路基路面工程材料特性

本章的结构和重点一个中心

两个特点三种材料四种主要参数BEAConfidential.|1一个中心两个特点一个中心：材料特性两个特点：1：方法实验多2：经验公式较多三种材料：1：沥青以及沥青混合料2：粒状材料以及细粒土3：钢筋混凝土四种主要参数：回弹模量、动模量、疲劳特性、永久变形参数BEAConfidential.|2材料特性的概念梳理回弹模量：就是用于弹性理论的弹性模量。若荷载比之于材料强度小得多，且重复作用许多次，每次荷载作用下的变形几乎完全可以恢复，而变形与荷载又呈正比，则可以看作是弹性的。动模量：动模量又分为动复合模量和动劲度模量。疲劳特性永久变形参数：随着交通荷载和胎压的增加，多数永久变形出现在上层，而不是在土基。为了计算车辙深度，必须确定各层材料的永久变形参数。BEAConfidential.|37.1回弹模量

BEAConfidential.|4σd在无侧限压缩实验中为轴向应力，而在三轴压缩实验中为超过侧限压力的那部分轴力。

会弹模量是非破损实验7.1.1加载波形BEAConfidential.|5竖向应力脉冲再考虑惯性和粘性作用后，应力脉冲时间与车速和深度有关巴克斯达（Barksdale）

马克林（Mclean）BEAConfidential.|6注意：KENLAYER中采用的结果得到了脉冲时间较长的反向曲线，这和路面中的实际应力脉冲较为吻合。由于车速变化很大，且在设计阶段材料的深度也是未知的，为此建议采用历时为0.1S和间歇时间为0.9S的半正弦荷载。应该指出，荷载历时对粒状材料的回弹模量影响很小，对细粒土视其含水量多少有一些影响，而对沥青材料影响很大。不清楚间歇时间有何影响，但可能影响不大。BEAConfidential.|77.1.2设备BEAConfidential.|8此为FHMA所推荐的实验装置。沥青混合料的回弹模量也可以用重复荷载间接拉伸试验确定。粒状材料和细粒土的回弹模量可用重复荷载的三轴试验确定。BEAConfidential.|97.1.3粒状材料7.1.4细粒土AASHTO规定了对粒状材料和细粒土的回弹模量实验作了各种规定。试件的准备可用不同侧限压力和偏应力的不同组合完成。200次BEAConfidential.|107.1.5沥青混合料本身的性质压缩实验和间接拉伸试验间接拉伸试验的优点是可以应用马歇尔试件，它很容易在实验室制备或从路面中钻取。压缩实验回弹模量由式7.1确定。间接拉伸试件回弹模量用式7.2计算，荷载历时为0.1S，每隔3S加载一次。BEAConfidential.|117.1.6各种实验之间的相互关系

一地基土

回弹模量的实验与土承载力的实验区别加州R值实验：加州承载比CBR实验德克萨斯三周实验分级分组指数BEAConfidential.|12加州R值实验BEAConfidential.|13加州CBR承载比实验是一种贯入实验。BEAConfidential.|14德克萨斯三轴实验分级分组指数德克萨斯三轴实验是根据莫尔包络线的位置对土进行分级。分组指数：在AASHTO土的分类方法中，分组指数变化为0-20，该值随通过200号筛的百分数、塑性指数和液限而变化。BEAConfidential.|15各种实验的关系图BEAConfidential.|16其他的关系式除图7.10之外，MR、

CBR和R值还有其他相关的关系式。BEAConfidential.|17二：热拌沥青结构层系数：AASHTO设计方法中，HMA，基层和底基层的质量用其结构层系数表示，这些相互关系图本来是用来确定结构层系数的，但是也可以用来确定回弹模量。马歇尔实验：直径102mm和高64mm的圆柱形试件，温度为60度和加载速率为每分钟51mm时进行。量测两个值：稳定度，即试件破坏时所需的荷载；流值，即破坏时的竖向变形。由于加载速率很快，稳定度就是粘聚力，流值就是内摩阻力。粘聚力仪器：测量HMA的粘聚力。BEAConfidential.|18BEAConfidential.|19三：基层BEAConfidential.|20未稳定基层沥青稳定基层BEAConfidential.|21水泥稳定基层回弹模量与无侧限抗压强度的相互关系7.2沥青混合料的动模量

7.2.1动复合模量动复合模量和动劲度模量沥青混合料的回弹模量实验和复合模量试验的区别实数与虚数部绝对值来表示动模量。可用测定回弹模量同样的设备进行复合模量实验。动模量随着加载频率而变化，应选用与实际交通荷载最接近的频率进行试验，这样确定的动模量相当于设计用的回弹模量。BEAConfidential.|227.2.2动劲度模量实验方法：类似于疲劳试验。三分点小梁实验，在三分点上施加半正弦重复荷载，荷载历时为0.1s,间歇为0.4s。BEAConfidential.|23BEAConfidential.|24与动模量的关系由于劲度模量随应力水平而变化，它不能在线弹性层状体系中用做动模量。为了得到E0

和【E*】的相互关系，威茨克和鲁特根据17种不同沥青混合料和温度组合用两种方法实验所得结果，进行了回顾分析，确定动模量所用荷载半正弦压缩荷载，对劲度模量为半正弦加载0.1s，间歇0.5s。回归公式是：BEAConfidential.|257.2.3shell诺馍图和AI公式实验确定沥青混合料的动模量耗费时间，还需要专门的设备。最好的方法是根据沥青性质和集料的密度，用诺馍图和公式计算模量。Shell诺馍图有两个，第一个是根据温度、加载时间（加载频率）、沥青的某些性质来推断沥青的劲度模量。第二个诺馍图则根据沥青劲度模量、沥青含量和矿料的体积百分含量确定沥青混合料的劲度模量。BEAConfidential.|26第一步沥青的性质t与f的关系BEAConfidential.|27例题7.7从混合料中回收的沥青，25度时针入度为22，环球法软化点为64度。求温度为11度和加载时间为0.02s时的沥青劲度模量。由式子7.18由式子7.16，PI=(20-500*0.04)/(1+50*0.04)=0低于标准针入度时的温度为64-11=53度。如图7.19所示，由于加载时间为0.02s。如图所示:BEAConfidential.|28BEAConfidential.|29第二步：例7.8有一沥青混合料，沥青含量为重量的5.5%毛体积比重为2.43.沥青的比重为1.02，集料的比重为2.85.若沥青的劲度模量为2*108N/m2,

计算混合料的劲度模量。

由公式

集料的体积百分率为80.6%，再由

沥青的体积百分率为13.1%，然后在图里面得到混合料的劲度模量。BEAConfidential.|30BEAConfidential.|31二、AI地沥青学会公式黄先生和威茨克用回归公式得到BEAConfidential.|32诺馍图与AI公式方法的比较Shell诺馍图不考虑细颗粒通过200号筛的百分率。Shell所考虑的沥青粘度和针入度是用回收沥青或混合料中实际有的沥青确定的。Shell采用环球标准温度的针入度。AI公式考虑细颗粒通过200号筛的百分率。AI用原状沥青。AI考虑得是沥青的温度和粘度。BEAConfidential.|33有例题说明，动模量随着细粒含量的增加而增加，但是与其他因素比（温度，粘度、频率等），影响是很小的。三常用范围给出HMA模量的常用范围。BEAConfidential.|347.3疲劳特性

一、实验方法实验方法采用三分点加载小梁弯曲实验。优点。控制加载的方式：常应力方法和常应变法。

常应力加载：主要承重层的较厚的路面；破坏发生快

常应变加载：小于2in的薄层路面；必须要人为假设的破坏准则，如应力等于初始应力的50%。为了缩短试验时间，通常采用半正弦加载，历时0.1s和间歇0.4s，而不用回单模量实验的0.9s。应力范围选择应使试件在重复作用1000至1000000次以内破坏。BEAConfidential.|35BEAConfidential.|36诺馍图及方程式原因：疲劳试验是一种破坏实验，它比非破损回弹模量实验耗费更多的试件，为了得到合适的结果，需要24个以上的试件进行实验。这就需要简单的诺馍图和方程式。来计算疲劳性质，无需要再做疲劳实验。Shell:

对于常应力实验：对于常应变实验：BEAConfidential.|37例题7.12已知：Vb=13%，PI=-0.7和Sm=3.3*108Pa,用方程式和诺馍图求常应力106和常应变作用105次出现破坏的初始应变。BEAConfidential.|38诺馍图及方程式BEAConfidential.|397.3.2波特兰水泥混凝土BEAConfidential.|40波特兰水泥混凝土的疲劳寿命取决于应力比，即弯拉应力与抗弯拉强度之商。专门为某一项目做疲劳试验是不实际的，因为试验结果的变异性要求大量的实验和需要大量的费用，幸亏有大量数据可以用于设计。PCA设计准则十分保守，结果使疲劳寿命比年均寿命低很多。BEAConfidential.|417.4永久变形参数永久变形是柔性路面设计的一个重要因素。随着交通荷载和胎压的增加，多数永久变形出现在上层，而不是在土基。为了计算车辙深度，必须确定各层材料的永久变形参数。多数方法是用重复荷载实验，它与会弹实验相似，知识荷载重复作用取10万次，并记录作用一定次数之后的永久变形。BEAConfidential.|42直接法VESYS法BEAConfidential.|437.4.2实验种类增量静载试验：仅适用于粘滞流动其主要作用的混合料和细粒土。动载试验蠕变实验（后面两种实验适用于所有材料）BEAConfidential.|447.5其它性质

7.5.1地基反应模量BEAConfidential.|45BEAConfidential.|46P为作用在板上的压力，为板的挠度由于承载版实验既费事，又费钱，所以经常用