行车荷载、环境因素、材料的力学性质

1、1第二章第二章 行车荷载、环境因素、行车荷载、环境因素、材料的力学性质材料的力学性质土木建筑工程学院土木建筑工程学院邓苗毅邓苗毅2主要内容：主要内容：n第一节行车荷载第一节行车荷载n第二节环境因素影响第二节环境因素影响n第三节土基的力学强度特性第三节土基的力学强度特性n第四节土基的承载能力第四节土基的承载能力n第五节路基的变形、破坏及防治第五节路基的变形、破坏及防治n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性n第七节路面材料的累积变形与疲劳特性第七节路面材料的累积变形与疲劳特性主要内容主要内容3研究行车荷载的原因：研究行车荷载的原因：n汽车是路基路面的服务对象。路基路面的主要汽车

2、是路基路面的服务对象。路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、舒适、经济通行。功能是保证车辆快速、安全、舒适、经济通行。n汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。行分析。第一节行车荷载第一节行车荷载4行车荷载的主要研究内容：行车荷载的主要研究内容：n汽车的轮重与轴重；汽车的轮重与轴重；n不同车型的车轴布置；不同车型的车轴布置；n设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐年变化；年变化；n汽车的静态荷载与动态荷载特性比较

3、。汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。第一节行车荷载第一节行车荷载5一、一、车辆的种类车辆的种类：n客车：小客车、中客车、大客车；客车：小客车、中客车、大客车；n货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。第一节行车荷载第一节行车荷载道路上通行的车辆主要分为道路上通行的车辆主要分为客车客车与与货车货车两大类。两大类。 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，所以路路面结构设计面结构设计主要以主要以轴重轴重作为荷载标准。因此，在众多的作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，车辆组合中，重型货车重型货车和和大客车大客车起决定作用

4、。对于起决定作用。对于小客小客车车，则主要对路面的，则主要对路面的表面特性表面特性如：平整性、抗滑性等，如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。提出较高的要求。6一、一、车辆的种类车辆的种类：第一节行车荷载第一节行车荷载整车整车 牵引式半挂车牵引式半挂车 7二、二、汽车的轴型汽车的轴型：n轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，轴重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明确的规定。我国公路与各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中均以城市道路设计规范中均以100kN100kN作为作为标准轴重标准轴重。目前我国。目前我国

5、公路是行使的车辆，后轴轴载一般在公路是行使的车辆，后轴轴载一般在6060130kN130kN范围内。范围内。n汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。多轴多轮化发展。超载运输问题在我国日益突出。多轴多轮化发展。n对对超载超载的定义：的定义：20002000年年2 2月，交通部月，交通部超限运输车辆行驶超限运输车辆行驶公路管理条例公路管理条例规定：规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg6000kg，单轴（每侧双轮胎）载质量，单轴（每侧双轮胎）载质量10000kg10000kg

6、，双联轴，双联轴（每侧双轮胎）载质量（每侧双轮胎）载质量18000kg18000kg。”附则第二十九条规定，附则第二十九条规定，单轴轴载最大不得超过单轴轴载最大不得超过13000kg13000kg。 第一节行车荷载第一节行车荷载8二、二、汽车的轴型汽车的轴型：第一节行车荷载第一节行车荷载单后轴单轮组单后轴单轮组 双后轴双轮组双后轴双轮组9不同轴型的货车示意图不同轴型的货车示意图第一节行车荷载第一节行车荷载10三、汽车对道路的静态压力三、汽车对道路的静态压力n汽车轮胎内压（接触压力）；汽车轮胎内压（接触压力）；n轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态（椭圆近似圆形）

7、；（椭圆近似圆形）；n轮载的大小。轮载的大小。第一节行车荷载第一节行车荷载静态压力静态压力P P的影响因素：的影响因素：11单圆图示单圆图示： 双圆图示双圆图示： 标准轴载标准轴载 Bzz-100Bzz-100（轴载）（轴载） P=25kNP=25kN（轮载（轮载 p=700kPa p=700kPa d=0.213m D=0.302md=0.213m D=0.302m82PDdp4PpPdp第一节行车荷载第一节行车荷载12四、运动车辆对道路的动态影响四、运动车辆对道路的动态影响n水平力水平力 第一节行车荷载第一节行车荷载转弯减速制动正常加速起动静止MAXQP纵向路面滑移附着系数最大水平力：最大

8、水平力：水平力对路面造成的影响：水平力对路面造成的影响： 面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生生推移推移、拥包拥包、波浪波浪、车辙车辙等破坏。等破坏。13四、运动车辆对道路的动态影响四、运动车辆对道路的动态影响n轮载的动态（振动）轮载的动态（振动）第一节行车荷载第一节行车荷载冲击系数冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。：振动轮载的最大值与静载的比值。影响系数影响系数 （变异（变异系数）影响因素系数）影响因素平整度行车速度车辆振动特性14四、运动车辆对道路的动态影响四、运动车辆对道路的动态影响n轮载作用的瞬时性轮载作用的瞬时性第一节行

9、车荷载第一节行车荷载 车轮通过路面的时间约为车轮通过路面的时间约为0.010.010.10s0.10s左右，当应力出左右，当应力出现的时间很短时，来不及传递分布，其变形特性不能像静载现的时间很短时，来不及传递分布，其变形特性不能像静载作用那样完整表现出来。作用那样完整表现出来。变性滞后性：变性滞后性：15四、运动车辆对道路的动态影响四、运动车辆对道路的动态影响n车辆荷载作用的重复性车辆荷载作用的重复性第一节行车荷载第一节行车荷载 路面材料产生疲劳破环的主要原因。路面材料产生疲劳破环的主要原因。轴载静力轴载静力、动力量值动力量值和和通行数量通行数量是路面设计中重要参数。是路面设计中重要参数。16

10、五、五、交通分析交通分析第一节行车荷载第一节行车荷载 交通量交通量：指一定的时间间隔内各类车辆通过某一：指一定的时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。道路横断面的数量。 a a、初始年平均日交通量：、初始年平均日交通量： b b、交通量年平均增长率、交通量年平均增长率 c c、设计年限内累积交通量：、设计年限内累积交通量： 3651i=1N =Ni/3651365(1)1tNrNert-1365(1)1(1)ttNrNerr或或17五、交通量分析五、交通量分析n轮载组成与等效换算轮载组成与等效换算第一节行车荷载第一节行车荷载 a a、观测方法：人工、自动、观测方法：人工、自动 共共111

11、1类车辆类车辆 b b、轴载谱：、轴载谱：各级轴载所占的比例各级轴载所占的比例（轴载组成）。（轴载组成）。 不同重力的轴载对路面结构的损伤程度差别较大，所以除了关不同重力的轴载对路面结构的损伤程度差别较大，所以除了关注累计交通量，还要关注各级轴载所占的比例（轴载谱）。注累计交通量，还要关注各级轴载所占的比例（轴载谱）。 c c、等效换算：、等效换算： 各种轴载作用次数等效的原则：各种轴载作用次数等效的原则：同一种路面结构在不同轴载作同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度用下达到相同的损伤程度。 我国的标准轴载为：双轮组单轴我国的标准轴载为：双轮组单轴Bzz-100Bzz-100。()

12、nsiiisNPNP18五、交通量分析五、交通量分析n轮迹横向分布轮迹横向分布第一节行车荷载第一节行车荷载 由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不会平均分配到每一点上，不会集中在横断面上某一固定位置，也不会平均分配到每一点上，而是按一定规律分布在车道横断面上。而是按一定规律分布在车道横断面上。 轮迹律分布横向分布频率的影响因素：轮迹律分布横向分布频率的影响因素：交通量、交通组成、车交通量、交通组成、车道宽度、交通管理规则道宽度、交通管理规则等。等。 路面结构设计中，用横向分布系数来反映轮迹

13、横向分布频率的影路面结构设计中，用横向分布系数来反映轮迹横向分布频率的影响。通常取两个条带频率之和作为响。通常取两个条带频率之和作为轮迹横向分布系数轮迹横向分布系数。19一一 、温（湿）度变化对路基路面的影响、温（湿）度变化对路基路面的影响 ：n路基土和路面材料的路基土和路面材料的强度强度和和刚度刚度n路基土和路面材料的路基土和路面材料的体积体积第二节环境因素影响第二节环境因素影响20二二 、温度状况的预估、温度状况的预估第二节环境因素影响第二节环境因素影响21二二 、温度状况的预估：、温度状况的预估：第二节环境因素影响第二节环境因素影响太阳辐射气温外部因素风速1、影响因素降雨蒸发热传导率内部

14、因素热容量2统计方法：回归方程：长期观测.可靠性大精度较高，通用性较差、预估方法理论方法：微分方程：热传导理论推演，通用性好，精度较低22 湿度（与温度共同作用）对路基路面的强度、刚度及湿度（与温度共同作用）对路基路面的强度、刚度及稳定性影响现象表现为：稳定性影响现象表现为： 保持路基干燥的主要方法：保持路基干燥的主要方法： 地下水对路基土的影响深度地下水对路基土的影响深度 不同自然环境区域的路基受不同来源湿度的影响。不同自然环境区域的路基受不同来源湿度的影响。 面层的透水性面层的透水性和和路肩以下路基的湿度变化路肩以下路基的湿度变化对路基的湿度对路基的湿度有影响。有影响。冻胀冻胀翻浆翻浆设置

15、地面排水设施设置路面结构排水设施粘质土 6m粉质土 3m砂类土 0.9m第二节环境因素影响第二节环境因素影响三、湿度状况：三、湿度状况：23 路基承受路基承受路基自重路基自重和和汽车荷载汽车荷载。 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弹性限度以内，当车辆的影响。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，以保证路基的相对稳定，路面不致引起驶过后，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。破坏。 路基土在车轮荷载作用下所

16、引起的垂直应力的近似计算：路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力的近似计算： 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处所引起的垂直应力处所引起的垂直应力 ： 路基内任一点垂直应力包括由车轮和由土基自重引起的垂直应力共路基内任一点垂直应力包括由车轮和由土基自重引起的垂直应力共同作用。同作用。第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性一、路基的受力状况：一、路基的受力状况：2zpkZBZ24二、路基工作区：二、路基工作区：第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性n概念：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力概念：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应

17、力z z与路基土自与路基土自重重 引起的垂直应力引起的垂直应力B B相比所占比例很小，仅为相比所占比例很小，仅为1/101/101/51/5时，该深度时，该深度ZZ范围内的路基称为范围内的路基称为路基工作区路基工作区。路基工作区深度随着车轮荷载的加。路基工作区深度随着车轮荷载的加大而加深。大而加深。n在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和车轮荷载影响较大，在在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和车轮荷载影响较大，在工作区范围以外的路基，影响逐渐减小。工作区范围以外的路基，影响逐渐减小。n路基工作区深度的确定：路基工作区深度的确定： 得到：得到：n路基工作区内，土基的强度和稳定性对保证路面结

18、构的强度和稳定性路基工作区内，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，对工作区范围内的土质选择、路基的压实度应提出极为重要，对工作区范围内的土质选择、路基的压实度应提出较高的较高的要求。要求。2BZnPKZ3aZ =KnP25三、路基土的应力应变特性：三、路基土的应力应变特性：n路基土的变形包括路基土的变形包括弹性变形弹性变形和和塑性变形塑性变形，过大的塑性变形导致沥青路，过大的塑性变形导致沥青路面出现车辙和纵向不平整，会导致水泥混凝土路面板的断裂。在柔性面出现车辙和纵向不平整，会导致水泥混凝土路面板的断裂。在柔性路面结构中，土基的变形占很大部分。路面结构中，土基的变形占很大部

19、分。n土基土的组成包括土基土的组成包括固相固相、液相液相和和气相气相三部分（三相体）。路基土在应三部分（三相体）。路基土在应力作用下呈现的变形特性同理想的线弹性体有很大区别。力作用下呈现的变形特性同理想的线弹性体有很大区别。n土基的应力应变关系除了出现非线性特性以外，还表现出土基的应力应变关系除了出现非线性特性以外，还表现出塑性性质塑性性质。即当荷载完全卸除时，变形不会全部恢复。（残余变形或塑性变形）即当荷载完全卸除时，变形不会全部恢复。（残余变形或塑性变形）n路基土在车轮荷载作用下产生的应变，不仅与荷载应力的大小有关系，路基土在车轮荷载作用下产生的应变，不仅与荷载应力的大小有关系，而且与荷载

20、作用持续的而且与荷载作用持续的时间时间有关系。加载初期，变形量随荷载持续时有关系。加载初期，变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。表现出间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。表现出流变特性流变特性，主要与，主要与塑性塑性应变应变有关。有关。第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性261 1、压入承载板试验、压入承载板试验 （回弹（回弹模量）模量） 2 2、三轴压缩试验、三轴压缩试验 2(1)pDEl1-33113112EE第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性三、路基土的应力应变特性：三、路基土的应力应变特性：n应力应力应变关系应变关系 27 评定土体的应力评定

21、土体的应力应变状态和设计路面时应变状态和设计路面时用模量用模量E E，定义以下模量：，定义以下模量： （1 1）初始切线模量初始切线模量：应力值为零时的应：应力值为零时的应力力应变曲线的斜率。应变曲线的斜率。 （2 2）切线模量切线模量：某一应力级位处应力：某一应力级位处应力应应变曲线的斜率。（反映该级应力处应力变曲线的斜率。（反映该级应力处应力应变应变变化的精确关系）变化的精确关系） （3 3）割线模量割线模量：以某一应力值对应的曲线：以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率（反映土基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在工作应力范围内的应力应变的平均状

22、态）应变的平均状态） （4 4）回弹模量回弹模量：应力卸除阶段，应力：应力卸除阶段，应力应应变曲线的割线模量。（反映土的弹性性质）变曲线的割线模量。（反映土的弹性性质）第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性三、路基土的应力应变特性：三、路基土的应力应变特性：总变形残余变形回弹变形1-3( )28四、重复荷载对路基土的影响：四、重复荷载对路基土的影响：n一是土体逐渐被压密，每次的塑性变形量逐渐减小，直一是土体逐渐被压密，每次的塑性变形量逐渐减小，直至最后至最后稳定稳定，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；n二是每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变二是

23、每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土体整体破坏的剪裂面，最后达到形，形成能引起土体整体破坏的剪裂面，最后达到破坏破坏。第三节第三节 土基的力学强度特性土基的力学强度特性 重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积。重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积。两种最终结果：两种最终结果：1、土的性质和状态（含水量，密实度，结构状态）2、重复荷载的大小（以重复荷载同一次静载下达到的 极限强度之比表示，即相对荷载）3、重复荷载的施加速度，作用时间，频率取决于：取决于：29第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 路基的承载能力采用一定应力级位下的路基的承载能力采用一定应力级

24、位下的抗变抗变形能力形能力来表征，主要参数有来表征，主要参数有回弹模量回弹模量E E、地基反、地基反应模量应模量K K、加州承载板、加州承载板CBRCBR。30 一、土基的回弹模量：一、土基的回弹模量：n柔性压板柔性压板 n刚性压板刚性压板 第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬间荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以应用弹性理论间荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。以回弹模量作为表征土公式描述荷载与变形之间的关系。以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以

25、在弹性理论为基本体系的各种设基承载能力的参数，可以在弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。计方法中得到应用。 圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量：圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量：31 一、土基的回弹模量：一、土基的回弹模量：n柔性压板柔性压板 第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力2202( )2(1)04(1)rr aPp raparlEparalE处处若已测得，由若已测得，由l、 p p、a a、反算出反算出E E为土基的泊松比为土基的泊松比32 一、土基的回弹模量：一、土基的回弹模量：n刚性压板刚性压板 第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力221( )2pap r

26、ar22(1).4palE 若已知若已知l l、p p、a a、反算反算E E 为土基的泊松比为土基的泊松比33 一、土基的回弹模量：一、土基的回弹模量：n刚性承载板用于土基回弹模量的测试刚性承载板用于土基回弹模量的测试第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 逐级加载卸载法，每级增加逐级加载卸载法，每级增加0.04MPa0.04MPa，卸载稳定卸载稳定1min1min后读取回弹弯沉值，再加下后读取回弹弯沉值，再加下一级荷载，回弹变形值超过一级荷载，回弹变形值超过1mm1mm，则停止加，则停止加载。点绘荷载载。点绘荷载回弹弯沉曲线。回弹弯沉曲线。总弯沉回弹弯沉2.(1)2iipaEli123

27、456789p0.040.080.120.160.200.2410.2810.320.36illlllllmmlmmll1234560.040.080.120.160.200.24iiplllllll承载板直径的大小影响测定结果。承载板直径的大小影响测定结果。34二、地基反应模量：二、地基反应模量：n用温克勒地基模型描述土基工作状态时。用地基反应模量用温克勒地基模型描述土基工作状态时。用地基反应模量表征土基的承载能力。表征土基的承载能力。n温克勒地基的假定：土基顶面任意一点的弯沉温克勒地基的假定：土基顶面任意一点的弯沉l l，仅同作用，仅同作用于该点的垂直压力于该点的垂直压力p p成正比，而同

28、其它相邻点处的压力无关。成正比，而同其它相邻点处的压力无关。n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。 K=P/LK=P/L n适合于（适合于（弹簧地基弹簧地基）稠密液体稠密液体地基地基模型，地基反应模量模型，地基反应模量K K值值相当于该液体的相对重度，路面板受到的地基反力相当于相当于该液体的相对重度，路面板受到的地基反力相当于液体产生的浮力。液体产生的浮力。 第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力35二、地基反应模量：二、地基反应模量：第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 K K值的确定：值的确定： 刚性压板，刚性压板，D=76cmD=76

29、cm，一次加载到位。，一次加载到位。 a a、当地基较软弱时，用、当地基较软弱时，用l=0.127cm l=0.127cm 的弯沉量控制承载板的弯沉量控制承载板荷载；荷载； b b、当地基坚硬，沉降难以、当地基坚硬，沉降难以达到达到0.127cm0.127cm时，用时，用p=70KPap=70KPa控制控制承载板荷载。承载板荷载。 当值变化不大D D值越小，值越小，K K值越大：值越大： K K7676=0.43=0.43* *K K3030 地基回弹反应模量地基回弹反应模量: :K KR R=1.77K=1.77K36三、加州承载比（三、加州承载比（CBR）：）：n定义：定义：评定土基及路面

30、材料承载能力的指标，以材料抵抗局部荷载评定土基及路面材料承载能力的指标，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，以它压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示们的相对比值表示CBRCBR值。值。 n测定方法：测定方法：标准压头端部面积标准压头端部面积19.35cm219.35cm2，以，以0.127cm/min 0.127cm/min 的速度压入土的速度压入土中，记录每贯入中，记录每贯入0.254cm0.254cm时的单位压力，直到压入深度达到时的单位压力，直到压入深度达到1.27cm1.27cm时为止。时为止。计算计算CBRCBR值时，取贯

31、入度为值时，取贯入度为0.254cm0.254cm；但当；但当0.254cm0.254cm时的时的CBRCBR值值小于贯入度为小于贯入度为0.508cm0.508cm时的时的CBRCBR值时，应采用后者。值时，应采用后者。第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 CBR= p/psCBR= p/ps100100 p p对应某一贯入度的土基单位压力对应某一贯入度的土基单位压力kPa kPa Ps Ps相应贯入度的标准压力相应贯入度的标准压力kPakPa 37三、加州承载比（三、加州承载比（CBR）：）：n实验方法：实验方法：nCBRCBR值优点值优点: : 第四节第四节 土基的承载能力土基的承

32、载能力a室外、击实实验：确定最佳含水量和最大干容重b、试配成型：将试件拌至最佳含水量室内试件制备过程：c、泡水4天。泡水，加环形砝码（根据路面重量）d、实验 缺点缺点: : 我国把其作为路基填料选择的依据。我国把其作为路基填料选择的依据。ab、实验简单、偏于安全a、经验型数据（无力学根据）b、设计要求有CBR与h的经验图表c、测定程序繁多38一、路基的主要病害：一、路基的主要病害：n路基沉陷路基沉陷n边坡滑塌边坡滑塌n碎落和崩塌碎落和崩塌n路基沿山坡滑动路基沿山坡滑动n不良地质和水文条件造成的路基破不良地质和水文条件造成的路基破坏坏第五节第五节 路基的变形、破坏与防治路基的变形、破坏与防治39

33、一、路基的主要病害：一、路基的主要病害：n路基沉陷：路基表面载垂直方向产生较大的竖向位移路基沉陷：路基表面载垂直方向产生较大的竖向位移 自身压缩沉缩自身压缩沉缩天然地基承载力不足引起的沉陷。天然地基承载力不足引起的沉陷。第五节第五节 路基的变形、破坏与防治路基的变形、破坏与防治40一、路基的主要病害：一、路基的主要病害：n边坡滑塌边坡滑塌第五节第五节 路基的变形、破坏与防治路基的变形、破坏与防治流动水冲刷a、溜方：少量土体沿边坡向下移动施工不当边坡过陡b、滑坡：部分土体载重力作用下沿某滑动面滑动 边脚冲刷填土层次不当41一、路基的主要病害：一、路基的主要病害：n碎落和崩塌：碎落和崩塌： 表层风

34、化石在外界因素作用下从表层风化石在外界因素作用下从 坡面坡面上剥落成片称碎落；大块岩石滚落称崩塌。上剥落成片称碎落；大块岩石滚落称崩塌。n路基沿山坡滑动：整体路基沿倾斜的原地面向下滑动路基沿山坡滑动：整体路基沿倾斜的原地面向下滑动路基整体失去移动。路基整体失去移动。 n不良地质和水文条件造成的路基破坏：泥石流、不良地质和水文条件造成的路基破坏：泥石流、 瀑瀑雨、溶洞。雨、溶洞。第五节第五节 路基的变形、破坏与防治路基的变形、破坏与防治岩石风化外力作用山坡较陡，未处理坡脚未支撑42一、路基的主要病害：一、路基的主要病害：第五节第五节 路基的变形、破坏与防治路基的变形、破坏与防治43二、路基病害防

35、治：二、路基病害防治：n正确设计路基横断面；正确设计路基横断面；n选择良好的路基填料，必要时进行稳定处理；选择良好的路基填料，必要时进行稳定处理；n采用正确的填筑方法，充分压实；采用正确的填筑方法，充分压实；n适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入到路基工作区范围；入到路基工作区范围；n正确进行排水设计（地面排水、地下排水、路面结构排水正确进行排水设计（地面排水、地下排水、路面结构排水即地基的特殊排水）；即地基的特殊排水）；n必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻和

36、水分累计，设计砂垫层以疏干土基；冰冻和水分累计，设计砂垫层以疏干土基；n采取边坡加固、修筑支挡结构物、土体加筋等技术，提高采取边坡加固、修筑支挡结构物、土体加筋等技术，提高整体稳定性。整体稳定性。第五节第五节 路基的变形、破坏与防治路基的变形、破坏与防治44路面材料的分类：路面材料的分类：n按不同的形态及成型性质按不同的形态及成型性质松散颗粒型材料及块料；松散颗粒型材料及块料；沥青结合料类；沥青结合料类；无机结合料类。无机结合料类。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n按不同的成型方式按不同的成型方式密实型；密实型；嵌挤型；嵌挤型；稳定型。稳定型。45一、抗剪强度：一、抗

37、剪强度：n路面结构层厚度较薄，总体刚度不足，车轮荷载通过薄路面结构层厚度较薄，总体刚度不足，车轮荷载通过薄层结构传递给土基的剪应力过大，导致路基路面整体结层结构传递给土基的剪应力过大，导致路基路面整体结构发生剪切破坏；构发生剪切破坏；n无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏；引起部分结构层产生剪切破坏；n面层材料的抗剪强度过低，在受到较大水平力作用时，面层材料的抗剪强度过低，在受到较大水平力作用时，面层材料产生纵向或横向推移等各种剪切破坏面层材料产生纵向或横向推移等各种剪切破坏第六节第六节 路面材料的力学强度特

38、性路面材料的力学强度特性路面结构层因抗剪强度不足而导致的破坏有三种情况：路面结构层因抗剪强度不足而导致的破坏有三种情况：46 摩尔强度理论：摩尔强度理论： 沥青合料的抗剪强度不仅同材料的级配组成、形状和沥青合料的抗剪强度不仅同材料的级配组成、形状和表面特性有关，也同沥青的粘结力和用量有关。表面特性有关，也同沥青的粘结力和用量有关。 粘结力取决于粘结力取决于 , c直接剪切试验，绘制曲线三轴压缩试验，绘制摩尔圆和相对包络线abcd、沥青的粘度、沥青的用量、温度和剪切速度、细料tanc一、抗剪强度：一、抗剪强度：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 抗剪强度抗剪强度kPa C

39、 粘结力粘结力kPa 法向正应力法向正应力kPa 内摩阻角内摩阻角47二、抗拉强度：二、抗拉强度：n沥青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基层在气温骤降沥青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基层在气温骤降时产生收缩（温缩），水泥混凝土路面和各种半刚性基层时产生收缩（温缩），水泥混凝土路面和各种半刚性基层在大气湿度发生变化时，产生明显的干缩，这些收缩变形在大气湿度发生变化时，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。强度不足以抵抗上述拉应力时，路面结构会产生拉伸断

40、裂。n抗拉强度可由抗拉强度可由直接拉伸直接拉伸或或间接拉伸试验间接拉伸试验确定。确定。n间接拉伸试验通常采用间接拉伸试验通常采用劈裂试验劈裂试验。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2tPhD水泥砼劈裂强度水泥砼劈裂强度立方体试件测试立方体试件测试2tPA混合料劈裂圆混合料劈裂圆柱形试件测试柱形试件测试沥青混合料温度敏感材沥青混合料温度敏感材料，抗拉强度与温度有关。料，抗拉强度与温度有关。48三、抗弯强度：三、抗弯强度：n用水泥混凝土、沥青混合料以及半刚性路面材料修筑的结用水泥混凝土、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。有车轮构

41、层，在车轮荷载作用下，处于受弯曲工作状态。有车轮荷载引起的弯拉应力超过材料的抗弯拉强度时，材料会产荷载引起的弯拉应力超过材料的抗弯拉强度时，材料会产生弯曲断裂。生弯曲断裂。n弯拉强度大多采用弯拉强度大多采用简支小梁试验简支小梁试验进行评定。进行评定。 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2tPlbh 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTG E30-2005)规定，规定，混凝土弯拉强度试件尺寸有混凝土弯拉强度试件尺寸有 100mm x100mm x 400mm、150mm x 150mm x 550mm和和150mm x 50mm x 60

42、0mm三种。三种。 简支小梁试验测定：简支小梁试验测定： 49四、应力应变特性：四、应力应变特性：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 路面结构层在车轮荷载作用下的应力、路面结构层在车轮荷载作用下的应力、应变和位移量，不仅同荷载的量级有关，还应变和位移量，不仅同荷载的量级有关，还取决于路面材料的取决于路面材料的应力应变特性应力应变特性。50 1 1、碎砾石材料、碎砾石材料三轴压缩实验三轴压缩实验( (与土基曲线类似与土基曲线类似) ) 三向主应力之和(kPa ) K1、K2 回归常数 2 2、无机结合料混合料、无机结合料混合料单轴单轴、三轴试验三轴试验、小梁试验小梁试验

43、水泥砼水泥砼单轴试验单轴试验：150150150150300mm300mm 无机结合料混合料无机结合料混合料室内承载板法试验室内承载板法试验： 1-3AOaPPLEcFPA终荷载 L-试件轴向标距长度m Po初荷载 F试件横截面积m2 a变形差m承载板直径D=37.4mm 承载板单位压力200-700KPa 试件直径高=150mm150mm =0.252(1)4rPDEl21KrEK四、应力应变特性：四、应力应变特性：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51 3 3、沥青混合料：、沥青混合料： :低温 单轴、小梁实验高温：三轴压缩实验温度和时间对应力温度和时间对应力应应变

44、特性影响很大（黏变特性影响很大（黏弹性性状。弹性性状。1=480压缩蠕变实验1=30四、应力应变特性：四、应力应变特性：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52劲度模量劲度模量S St,Tt,T: : 在给定温度和加荷时间条件下的应力在给定温度和加荷时间条件下的应力应变关系参数。应变关系参数。 通过实验，运用范德普（通过实验，运用范德普（Vander PeelVander Peel）诺模图确定：）诺模图确定：,()t Tt TS施加应力KPa S模量KPa 总应变 t时间s T温度OC123、蠕变模量实验、动态模量实验、回弹模量实验第六节第六节 路面材料的力学强度特性路面

45、材料的力学强度特性四、应力应变特性：四、应力应变特性：53重复荷载作用下路面结构的破坏：重复荷载作用下路面结构的破坏：n由于重复荷载作用引起的路面结构破坏极限状态，不同于由于重复荷载作用引起的路面结构破坏极限状态，不同于最大极限荷载引起的破坏极限状态。最大极限荷载引起的破坏极限状态。n重复荷载作用下出现的破坏极限状态主要有两种：重复荷载作用下出现的破坏极限状态主要有两种：路面材料处于路面材料处于弹塑性弹塑性工作状态，则重复荷载作用将引起塑性变形工作状态，则重复荷载作用将引起塑性变形的累积，超过一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度以下；的累积，超过一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度以下

46、；路面材料处于路面材料处于弹性弹性工作状态，重复荷载导致材料内部产生微量损工作状态，重复荷载导致材料内部产生微量损伤，累积到一定限度以后，路面结构发生疲劳断裂。伤，累积到一定限度以后，路面结构发生疲劳断裂。n累积变形累积变形与与疲劳破坏疲劳破坏这两种破坏发生的共同特点就是破坏这两种破坏发生的共同特点就是破坏极限的发生极限的发生不仅同荷载的应力大小有关，而且和荷载的作不仅同荷载的应力大小有关，而且和荷载的作用次数有关用次数有关。第七节第七节 路面材料的累积变形与疲劳特性路面材料的累积变形与疲劳特性54一、累积变形：一、累积变形： 路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形累积而产生路面结构在车轮荷载

47、重复作用下因塑性变形累积而产生的的沉陷沉陷或或车辙车辙，是路面结构的主要病害。这种永久性的变形，是路面结构的主要病害。这种永久性的变形是是路基路面各结构层材料塑性变形的综合路基路面各结构层材料塑性变形的综合。 它不仅同它不仅同荷载的大小、作用次数荷载的大小、作用次数以及以及路基土的性状路基土的性状有关有关，也受，也受路面各结构层材料变形特性路面各结构层材料变形特性的影响。的影响。第七节第七节 路面材料的累积变形与疲劳特性路面材料的累积变形与疲劳特性55二、疲劳特性：二、疲劳特性：第七节第七节 路面材料的累积变形与疲劳特性路面材料的累积变形与疲劳特性rff疲劳破坏：弹性状态的路面材料载低于极限应力值的重复应