【精品】多指标沥青路构设计

1、多指标沥青路面结构设计方法多指标沥青路面结构设计方法 研究成果介绍研究成果介绍 2012.51.1.技术方案技术方案2.2.路面结构层组合方案和损坏类型路面结构层组合方案和损坏类型3.3.使用性能标准、设计寿命和设计可靠度使用性能标准、设计寿命和设计可靠度 4.4.交通荷载作用交通荷载作用 5.5.环境因素影响环境因素影响 6.6.材料性质参数材料性质参数 7.7.路面结构使用性能路面结构使用性能8.8.各类路面结构使用性能分析各类路面结构使用性能分析9.9.结论、创新点、今后研究结论、创新点、今后研究 1. 1. 技术方案技术方案（1 1）遵循力学）遵循力学- -经验法经验法 （2 2）多个

2、单项设计指标控制对应的路面损坏）多个单项设计指标控制对应的路面损坏 （3 3）损坏模型建立以室内试验为主，现场试验和性）损坏模型建立以室内试验为主，现场试验和性 能观测数据标定能观测数据标定 （4 4）当量损伤法计量交通荷载的累积损伤）当量损伤法计量交通荷载的累积损伤 （5 5）材料力学性质指标和试验方法）材料力学性质指标和试验方法 （6 6）参数确定分三个层次）参数确定分三个层次 （7 7）以弹性层状体系解分析力学响应）以弹性层状体系解分析力学响应 2. 2. 路面结构层组合方案和损坏类型路面结构层组合方案和损坏类型 2.1 路面结构层路面结构层 面层面层表面功能为主表面功能为主 基层基层承

3、载为主承载为主 底基层底基层基层与路基间的过渡基层与路基间的过渡 特定功能层特定功能层排水层、应力吸收层、夹层、排水层、应力吸收层、夹层、 封层、隔离层等封层、隔离层等 2.2 结构层材料结构层材料 沥青结合料类沥青结合料类 无机结合料类无机结合料类 无结合料类无结合料类2.3结构层组合方案结构层组合方案 无机结合料类基层沥青路面无机结合料类基层沥青路面 沥青结合料类基层沥青路面沥青结合料类基层沥青路面 无结合料（粒料）类基层沥青路面无结合料（粒料）类基层沥青路面 复合式沥青路面复合式沥青路面 面层面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、沥青表面处治、沥青表面处治

4、 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 基层基层基层基层水泥或石灰水泥或石灰-粉煤灰稳定碎石、贫混凝土粉煤灰稳定碎石、贫混凝土 底基层底基层级配碎（砾）石、级配碎（砾）石、填隙（水结）碎石填隙（水结）碎石 水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或粉煤灰或石灰稳定碎（砾）石或土石灰稳定碎（砾）石或土 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求40mpa、60mpa或或100mpa 无机结合料类基层沥青路面组合方案无机结合料类基层沥青路面组合方案沥青结合料类基层沥青路面组合方案沥青结合料类基层沥青路面组合方案面层面层 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

5、青表面处治、沥青表面处治 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 基层基层 基层基层密级配沥青碎石、半开级配沥青碎石、密级配沥青碎石、半开级配沥青碎石、开级配沥青碎石、开级配沥青碎石、沥青贯入碎石沥青贯入碎石底基层底基层级配碎（砾）石级配碎（砾）石水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或粉煤灰或石灰稳定碎（砾）石或石灰稳定碎（砾）石或土土 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求 40mpa、60mpa或或100mpa 面层面层 磨耗层磨耗层密级配沥青混凝土、密级配沥青混凝土、sma、ogfc、沥青表面处治、沥青表面处治 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

6、层基层 基层基层密级配沥青碎石、半开级配沥青碎石、密级配沥青碎石、半开级配沥青碎石、开级配沥青碎石、开级配沥青碎石、沥青贯入碎石沥青贯入碎石底基层底基层级配碎（砾）石级配碎（砾）石水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或粉煤灰或石灰稳定碎（砾）石或石灰稳定碎（砾）石或土土 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求 40mpa、60mpa或或100mpa 粒料类基层沥青路面组合方案粒料类基层沥青路面组合方案 面层面层磨耗层磨耗层密级配沥青混凝土、密级配沥青混凝土、sma、沥青表面处治、沥青表面处治 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 基层基层基层基层级配碎（砾）石、填隙（水结）碎

7、石级配碎（砾）石、填隙（水结）碎石 底基层底基层级配碎（砾）石、级配碎（砾）石、填隙（水结）碎石填隙（水结）碎石 水泥、石灰水泥、石灰- -粉煤灰或粉煤灰或石灰稳定碎（砾）石或土石灰稳定碎（砾）石或土 路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求 40mpa、60mpa或或100mpa 复合式沥青路面结构层组合方案复合式沥青路面结构层组合方案 面面层层表面层表面层密级配沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石密级配沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石下面层下面层沥青碎石或应力吸收层或缺失沥青碎石或应力吸收层或缺失连续配筋混凝土连续配筋混凝土水泥混凝土或贫混凝土水泥混凝土或贫混凝土基基层层基层基层沥青碎石、级沥青碎石、级配

8、碎石配碎石水泥或石灰粉水泥或石灰粉煤灰稳定碎石煤灰稳定碎石贫混凝土、水泥或石贫混凝土、水泥或石灰粉煤灰稳定碎石灰粉煤灰稳定碎石底基层底基层级配碎级配碎( (砾砾) )石、石、水泥或石灰粉煤灰稳定土水泥或石灰粉煤灰稳定土路基路基路床顶面模量要求路床顶面模量要求 40mpa、60mpa或或100mpa 2.4 损坏类型损坏类型 沥青结合料类结构层的疲劳开裂沥青结合料类结构层的疲劳开裂 无机结合料类结构层的疲劳开裂无机结合料类结构层的疲劳开裂 沥青面层的永久变形沥青面层的永久变形 粒料层和路基的永久变形粒料层和路基的永久变形 沥青面层的低温缩裂沥青面层的低温缩裂 沥青层的反射裂缝沥青层的反射裂缝 损

9、坏类型损坏类型类型类型沥青结合料类和无结合料类基层沥青结合料类和无结合料类基层无机结合料类基层无机结合料类基层面层厚度面层厚度厚厚中厚中厚薄薄厚厚中厚、薄中厚、薄主要损坏主要损坏沥青层沥青层永久变形永久变形沥青层沥青层疲劳开裂疲劳开裂基层和路基基层和路基永久变形永久变形面层面层永久变形永久变形基层基层疲劳开裂疲劳开裂次要损坏次要损坏沥青层沥青层疲劳开裂疲劳开裂沥青层沥青层永久变形永久变形-面层反射裂缝面层反射裂缝季冻地区季冻地区 面层低温缩裂面层低温缩裂 3. 使用性能标准、设计寿命和设计可靠度使用性能标准、设计寿命和设计可靠度 3.1 使用性能标准使用性能标准沥青层疲劳沥青层疲劳 轮迹带开裂

10、率轮迹带开裂率10%（试验路）（试验路） 裂缝密度裂缝密度1.0m/m2（加速加载试验（加速加载试验） 无机结合料层疲劳无机结合料层疲劳 试件断裂、裂缝向层顶扩展试件断裂、裂缝向层顶扩展 路表永久变形（车辙）量：路表永久变形（车辙）量：1025mm 高速和一级公路：高速和一级公路： 1015mm 二级公路：二级公路： 1520mm 三级和四级公路：三级和四级公路： 2025mm 永久变形量各层比例永久变形量各层比例（非无机结合料类基层）（非无机结合料类基层）沥青层厚（沥青层厚（cm)200沥青层（沥青层（%）307080100粒料基层（粒料基层（%）1515100粒料底基层（粒料底基层（%）4

11、51050路基（路基（%）10550 低温缩裂低温缩裂 公路等级公路等级特重冻区特重冻区重冻区重冻区中冻区中冻区高速高速3级级1或或2级级1级级一级一级4级级2或或3级级1或或2级级二级二级-3或或4级级2或或3级级等级等级一级一级二级二级三级三级四级四级五级五级六级六级开裂间距（开裂间距（m） 1001005150363526251515裂缝指数裂缝指数2334477路面状况路面状况优优良良中中及格及格次，中修次，中修差，大修差，大修 u 设计标准设计标准 u 分级分级3.2 设计寿命和设计分析期设计寿命和设计分析期设计年限设计年限 现行规范规定现行规范规定 不反映交通荷载繁重程度，实际使用

12、年限偏离设计年限不反映交通荷载繁重程度，实际使用年限偏离设计年限 不明确损坏类型不明确损坏类型及结构层次及结构层次 未结合设计思想未结合设计思想设计寿命设计寿命 设计轴载累计轴次设计轴载累计轴次 年平均日货车交通量年平均日货车交通量 交通荷载等级交通荷载等级极重极重特重特重 重重中等中等轻轻100kn轴次轴次沥青层疲劳、路基变形沥青层疲劳、路基变形(106)4848242412124383812124.64.6150502525121233 设计分析期是对各路面结构设计方案设计分析期是对各路面结构设计方案分析评价采用的时间段分析评价采用的时间段。 设计分析期应至少包含设计分析期应至少包含一次或

13、一次以上一次或一次以上的路面改建活动。的路面改建活动。 设计寿命为设计寿命为10年及以上的路面，分析期一般取为年及以上的路面，分析期一般取为3040年，长寿命路年，长寿命路面的分析期可取为面的分析期可取为50年。年。 设计分析期设计分析期3.3 设计可靠度设计可靠度概念概念 设计使用性能满足预定使用性能标准的概率设计使用性能满足预定使用性能标准的概率 各类损坏的设计可靠度各类损坏的设计可靠度 = 损坏预估的均值损坏预估的均值+s 公路等级公路等级高速高速一级一级二级二级三、四级三、四级设计可靠度设计可靠度(%)9585957585707550可靠指数可靠指数1.650.841.650.671.

14、040.520.670 结构损坏设计可靠度结构损坏设计可靠度 沥青层疲劳开裂、无机结合料层疲劳开裂、路基永久变形沥青层疲劳开裂、无机结合料层疲劳开裂、路基永久变形3.4 路面结构使用性能评定路面结构使用性能评定交通荷载交通荷载路基承载力路基承载力湿度湿度 温度温度路面材料性质路面材料性质结构层组合设计结构层组合设计公路等级公路等级使用性能分析使用性能分析沥青层疲劳沥青层疲劳无机类层疲劳无机类层疲劳沥青层永久变形沥青层永久变形粒料层和路基永久变形粒料层和路基永久变形面层低温缩裂面层低温缩裂使用性能标准使用性能标准符合？符合？选定路面结构选定路面结构是是否否设计可靠度设计可靠度4. 4. 交通荷载

15、作用交通荷载作用 4.1 交通参数交通参数u方向系数方向系数u车道分布系数车道分布系数 （货车交通）（货车交通）单向车道数单向车道数1234高速公路高速公路- 1.00.700.900.650.450.500.40其他等级其他等级 0.500.75- u横向分布系数横向分布系数道路类型道路类型标准差（标准差（cm）50cm内分布频率（内分布频率（%）高速高速4050其他其他45454.2 轴重参数轴重参数 编号编号说明说明典型车型典型车型其他主要车型其他主要车型12轴轴4轮车辆轮车辆11型车型车22轴轴6轮及以上客车轮及以上客车12客车客车15客车客车32轴轴6轮整体式货车

16、轮整体式货车12货车货车43轴整体式货车（非双前轴）轴整体式货车（非双前轴）1554轴及以上整体式货车（非双前轴）轴及以上整体式货车（非双前轴）176双前轴整体式货车双前轴整体式货车112，11511774轴及以下半挂货车（非双前轴）轴及以下半挂货车（非双前轴）12512285轴半挂货车（非双前轴）轴半挂货车（非双前轴）127，15596轴及以上半挂货车（非双前轴）轴及以上半挂货车（非双前轴）157 10双前轴半挂式货车双前轴半挂式货车11271122，1125，1155，1157 11全挂货车全挂货车1522,1222u 车辆分类车辆分类 u公路货车交通分类（公路货车交通分类（ttc） tt

17、c分类分类货车类型分布系数货车类型分布系数 调查公路数调查公路数整车比例（整车比例（%） 半挂车比例（半挂车比例（%）ttc1508ttc2402014ttc4407070-6u轴数系数轴数系数 轴型轴型车辆类型车辆类型345678910前轴前轴11111112单轴单轴1000.23 1.01 0.9901双联轴双联轴0100.77 0.99 0.0110三联轴三联轴001000.9911 4.3 4.3 设计轴重设计轴重u 规范轴重规范轴重 现行规范现行规范: :单轴单轴- -双轮双轮 100kn100kn单轴单轴 修改方案修改方案: （1 1）路上行驶的主要重型车的轴重作为设计轴重；）路上

18、行驶的主要重型车的轴重作为设计轴重；（2 2）按行驶车辆的轴型和轴载谱，计算分析与其）按行驶车辆的轴型和轴载谱，计算分析与其疲劳损伤当量的轴重作为设计轴重；等等。疲劳损伤当量的轴重作为设计轴重；等等。u轴重当量换算轴重当量换算bsibsififspippaannk21 式中：式中：ii、ss轴载轴载pipi和设计轴载和设计轴载psps所产生的应力或应变变量，如沥青层底所产生的应力或应变变量，如沥青层底 面拉应变、无机结合料结构层底面拉应力、路基顶面压应变等；面拉应变、无机结合料结构层底面拉应力、路基顶面压应变等； b b各类损坏预估模型中应力或应变变量项的乘幂数，对各类损坏预估模型中应力或应变

19、变量项的乘幂数，对沥青层疲沥青层疲 劳，劳，b b = 3.97= 3.97，对，对水泥稳定碎石层疲劳，水泥稳定碎石层疲劳，b b = 12 = 12，对，对路基顶面路基顶面 压应变时，压应变时，b b = 4.30 = 4.30等；等； a1a1轮组系数，与轮组类型和结构层厚度有关的参数；轮组系数，与轮组类型和结构层厚度有关的参数； a2a2轴型系数，与轴型和结构层厚度有关的参数。轴型系数，与轴型和结构层厚度有关的参数。 损坏指标损坏指标沥青层底拉应变沥青层底拉应变路基顶压应变路基顶压应变无机层底拉应力无机层底拉应力轮轮-轴型轴型单轮单轮双联双联三联三联单轮单轮双联双联三联三联单轮单轮双联双

20、联三联三联系数系数122122122数值数值2.32.02.4 路基湿度指标路基湿度指标 饱和度饱和度 wssvgws1sswgws1wsvww 采用稠度表征路基的湿度，无法反映非粘性土的湿度状态，单以含水率表征湿采用稠度表征路基的湿度，无法反映非粘性土的湿度状态，单以含水率表征湿度，也无法准确反映它对回弹模量的影响，因为含水率变化会同时引起土密实度发度，也无法准确反映它对回弹模量的影响，因为含水率变化会同时引起土密实度发生变化，而后者也是影响回弹模量的一项主要因素。土的饱和度反映了含水率及密生变化，而后者也是影响回弹模量的一项主要因素。土的饱和度反映了含水

21、率及密实度的影响。实度的影响。 饱和度饱和度按下式确定：按下式确定： 或或 式中：式中：s饱和度（饱和度（ % ）；）； w v体积含水率（体积含水率（%）；）； w质量含水率（质量含水率（%）；）；s、w土的干密度和水的密度（土的干密度和水的密度（g/cm3） gs土的相对密度。土的相对密度。5. 环境因素影响环境因素影响5.1 路基湿度与基质吸力路基湿度与基质吸力 或或 swww 土土水特性曲线水特性曲线 非饱和土的基质吸力与含水率关系试验曲线非饱和土的基质吸力与含水率关系试验曲线 (1)(1)塑性指数塑性指数pipi大于大于0 0的塑性土的塑性土 采用指标：采用指标：0.0750.075

22、筛通过率筛通过率p p0.0750.075和塑性指数和塑性指数pipi乘积乘积 wpiwpi (2) (2)塑性指数塑性指数pipi等零的非塑性土等零的非塑性土 采用指标：通过率采用指标：通过率6060对应的土颗粒直径对应的土颗粒直径d60 土的基质吸力土的基质吸力 路基湿度路基湿度决定于土吸持水分的能力，归之于土颗粒的分子引力决定于土吸持水分的能力，归之于土颗粒的分子引力作用和孔隙的毛细管力作用，即土的作用和孔隙的毛细管力作用，即土的基质吸力基质吸力。5.2 路基湿度类型路基湿度类型 平衡湿度状态平衡湿度状态junaugoctdecfebaprjunaugoct910111213141516

23、17181920h=229cmh=76cmh=198cmh=168cmh=137cmh=107cmh=76cm 路基含水率w/%时间1966-1977h=46cm路基湿度类型路基湿度类型 潮湿类潮湿类：地下水位控制：地下水位控制 干燥类干燥类：气候因素控制：气候因素控制 中湿类中湿类：兼有二者影响：兼有二者影响 5.3 潮湿类路基潮湿类路基 行车道下路基含水率沿深度变化（例：沪宁路）行车道下路基含水率沿深度变化（例：沪宁路）地下水位处地下水位处hgwt-3m3m 基质吸力与地下水位基质吸力与地下水位 路基路基土基质吸力土基质吸力hm与地下水位与地下水位y之间关系之间关系wmyh土土- -水特性

24、曲线水特性曲线 fredlund & xing模型模型 粤、苏、豫、冀、渝粤、苏、豫、冀、渝12个路段土样标定个路段土样标定 平衡湿度平衡湿度 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饱和度和含水率饱和度和含水率 各类土距地下水位不同距离处的平衡湿度（各类土距地下水位不同距离处的平衡湿度（% %） 土组土组 0.5地下水位深地下水位深 1.0 1.5 2.0低液限低液限 粉土粉土s(%)10093.789.980.585.876.183.473.1w(%)16.420.915.520.314.9低液限低液限 粘土粘土s

25、(%)10093.293.180.389.975.687.872.7w(%)29.019.626.616.925.715.925.115.3 5.4 干燥类路基干燥类路基湿度指数（湿度指数（tmi） 气候因素指标气候因素指标 式中：式中：ryryyy年的水径流量（年的水径流量（cmcm）；）； dfydfyyy年的水不足量年的水不足量(cm)(cm)； peypeyyy年的潜在蒸散量年的潜在蒸散量(cm)(cm)。 tmitmi计算以年为周期，逐月计算累加得到。各月降水量减去蒸散量为正计算以年为周期，逐月计算累加得到。各月降水量减去蒸散量为正时，多余水被土层存储。当蒸散量大于降水量时，缺少的水

26、从土层储存水中时，多余水被土层存储。当蒸散量大于降水量时，缺少的水从土层储存水中提取出，其余量即为土层的含水率；当土层内储水量不能满足提取数量要求提取出，其余量即为土层的含水率；当土层内储水量不能满足提取数量要求时，不满足部分即为不足量时，不满足部分即为不足量dfdf。 yyyypedfrtmi60100 400400个气象站降水量与蒸发量资料计算分析个气象站降水量与蒸发量资料计算分析 各公路自然区划的各公路自然区划的tmitmi值值 公路自然区划公路自然区划1（黑）（黑）111tmitmi变动范围变动范围-0.1-0.8-21.2-25.721.825.1-25.16.9 土基质吸力与湿度指

27、数土基质吸力与湿度指数tmitmi关系关系粤、苏、豫、冀、渝粤、苏、豫、冀、渝12个路段土样和个路段土样和tmi值与值与perera44个数据，个数据，标定曲线；川、渝疆标定曲线；川、渝疆12个路段验证个路段验证 土基质吸力与湿度指数土基质吸力与湿度指数tmitmi关系式关系式 式中：式中：、模型回归系数，与土的性质有关。模型回归系数，与土的性质有关。 100/ tmiseh tmi与土基质吸力与土基质吸力y=x+20y=x-20 干燥类路基的平衡湿度干燥类路基的平衡湿度 由由tmitmi值和土参数值和土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饱和度和含水率饱和度和含水率

28、各类土在不同各类土在不同tmitmi值时的平衡湿度值时的平衡湿度( (% %) ) 土组土组tmi-30-101030低液限低液限粉土粉土s(%)59.363.475.976.584.186.291.091.4w(%)14.412.918.515.620.317.622.018.6低液限低液限粘土粘土s(%)57.264.175.275.986.291.0w(%)16.317.521.516.624.618.126.019.1 5.5 中湿类路基中湿类路基 路床顶路床顶地下水位地下水位wequ路基工作区路基工作区受地下水影响受地下水影响受气候因素影响受气候因素影响 6. 6. 环境因素影响环境

29、因素影响6.1 沥青路面温度沥青路面温度路面温度观测站结构与数据信息路面温度观测站结构与数据信息 6.1.1 沥青路面沥青路面温度场温度场及及温度特征值温度特征值站点站点 所在地所在地路面结构与路面结构与传感器位置传感器位置 数据格式数据格式建模数据建模数据广广 州州 下图下图 a)路面温度分钟数据；小时气温数据、日最高气温、日最低气温；分钟路面温度分钟数据；小时气温数据、日最高气温、日最低气温；分钟太阳辐射净辐射、总辐射、日最大太阳辐射；地温、气压、空太阳辐射净辐射、总辐射、日最大太阳辐射；地温、气压、空气湿度、风向风速、云量云状、能见度、降水、蒸发、日照、气湿度、风向风速、云量云状、能见度

30、、降水、蒸发、日照、雪深雪深宁宁 波波大大 同同模型检验模型检验哈哈 密密 下图下图 a)路面温度路面温度(10分钟数据分钟数据)；辐射、气温、风速；辐射、气温、风速(10分钟数据分钟数据)齐齐哈尔齐齐哈尔 下图下图 a) 仅路面温度数据仅路面温度数据(10分钟数据分钟数据)镇镇 江江 下图下图 b)路面温度路面温度(15分钟数据分钟数据)、气温、风速、太阳辐射、气温、风速、太阳辐射(15分钟数据分钟数据)济济 南南 下下图图 c) 路面温度路面温度(30分钟数据分钟数据)、气温、风速、气温、风速(10分钟数据分钟数据)u 温度场观测温度场观测 温度观测站的路面结构与温度传感器埋设示意图温度观

31、测站的路面结构与温度传感器埋设示意图 n路面结构的日温度极值的路面结构的日温度极值的理论理论- -经验模型经验模型 路表日最高温度路表日最高温度u 路面温度特征值路面温度特征值0.2510.0152d30dsa.hls.ha.hpaaad0.1e0.081.8960.20.3 0.0128svaqttttttwt路表日最高温度实测值与估算值路表日最高温度实测值与估算值 路表日最低温度路表日最低温度0.250.0152d30da.hls.la.lpaaa0.2e0.5690.120.3 0.0128vttttttw路表日最低温度实测值与估算值路表日最低温度实测值与估算值 n 路表温度日变化规律路

32、表温度日变化规律 s.hs.ls.hs.ls.ls.ls.cs.hs.ls+s.css.cs.cs.lcos22exp24ttttt ttttttt ttat tattt +s.ls.cs.ls.c+s.ls.cex p2 41ex p2 4ttttatt 路表温度日变化采用二阶段法拟合。白天升温过程及高温区段采用余弦函数，降温路表温度日变化采用二阶段法拟合。白天升温过程及高温区段采用余弦函数，降温过程采用负指数函数表征。过程采用负指数函数表征。 路表温度日变化拟合示意图路表温度日变化拟合示意图 s.hs.ls.hs.lttttn 多云天气多云天气修正修正修正后的路表日最高温度修正后的路表日最

33、高温度的计算式为：的计算式为：多云天气修正系数多云天气修正系数可用日照可用日照率率s s来表达：来表达：1 0.80.9800.8sss式中：式中：s为日照率：为日照率： sundstt 式中：式中：t tsunsun为实际日照时间，为实际日照时间，h h； t td d为日长，为日长，h.h. 与路表温度日变化规律类似，不同深度处的路面温度日变化与路表温度日变化规律类似，不同深度处的路面温度日变化t(t,z)也可用也可用二阶段模型拟合。但路面结构的日最低温度出现时刻二阶段模型拟合。但路面结构的日最低温度出现时刻tl、日最高温度出现时刻、日最高温度出现时刻th，二阶段分界时刻，二阶段分界时刻t

34、c均比路表温度的均比路表温度的ts.l、ts.h、ts.c 延后，可近似表示为：延后，可近似表示为： ls.l2tzttz hs.h3.5tztt zcs.c3tttzn 不同深度处的路面温度日变化规律不同深度处的路面温度日变化规律式中：式中：tt(z(z) )为理论滞后时间。为理论滞后时间。 24t zz 路面温度日变化拟合图路面温度日变化拟合图( (宁波站，沥青路面，宁波站，沥青路面，2009-7-17)2009-7-17)晴天时沥青路面结构各深度处的实测温度与拟合曲线晴天时沥青路面结构各深度处的实测温度与拟合曲线 u沥青层平均温度和温度梯度分布频谱沥青层平均温度和温度梯度分布频谱 01,

35、 dht h tt z t zh 沥青面层厚度沥青面层厚度h, 时刻时刻 t 沿厚度方向的沿厚度方向的平均温度平均温度 2300612, d,dhhgt h tt z t zt z t z zhh 沥青面层内的沥青面层内的温度梯度温度梯度 详细分析详细分析98个地区的沥青路表年均温与当地众多气象年均参数个地区的沥青路表年均温与当地众多气象年均参数之间关系发现，沥青路表年均温之间关系发现，沥青路表年均温ts与月平均气温的年极差及一些气象与月平均气温的年极差及一些气象参数之间具有良好地相关关系，在已知太阳辐射量情况下，路表年均温参数之间具有良好地相关关系，在已知太阳辐射量情况下，路表年均温ts与温

36、度年标准差与温度年标准差ts可表示为可表示为： 式中：式中：ta年均气温，年均气温，c； ta月平均气温的年极差，月平均气温的年极差，； 年平均日太阳辐射量，年平均日太阳辐射量，kj/m2/d .sadasd1.1030.2590.0381.6670.3190.2753.374mttqtttqdq v 依据一维热传导偏微分方程和路表热流函数，采用有依据一维热传导偏微分方程和路表热流函数，采用有限差分法求解沥青路面的温度场，建立沥青层表面日最高限差分法求解沥青路面的温度场，建立沥青层表面日最高温度和日最低温度估算模型，用于估计沥青层不同深度的温度和日最低温度估算模型，用于估计沥青层不同深度的温度

37、特征值。模型估算值与大同、宁波和广州三地温度观温度特征值。模型估算值与大同、宁波和广州三地温度观测站的实测值相对比，二者具有较好的一致性，其偏差的测站的实测值相对比，二者具有较好的一致性，其偏差的平均值和标准差相应为平均值和标准差相应为0.4和和3.3。v 对沥青层表面和不同深度的温度日变化规律进行了拟对沥青层表面和不同深度的温度日变化规律进行了拟合。在此基础上，利用全国各地合。在此基础上，利用全国各地98个有日辐射观测资料的个有日辐射观测资料的气象站的气象资料，计算各地不同厚度沥青层（气象站的气象资料，计算各地不同厚度沥青层（6、12、18、24cm）的平均温度和温度梯度，并给出了全国）的平

38、均温度和温度梯度，并给出了全国95个地区相个地区相应的分布频谱表。应的分布频谱表。 n沥青路面温度分布频谱的计算步骤沥青路面温度分布频谱的计算步骤：（1）根据气温、太阳辐射、湿度、风速，求路表日最高温度）根据气温、太阳辐射、湿度、风速，求路表日最高温度ts.h，路表日最，路表日最低温度低温度ts.l（2）对多云天气的路表日最高温度进行修正；）对多云天气的路表日最高温度进行修正；（3）求不同深度）求不同深度z处的路面日最高温度和日最低温度。处的路面日最高温度和日最低温度。（4）求任一时刻的路表温度，及任一时刻不同深度）求任一时刻的路表温度，及任一时刻不同深度z处的路面温度；处的路面温度；（5）求

39、出给定沥青面层厚度）求出给定沥青面层厚度(分四档分四档00.06，00.12，00.18，00.24m)条条件下，任一时刻的沥青层平均温度和温度梯度；件下，任一时刻的沥青层平均温度和温度梯度；（6）计算给定沥青面层厚度温度和温度梯度分布频谱表。）计算给定沥青面层厚度温度和温度梯度分布频谱表。 全国沥青路表温度年均值等值线图全国沥青路表温度年均值等值线图 c 沥青混合料模量具有强烈温度依赖性。沥青层的使用性能和沥青混合料模量具有强烈温度依赖性。沥青层的使用性能和使用寿命也与温度状况密切相关。使用寿命也与温度状况密切相关。 现行规范统一采用现行规范统一采用20c（计算弯沉时）和（计算弯沉时）和15

40、c（验算弯拉应（验算弯拉应力时）。力时）。 在结构设计方法中，对于温度影响的考虑可采用在结构设计方法中，对于温度影响的考虑可采用增量损伤法增量损伤法，或或当量损伤法当量损伤法。 增量损伤法增量损伤法美国力学经验法路面设计指南采用，在其系统软美国力学经验法路面设计指南采用，在其系统软件内包含全国近件内包含全国近800个气象站的有关数据。个气象站的有关数据。 当量损伤法当量损伤法需要选择典型状况和条件事先进行大量运算分析，需要选择典型状况和条件事先进行大量运算分析，提出相应的温度当量系数。该方法可减轻设计人员的资料收集和运算提出相应的温度当量系数。该方法可减轻设计人员的资料收集和运算工作，并与轴载

41、当量系数的考虑方法相对应。工作，并与轴载当量系数的考虑方法相对应。6.1.2 温度当量换算系数温度当量换算系数 温度当量系数温度当量系数 参照温度主要用作沥参照温度主要用作沥青混合料性质测试时的标准试验温度，或者在结青混合料性质测试时的标准试验温度，或者在结构分析时用于选取与该温度相对应的沥青混合料性质参数值。对于我国构分析时用于选取与该温度相对应的沥青混合料性质参数值。对于我国情况，情况，疲劳分析疲劳分析时可选用时可选用20c，永久变形分析永久变形分析时可选用时可选用35c。按照沥青路面结构设计指标，分别有按照沥青路面结构设计指标，分别有相应相应当量损伤的温度当量系数。当量损伤的温度当量系数

42、。tefi = ns / ni 温度当量系数温度当量系数的定义，某时刻的定义，某时刻 i 温度温度 ti 的设计轴载作用次数的设计轴载作用次数ni，按损伤相当的原则转换成某参照温度按损伤相当的原则转换成某参照温度ts的设计轴载作用次数的设计轴载作用次数ns的乘数，的乘数，即为即为: 温度当量系数的具体分析步骤温度当量系数的具体分析步骤（以沥青结合料类结构层疲劳开裂指标为（以沥青结合料类结构层疲劳开裂指标为例）：例）： （1）分析时，假设轴载随时间为均匀分布。）分析时，假设轴载随时间为均匀分布。 （2）按所在地区和沥青层厚度，选取相应的沥青层平均温度和温度梯度分）按所在地区和沥青层厚度，选取相应

43、的沥青层平均温度和温度梯度分布频谱表。将沥青层分为若干个亚层。由频谱表确定各个频段每个亚层的布频谱表。将沥青层分为若干个亚层。由频谱表确定各个频段每个亚层的温度。温度。 （3）利用沥青混合料动态模量与温度的经验关系式，由不同时段各亚层的）利用沥青混合料动态模量与温度的经验关系式，由不同时段各亚层的温度值得到相应的动态模量值。然后应用弹性层状体系程序，依据动态模温度值得到相应的动态模量值。然后应用弹性层状体系程序，依据动态模量值计算得到沥青层底面的拉应变值。再利用沥青层疲劳寿命预估模型，量值计算得到沥青层底面的拉应变值。再利用沥青层疲劳寿命预估模型，由层底拉应变和动态模量值计算得到各个频段的疲劳

44、寿命由层底拉应变和动态模量值计算得到各个频段的疲劳寿命nti，并算出对应，并算出对应的疲劳损伤率的疲劳损伤率dti = 1/nti。 （4）累计各个频段的疲劳损伤率得到平均损伤率）累计各个频段的疲劳损伤率得到平均损伤率dt，并进而得到平均疲劳，并进而得到平均疲劳作用次数作用次数nt = 1 / dt。 （5）计算沥青层平均温度（参照温度）计算沥青层平均温度（参照温度）20c时，相应的沥青混合料动态模时，相应的沥青混合料动态模量、层底拉应变和疲劳寿命，得到参照温度下的总疲劳作用次数量、层底拉应变和疲劳寿命，得到参照温度下的总疲劳作用次数nts。 （6）二者相比，即得到温度当量系数）二者相比，即得

45、到温度当量系数kt = nts / nt。 （7）按参照温度）按参照温度20c计算得到的疲劳寿命，乘以与设计路面所在地相应的计算得到的疲劳寿命，乘以与设计路面所在地相应的温度当量系数，即可得到该地设计路面结构的疲劳寿命温度当量系数，即可得到该地设计路面结构的疲劳寿命nf。 对于其它几项设计指标，也采用相似的分析步骤，只是将沥青层层底对于其它几项设计指标，也采用相似的分析步骤，只是将沥青层层底拉应变改为其他设计指标。拉应变改为其他设计指标。 依据损伤等效原则，推演出三种情况下的沥青层等效温度计依据损伤等效原则，推演出三种情况下的沥青层等效温度计算式，并按全国算式，并按全国95个地区的沥青层温度分

46、布频谱提出相应的沥青个地区的沥青层温度分布频谱提出相应的沥青层等效温度。后图为标准工作状态下沥青层疲劳、永久变形及无层等效温度。后图为标准工作状态下沥青层疲劳、永久变形及无机结合料稳定层疲劳等效温度全国等值线图。机结合料稳定层疲劳等效温度全国等值线图。 路面等效温度路面等效温度 沥青层疲劳等效温度沥青层疲劳等效温度 无机结合料稳定层疲劳等效温度无机结合料稳定层疲劳等效温度 沥青层永久变形等效温度沥青层永久变形等效温度u等效温度等值线图等效温度等值线图 标准状态下沥青路面各种损坏标准等效温度全国等值线图标准状态下沥青路面各种损坏标准等效温度全国等值线图 标准状态路面结构及材料参数：标准状态路面结

47、构及材料参数： 面层厚度面层厚度h取取0.18m 20的面层与地基的模量比的面层与地基的模量比20取取40 沥青混合料的热敏系数沥青混合料的热敏系数取取0.02 沥青面层疲劳（应变控制）等效温度全国等值线图沥青面层疲劳（应变控制）等效温度全国等值线图 沥青面层疲劳（应力控制）等效温度全国等值线图沥青面层疲劳（应力控制）等效温度全国等值线图 无机结合料稳定层疲劳等效温度全国等值线图无机结合料稳定层疲劳等效温度全国等值线图 沥青层永久变形等效温度全国等值线图沥青层永久变形等效温度全国等值线图 tcf = （tefi pi）沥青层厚沥青层厚(mm)大连大连西安西安北京北京 济南济南郑州郑州安阳安阳

48、长沙长沙 合肥合肥 上海上海 武汉武汉 杭州杭州福州福州韶关韶关南宁南宁广州广州成都成都 腾腾冲冲 昆明昆明拉萨拉萨1000.750.720.740.700.740.710.740.690.700.800.870.852000.840.860.941.011.061.151.291.321.421.461.021.080.62沥青层疲劳损坏温度当量系数沥青层疲劳损坏温度当量系数 tcf 沥青路面损坏温度当量系数可表示为温度当量系数沥青路面损坏温度当量系数可表示为温度当量系数tefi与与温度频率温度频率pi的乘积：的乘积： 沥青路面疲劳温度当量系数沥青路面疲劳温度当量系数 当已知面层疲劳等效温度

49、当已知面层疲劳等效温度tpef时，可通过参数来综合考虑设计时，可通过参数来综合考虑设计年限内路面温度分布对面层疲劳寿命的影响。通过计算分析得到路年限内路面温度分布对面层疲劳寿命的影响。通过计算分析得到路面不同损坏的温度当量系数等值线图，如后图。面不同损坏的温度当量系数等值线图，如后图。 u 沥青路面损坏温度当量系数等值线沥青路面损坏温度当量系数等值线标准状态沥青路面各种损坏的温度当量系数等值线如后图。标准状态沥青路面各种损坏的温度当量系数等值线如后图。非标准状标准状态路面结构及材料应进行修正非标准状标准状态路面结构及材料应进行修正n 沥青层疲劳温度当量系数全国等值线沥青层疲劳温度当量系数全国等

50、值线n 无机结合料稳定层疲劳温度当量系数全国等值线无机结合料稳定层疲劳温度当量系数全国等值线n 沥青层永久变形温度当量系数全国等值线沥青层永久变形温度当量系数全国等值线 沥青层疲劳（应变控制）温度当量系数全国等值线图沥青层疲劳（应变控制）温度当量系数全国等值线图 沥青层疲劳（应力控制）温度当量系数全国等值线图沥青层疲劳（应力控制）温度当量系数全国等值线图 无机结合料稳定层疲劳温度当量系数全国等值线图无机结合料稳定层疲劳温度当量系数全国等值线图 沥青层永久变形温度当量系数全国等值线图沥青层永久变形温度当量系数全国等值线图 6.2 6.2 材料性质参数材料性质参数6.2.1 6.2.1 沥青混合料

51、动态模量沥青混合料动态模量周期加载单轴压缩动态模量标准试验方法周期加载单轴压缩动态模量标准试验方法 试件为直径试件为直径100mm、高、高150mm的圆柱体，由旋转压实仪的圆柱体，由旋转压实仪成型直径成型直径150mm、高、高170mm试件中钻取芯样得到试件中钻取芯样得到 频率频率2525、1010、5 5、1 1、0.50.5、0.1hz0.1hz 温度温度1010、5 5、2020、3535、5050c c 简化方法简化方法: :频率频率1010、5 5、1 1、0.1hz,0.1hz,温度温度5 5、2020、3535c c 通过沿圆周等间距安放在试件中部的通过沿圆周等间距安放在试件中部

52、的3个位移传感器，量个位移传感器，量测荷载作用下的轴向变形。测荷载作用下的轴向变形。 计算轴向应力幅值和可恢复轴向应变幅值，由二者之比计算轴向应力幅值和可恢复轴向应变幅值，由二者之比计算得到压缩动态模量，并按最后计算得到压缩动态模量，并按最后5次加载循环中变形峰值与荷载次加载循环中变形峰值与荷载峰值的平均滞后时间和平均加载时间之比计算相位角。峰值的平均滞后时间和平均加载时间之比计算相位角。 试验结果首先整理成等温度动态模量曲线，随后以参照试验结果首先整理成等温度动态模量曲线，随后以参照温度为温度为20c将各条等温度曲线平移后得到主曲线。将各条等温度曲线平移后得到主曲线。 u动态模量建模试验动态

53、模量建模试验 33种沥青、种沥青、3 3种沥青混合料、种沥青混合料、3 3种沥青含量、种沥青含量、3 3种种 集料公称最大粒径、集料公称最大粒径、3 3种空隙率、种空隙率、3 3种温度、种温度、3 3种种 频率、频率、3 3种应变水平，共种应变水平，共168168次试验次试验 验证试验验证试验188188次次 88个影响变量，个影响变量，6 6个模量模型和个模量模型和2 2个相位角模型个相位角模型 pengvcavmafthepengvcavvftfecsradcdrccsradcdrcabg或或或或000060*/10,60*60*/10,60*,mixbgbgvcavtivtg, 动态模量

54、预估模型（共动态模量预估模型（共6 6个）个）bgvgfte1426. 0*5758. 20199. 00320. 02316. 5*lg0627. 0lg0334. 00478. 0*0604. 30296. 00412. 0fgtvcavfdrcaabgdrcftvfvfvcat00012. 00031. 00325. 02147. 0lg1436. 01536. 0 常用沥青混合料动态模量参考值常用沥青混合料动态模量参考值 标准条件（标准条件（2020c c，10hz10hz） acac、akak、sma sma 沥青混合料（沥青混合料（-10-10、-16-16、-25-25） ah-

55、70ah-70、-90-90、-110-110 沥青含量沥青含量4%4%、5%5%、6%6% 空隙率空隙率3%3%、4%4%、5%5%、6%6%、7%7% ac-16 ac-16 动态模量参考值动态模量参考值(mpa(mpa) ) 沥青沥青用量用量ah-70ah-1104%5%6%4%5%6%空空隙隙率率(%)313074142331002710916769083711103212010846192116489706441210013172928010102711777471021011115783085246005653751119812190858893496586717094491028

56、6724678895557605061036311282794886526095663587459520670673015143559979591104417355800765416141809388106206675647605182 沥青碎石动态模量参考值沥青碎石动态模量参考值 混合料类型混合料类型加载频率加载频率（hz）动态模量（动态模量（mpa） 标准差（标准差（mpa）最小最小最大最大atb-251500070001500101100013000lspm-251400060001400109000110006.2.2 无机结合料类材料弹性模量和强度无机结合料类材料弹性模量和强度特点特

57、点 数值变化范围很大，由接近于水泥混凝土到接近于粒料数值变化范围很大，由接近于水泥混凝土到接近于粒料 集料粒径较大的混合料，试件成型较困难，试件的均质集料粒径较大的混合料，试件成型较困难，试件的均质 性较差，使其试验测定值的变异性很大；性较差，使其试验测定值的变异性很大； 现场材料来源和质量以及施工工艺和控制水平的差异很现场材料来源和质量以及施工工艺和控制水平的差异很 大，使结构层混合料性质的变异性很大，并且与室内测大，使结构层混合料性质的变异性很大，并且与室内测 定结果的差别也很大；定结果的差别也很大； 环境因素（温度和湿度）的影响（收缩裂隙或裂缝），环境因素（温度和湿度）的影响（收缩裂隙或

58、裂缝）， 使结构层与试件的力学性质和参数值有较大的差异。使结构层与试件的力学性质和参数值有较大的差异。 测试方法测试方法 压缩、弯拉、直接拉伸、间接拉伸压缩、弯拉、直接拉伸、间接拉伸 单调、反复、周期加载单调、反复、周期加载 顶底面法和中间段法应变量测顶底面法和中间段法应变量测 由测试结果得到由测试结果得到：（1）周期加载压缩弹性模量与单调加载压缩弹性模量测定值相近。）周期加载压缩弹性模量与单调加载压缩弹性模量测定值相近。（2）弯拉弹性模量值与压缩弹性模量值相近。）弯拉弹性模量值与压缩弹性模量值相近。 可以采用操作较简便且精度较有保证的可以采用操作较简便且精度较有保证的单调加载压缩试验单调加载

59、压缩试验测定无机测定无机结合料类材料的弹性模量。结合料类材料的弹性模量。u各种方法比较各种方法比较 u 顶底面法与侧面法比较顶底面法与侧面法比较 采用顶底面法量测试件压缩变形，采用顶底面法量测试件压缩变形， 两端端面有摩阻约束影响，两端端面有摩阻约束影响， 国外的试验国外的试验规程中已摒弃这种方法。规程中已摒弃这种方法。 顶底面法和中间段法的对比测试结果相差一个数量级。顶底面法和中间段法的对比测试结果相差一个数量级。采用直径与高度比为采用直径与高度比为1：2的试件，在其的试件，在其中间段量测压缩应变中间段量测压缩应变，消除端面摩阻的，消除端面摩阻的影响，得到真实应力影响，得到真实应力-应变关系

60、的压缩弹性模量。应变关系的压缩弹性模量。 v单调加载压缩试验（中间段应变、单调加载压缩试验（中间段应变、0.3pmax） 试件模量与结构层模量比较试件模量与结构层模量比较结构层模量为试件模量的结构层模量为试件模量的0.58（稳定碎石）和（稳定碎石）和0.71倍（稳定土）倍（稳定土） 抗压强度与弯拉强度关系抗压强度与弯拉强度关系 弯拉强度约为抗压强度的弯拉强度约为抗压强度的20%弯拉强度与弯拉模量关系弯拉强度与弯拉模量关系60.010209rrfe 无机结合料类材料弹性模量参考值无机结合料类材料弹性模量参考值 弹性模量参考值弹性模量参考值 （mpa）材料材料抗压强度抗压强度弯拉强度弯拉强度试件模量试件模