 我国根据公路运输运营车辆的实际，规定公路与城市道路设计均以双轮组单轴轴载1

10、00kN作为标准轴载，以BZZ-100表示。 第19页/共77页 3.轴载等效换算原则 同一种路面结构在不同轴载作用下，要达到相同的疲劳损坏程度。 轴载换算系数公式 把调查的日轴载组成乘以相应的等效换算系数，并累加后即可得到日标准轴载作用次数。 设计年限内标准轴载的累积作用次数 nsiiisNPNP111365teNN第20页/共77页2-2 2-2 环境因素影响 周围环境变化 路基路面结构的温度和湿度状况变化 路基路面随温度、湿度的增加强度与刚度下降 胀缩变形受阻产生温度、湿度应力第21页/共77页 一、温度对路面的影响 大气温度在一年和一日内发生着周期性的变化 路面温度相应的在一年和一日内

11、发生着周期性的变化 路面表面温度周期性起伏，同气温同步，但由于吸收部分太阳辐射，路表面的温度往往高于大气温度。 面层结构内不同深度处的温度也周期性变化，但起伏的幅度随深度的增加而减小，其峰值也随深度增加而越来越滞后出现。 水泥混凝土路面、沥青路面受影响第22页/共77页温度对路面的影响第23页/共77页 二、温度变化预测 影响路面结构内温度状况的因素： 外部气温、太阳辐射、云量、风速、降水量； 内部路面材料导热系数、比热等。 路面温度预测 统计法：实测温度+ +气象资料回归 局限性强 理论法：热传导理论预估方程 参数难以确定，假设太多。maxmaxaTabTcQ第24页/共77页25 . 21

12、DZpz车轮荷载应力： 路基自重应力： ZB路基任意点： BZ2-3 2-3 土基的受力与强度一、路基受力状况第25页/共77页二、路基工作区1 1、定义：在路基某一深度ZaZa处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/101/51/101/5时，该深度ZaZa范围内的路基称为路基工作区。工作区外汽车荷载的影响忽略不计。2 2、路基工作区深度式中：PP一侧轮重；KK系数，取0.50.5；nn系数，5 510 10 。 该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。3aKnPZ第26页/共77页工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。 第2

13、7页/共77页 三、路基土的应力- -应变特性 1 1、土的特性 非线性 原因：路基结构非常复杂，包括固相、液相和气相。 压入承载板试验测得的应力应变关系曲线： 图中的曲线变化大致可分3 3个阶段： 阶段-弹性变形阶段 阶段-塑性变形阶段 阶段-破坏阶段 结论：非线性第28页/共77页 弹塑性 流变特性 变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。 2、公路对于土的考虑 土的流变一般不考虑，主要是车辆荷载作用短。 非线性考虑用局部线性化方法：第29页/共77页 弹塑性 流变特性 变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。 2 2、公路对于土的考虑 土的流变一般不考虑，主要是车

14、辆荷载作用短。 非线性考虑用局部线性化方法：切线法和割线法，即将土的应力应变关系曲线上某点的切线斜率或某一范围的割线斜率作为土基的模量。 初始切线模量 切线模量 割线模量 回弹模量第30页/共77页 四、重复荷载作用下土基的变形特性 土基在荷载的重复作用下产生的变形累积，最终可导致两种不同的情况。 一种是土体逐渐压密，土的颗粒之间一步靠拢，但是不会产生引起土体整体破坏的剪切面，土基被压实而稳定； 另一种是荷载的重复作用造成土体的剪切变形不断发展，形成整体破坏的剪切面，最后达到破坏阶段，土基失去支承荷载的能力。第31页/共77页2-4 2-4 土基的强度指标 一、土基的回弹模量 1 1、适用范围

15、： 弹性半空间体地基（一般柔性路面采用），参数有回弹模量E E和泊松比。 2 2、测定方法： 柔性承载板法 土基与承载板之间的接触压力为常量 在柔性承载板中心处（r=0r=0） 在柔性承载板边缘处（r=ar=a） 2Pp rr200021rpalE20041r apalE第32页/共77页 刚性承载板法 一般直径为30cm30cm 承载板下土基顶面的挠度为等值 板底接触压力则随r r值而变化，呈鞍形分布 2212pap rar200214palE第33页/共77页 二、地基反应模量 1 1、适用范围：温克勒地基模型 2 2、定义：假定土基顶面任一点的弯沉仅同该点的垂直压力成正比，而与其他相邻点

16、处的压力无关。即地基可以认为有许多弹簧组成。 地基反应模量 K=p/l K=p/l 3 3、测定方法： 承载板法与回弹模量的测试方法相似，区别在于是一次加荷到位，承载板半径不同，为76cm76cm。 两种加载方法： 当地基较为软弱时，控制弯沉值为0.127cm0.127cm 若地基较为坚硬，控制单位压力为p=70kpap=70kpa 第34页/共77页 三、加州承载比CBRCBR 定义：早年由美国加利福尼亚州提出的一种评定土基及其他路面材料承载力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，它们的相对比值即为CBRCBR值。 测定方法： 标准压头面积为19.

17、35 19.35 平方厘米 加载速率0.127cm /min0.127cm /min 记录每压入0.254cm0.254cm时的单位压力p p值，直至压入变形量达到1.27cm1.27cm时为止。 对应贯入深度为0.254cm0.254cm或0.508cm0.508cm，取CBRCBR值大者。 100spCBRp第35页/共77页2-5 2-5 路基的变形、破坏及防治 一、路基的主要病害 1路堤变形破坏 1）路堤沉陷 2）边坡溜方及滑坡 3）路堤沿地基滑动 2路堑变形破坏 1）边坡剥落与碎落 2）边坡滑坍和崩塌 3特殊地质水文条件下的破坏第36页/共77页 1 1路堤变形破坏 1 1）路堤沉陷

18、 定义：路堤沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落。第37页/共77页 原因： A A路堤因填料选择不当，填筑方法不合理，压实不足，在荷载、水、温度综合作用下，路堤将产生堤身向下沉陷的变形破坏。所谓填筑方法不合理，包括不同土质混杂，未分层填筑和压实，土中有未经打碎的大土块或冻土块等。 B B填石路堤因石料规格不一，性质不均，或就地爆破堆积，乱石中空隙很大，在一定期限内（例如经过一个雨季）亦可能产生明显下沉。 C C原地面比较软弱，有软土、泥沼或不密实的松土存在，承载能力极低，路基修筑前未经处理，在路基自重作用下，地基下沉或向两侧挤出，引起路基下陷。冻融作用也常使路堤产生不均匀变形。第38页/

19、共77页 2 2）边坡溜方及滑坡-最常见的路基病害 溜方：边坡上薄的表层土，被水浸泡后沿边坡向下滑移的破坏现象。 主要是由于流动水冲刷边坡或施工不当而引起的。 滑坡：路堤边坡土体在重力作用下沿某一滑动面发生剪切破坏。 主要原因有： A A边坡过陡； B B不正确地应用倾斜层次的方法填筑； C C含水量过大，土体粘聚力和内摩阻力降低； D D坡脚被水冲刷。第39页/共77页 3 3）路堤沿山坡滑动：整个路基沿倾斜的原地面向下滑动。 原因：在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面未经清除杂草、凿毛或人工挖台阶，坡脚又未进行必要的支撑，特别是受水的润滑时，填方与原地面之间的抗剪力很小，在自重和荷载作用下，

20、路基整体或局部有可能沿原地面向下移动。第40页/共77页 2 2路堑变形破坏 1 1）边坡剥落与碎落 剥落是指路堑边坡表土层或风化岩层表面，在大气的干湿或冷热循环作用下，表面发生胀缩，使零碎薄层呈片状从坡面上剥落下来的风化现象，而且老的脱落后，新的又不断产生。 碎落是岩石碎块的一种剥落现象，其规模与危害程度比剥落严重。 产生的主要原因是路堑边坡较陡，岩石破碎，风化严重，在胀缩、震动及水的浸蚀与冲刷作用下，块状碎石沿坡面向下滚落。 如果落下的岩块较大，以单个或多块落下，此种碎落现象称为落石或坠落。 特点：落石的石块较大，降落速度极快，所产生的冲击力可使路基结构物遭到破坏，亦会威胁到行人和行车的安

21、全，有时还会引起其他路基病害。第41页/共77页 2 2）边坡滑坍和崩塌 滑坍是指路基边坡土体或岩石，沿着一定滑动面整体向下滑动，其规模与危害程度较碎落更为严重，有时滑动体可达数百万以上，造成严重堵车。产生滑坍的主要原因是边坡较高，坡度较陡（大于5050度），缺少应有的支挡和加固。挖方岩层对公路呈顺向坡，岩层倾角在50-50-7575度之间，夹有软弱和透水的薄层或岩石严重风化等，在水的浸蚀和冲刷作用下，形成滑动面致使失去平衡产生滑坍。第42页/共77页 崩塌是整体岩块在重力作用下倾倒、崩落。 主要原因是岩体风化破碎，边坡较高，是比较常见且危害较大的路基病害之一。 与滑坍的主要区别在于崩塌无固定

22、滑动面，亦无下挫现象，即坡脚线以下无移动现象。崩塌体的各部分相对位置在移动过程中完全打乱，其中较大石块翻滚较远，边坡下部形成倒石堆或岩堆。第43页/共77页 3 3不良地质和水文条件造成的路基破坏 公路通过不良地质和水文地带，或遇较大自然灾害，如滑坡、岩堆、泥石流、雪崩、岩溶（即喀斯特地区）、地震及特大暴雨和严重冰冻等，均能导致路基结构的严重破坏。第44页/共77页 二、路基破坏原因综合分析 1 1不良的工程地质和水文地质条件 2 2不利的水文与气候因素 3 3设计不合理 4 4施工不合规定 地质条件是影响路基工程质量和产生病害的基本前提，水是造成路基病害的主要原因。 第45页/共77页 三、

23、路基病害防治 1 1正确设计路基横断面。 2 2选择良好的路基用土填筑路基。 3 3采取正确的填筑方法，保证达到规定的压实度。 4 4适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。 5 5正确进行排水设计。 6 6必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，砂垫层以疏干土基。 7 7采取边坡加固、修筑挡土结构物、上体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。 第46页/共77页2-6 2-6 路面材料的力学强度特性 路面所用的材料，按其不同的形态及成型性质大致可分为三类： (1)(1)松散颗粒型材料及块料：各种集料、块状石料、混凝土预制块 (2)(

24、2)沥青结合料类：石油沥青、乳化沥青、改性沥青 (3)(3)无机结合料类（水硬性材料）：水泥、石灰、工业废渣第47页/共77页成型方式 (1)(1)密实成型方式即密实级配法 例如沥青类路面 材料要求：集料和沥青按最大密实原则进行配和。 强度构成：以沥青与集料之间的黏结力为主，以集料颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为辅。 典型路面类型：沥青混凝土路面。第48页/共77页 (2)(2)嵌挤成型方式 例如沥青类路面 材料要求：要求采用较粗的、颗粒尺寸较均匀的集料，沥青在混合料中起填隙作用，并把集料黏结成为一个整体。 强度构成：主要依赖于集料颗粒之间相互嵌挤所产生的内摩阻力，而对沥青的黏结作用依赖性不大。

25、典型路面类型：沥青贯入式路面、沥青表面处治路面、沥青碎石路面、沥青玛碲脂路面。第49页/共77页 (3)(3)稳定成型方式 在土中加入不同的外掺剂，外掺剂与土内某些成分发生一系列物理与化学作用，使土的性质发生根本的改变，具有一定强度和稳定性。 常用的外掺剂有石灰、水泥和沥青三种。 常用的稳定土路面有石灰土、水泥土和沥青土三种。 稳定土路面的力学特性主要是它具有板体性、较高的抗弯拉强度和良好的水稳定性。但它耐磨性较差，一般不作为路面的面层，而作为基层。有水泥稳定类基层、石灰稳定类基层、工业废渣稳定类基层等。第50页/共77页 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载或应力。 一、抗

26、剪强度 定义：为材料受剪时的极限或最大应力。 原因：车辆行驶，特别是刹车时会产生较大的水平力，即剪力。 抗剪强度不足会产生如下破坏： 面层厚度较薄，土基中剪应力过大，土基中剪切破坏 面层剪切破坏，造成推移破坏。 无结合料的粒料基层剪切破坏。 公式： 测定：直剪试验或三轴压缩试验tanc第51页/共77页 内摩阻力：一部分由矿料之间在外力作用下产生的表面摩擦作用引起，另一部分由矿料之间的相互嵌挤、锁结形成的嵌锁作用所形成。 粘结力; ;主要取决于结合料本身的内聚力以及结合料与矿料相互产生的粘结力的大小。 以沥青混合料为例 矿质颗粒之间的摩擦阻力，粒料与沥青的粘结力以及沥青膜之间的粘滞阻力共同形成

27、抗剪强度。 与抗剪强度有关的因素： 沥青的粘度 沥青用量 温度和剪切速率 细料 tanc第52页/共77页 二、抗拉强度 原因：温缩、干缩，及车轮紧急制动，车轮后侧的路面受到较大的拉应力。 1 1、路面结构层因抗拉强度不足而产生破坏： 沥青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基层在气温急骤下降时产生收缩，水泥混凝土路面和各种半刚性基层在大气湿度变化时，产生明显的干缩，这些收缩变形受到约束阻力时，将在结构层内产生拉力，当材料的抗拉强度不足以抵抗上述拉应力时，路面结构会产生拉伸断裂。第53页/共77页 2 2、抗拉强度 路面材料的抗拉强度由混合料中结合料的粘结力所提供。 采用直接拉伸或间接拉伸试验，测

28、绘应力一应变曲线，取曲线的最大应力值为抗拉强度。 直接拉伸试验：将混合料制成圆柱形试件，其两端用环氧树脂粘于金属盖帽上，通过安置在试件上的变形传感器，测定试件在各级拉应力下的应变值。 间接拉伸试验：即劈裂试验。其测试方法较简单，将材料做成较矮的圆柱形试件，测试时沿着试件的直径方向，经试件两侧的垫条按一定速率施加压力，直到试件开裂破坏。 第54页/共77页 3 3、以沥青混合料为例 在常温条件下，沥青混合料的抗拉强度，在一定范围内随沥青含量和施荷速率的增加而增加，随针入度和温度的增加而下降。此外，增加混合料拌和及压实温度，增加矿粉含量，都有助于提高其抗拉强度。 在低温（负温）条件下，随针入度和温

29、度的降低而下降。第55页/共77页 三、抗弯拉强度 原因：在车辆荷载作用下，路面结构处于弯曲工作状态。因此，需要有抗弯拉强度。 1 1、路面结构层因抗弯拉强度不足而产生破坏： 用水泥混凝土，沥青混合料以及半刚性路面材料修筑的结构层，在车轮荷载作用下，处于受弯曲工作状态。由车轮荷载引起的弯拉应力超过材料的抗弯拉强度时，路面会产生弯曲断裂。第56页/共77页 2 2、抗弯拉强度 路面材料的抗弯拉强度，通过简支小梁试验评定。 根据材料组成情况，可做成三种小梁：4cm4cm4cm4cm24cm24cm，测试时支点的跨度为15cm15cm，可用于石灰（或水泥）稳定土和沥青砂； 10cm10cm10cm1

30、0cm40cm40cm，测试时支点的跨度为30cm30cm，用于最大粒径为2.5cm2.5cm的稳定类材料和中、细粒式沥青混合料； 15cm15cm15cm15cm55cm55cm，测试时支点的跨度为45cm45cm，用于最大粒径为3.5cm3.5cm的稳定类材料和中、粗粒式沥青混合料和水泥混凝土； 3 3、以沥青混合料为例 影响沥青混合料抗弯拉强度的因素，与抗拉强度相似。 第57页/共77页 四、应力应变特性 1.1.无结合粒料（碎、砾石材料）的应力应变特性 三轴压缩试验结论：回弹模量值非常数，应力应变特性具有明显的非线性特征。碎、砾石材料的回弹模量值同材料的级配、颗粒形状、密实度等因素有关

31、。密实度越高，模量值越大；颗粒棱角多，模量高。第58页/共77页 2.2.水泥混凝土和无机结合料混合料的应力应变特性 试验方法有单轴试验、三轴压缩试验、小梁试验。其中最符合路面结构实际工作状态的是三轴压缩试验。 试验结论：这类材料的应力应变关系曲线呈现出非线性。在应力级位较低时（低于极限应力的50%50%），应力应变关系曲线可近似看作是线性的。第59页/共77页 3.3.沥青混合料的的应力应变特性 试验方法：低温下单轴试验、小梁试验 高温下三轴压缩试验 进行三轴压缩试验，控制应力不变： 试验结论： 混合料中的沥青具有依赖于温度和加荷时间的粘一弹性性状，沥青混合料在荷载作用之下的应力应变具有随温

32、度和荷载作用时间而变化的特性。 当沥青混合料受力较小，且力的作用时间十分短暂时，处于弹性状态并兼有弹粘性性质。 当沥青混合料受力较大，且力的作用时间较长时，应力应变关系呈现出弹性，弹粘性和弹粘塑性等不同性状。第60页/共77页 沥青混合料的劲度模量是在给定温度和加荷时间条件下的应力应变关系参数。实质上就是在特定温度与特定加荷时间条件下的常量参数。 由劲度试验曲线可以看出： 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； 中间过渡段，材料处于弹粘性状态； 当加荷时间很长或温度较高时，材料处于粘滞性状态。 测定方法：单轴压缩，三轴压缩或小梁试验,t Tt TS第61页/共77页2-

33、7 2-7 路面材料的累积变形与疲劳特性 路面结构在荷载应力重复作用下，可能出现的破坏圾限状态有二类： 1. 1. 路面材料处于弹塑性工作状态，则重复荷载作用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以下，出现破坏极限状态； 2. 2. 路面材料处于弹性工作状态，在重复荷载作用之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，路面结构发生疲劳断裂，出现破坏极限状态。 两者的共同点：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。第62页/共77页 各种路面材料的工作状态 水泥混凝土路面：弹性工作状态出现疲劳破坏

34、； 无机结合料处治的半刚性路面材料：弹性状态疲劳破坏； 粘土为结合料的碎、砾石路面：弹塑性状态塑性变形的累积。 沥青路面： 在低温环境中弹性工作状态出现疲劳破坏， 在高温环境中弹塑性工作状态出现累积变形。 在季节性温差很大的地区，沥青路面兼有疲劳破坏和累积变形两种极限状态。第63页/共77页 一、累积变形 1.1.碎、砾石混合料 级配良好的混合料当偏应力低于某一数值时，塑性变形会随着重复作用次数的增加而增加，且逐渐趋于稳定。当偏应力较大时，塑性变形量会随着重复作用次数的增加而不断增长，直至破坏。 级配不良、颗粒尺寸单一的混合料，在应力重复作用很多次以后，塑性变形仍有增大趋势。因此不宜用于修筑路

35、面。 含有细粒过多的混合料，随着密实度的下降和含水量的增多，也将使塑性变形量增大，因此不宜用于修筑路面。第64页/共77页 2.2.沥青混合料 试验结果表明：在同一温度条件下，控制累积应变量的是加荷时间的总和，而不是重复作用的次数。 影响累积变形的因素，除了温度、应力大小以及加荷时间之外，同集料的状况也有关系。第65页/共77页 二、疲劳特性 疲劳：对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。 疲劳破坏：疲劳的出现是由于材料微结构的局部不均匀，诱发应力集中而出现微损伤，在应力重复作用之下微量损伤逐步累积扩大，终于导致

36、结构破坏，称为疲劳破坏 疲劳强度：出现疲劳破坏的重复应力值。 疲劳极限：有些材料在应力重复作用一定次数后，疲劳强度不再下降，趋于稳定值，此稳定值称为疲劳极限。 疲劳寿命：导致材料最终破坏的荷载作用次数。第66页/共77页 1 1水泥混凝土及无机结合料处治的混合料（水硬性材料）的疲劳特性 研究方法：对小梁试件施加重复应力。 绘制疲劳曲线应力比与重复作用次数的关系曲线 应力比：重复弯拉应力与一次加载得出的极限弯拉应力值之比。第67页/共77页 由疲劳曲线得出的规律： 随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次数 降低； 重复应力级位相同时， 的变动幅度较大，表明试验结果离散，但其概率分布基本符合对

37、数正态分布，因此，若要得到可靠的均值必须进行大量的试验； 通过回归分析，可得到描述应力比与作用次数关系的疲劳方程。在半对数坐标纸上， 之间呈直线形，用式表征： 当重复作用次数为 时，应力比 ，此时尚未发现有疲劳现象； 当应力比 时，重复应力施加的频率对试验结果（即疲劳方程）的影响很微小。fNfN271010fN lgrffN710fN0.55rf0.75rf第68页/共77页 2.2.沥青混合料的疲劳特性 沥青混合料疲劳特性的室内试验： 小梁试件，进行反复弯曲疲劳试验， 圆柱形试件进行间接拉伸疲劳试验。 两种试验方法 控制应力试验 在试验过程中保持荷载或应力值始终不变。 由于试件内的微裂隙逐步扩展，材料的劲度不断下降，因而荷载或应力值虽然未变，而应变量的增长速率却不断增大。 材料的疲劳破坏以试件出现断裂为标志。第69页/共77页 控制应变试验 在试验过程中不断调节所施