《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》

ICS

CCS

T

团体标准

T/CIXXX-2023

基于蒙特卡洛法的沥青路面

多指标可靠度评价规程

ReliabilityEvaluationProceduresforMultipleIndicatorsofAsphaltPavement

（征求意见稿）

2023-X-X发布2023-X-X实施

 中国国际科技促进会 发布

T/CIXXX-2023

基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程

1范围

本标准适用于各等级公路沥青路面结构可靠度的评价。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

JTGD30-2015公路路基设计规范

JTG/T3610-2019公路路基施工技术规范

JTG3450-2019公路路基路面现场测试规程

JTJ034-2018公路工程路面基层施工技术规范

JTGE51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程

JTG-D50-2017公路沥青路面设计规范

JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范

JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程

JTG2120-2020公路工程结构可靠性设计统一标准

JTG-F80/1-2017公路工程质量检验评定标准

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

术语

3.1.1

沥青路面asphaltpavement

在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑面层的路面。

3.1.2

变异性variability

对倾斜的高层建筑物采用技术措施，抬升沉降较大一侧的基础或上部结构，实现对高层建筑物予以

扶正的方法。

3.1.3

变异系数CoefficientofVariation

3

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变异系数又称离散系数，是用于比较平均数不同的两个或多个样本数据变异程度的相对统计量，是

标准差与其平均值之比。

3.1.4

正态分布Normaldistribution

一维随机变量X服从均值为，标准差为的概率分布,其概率密度函数为

(x)

1

f(x)e2，则称随机变量X服从正态分布。

2

3.1.5

对数正态分布logarithmicnormaldistribution

(lnx)2

1

一维随机变量X(X＞0),若ln(X)~N(,2)，其概率密度函数为f(x)e2，则称随

x2

机变量X服从对数正态分布。

3.1.6

路面设计使用年限designworking/servicelifeofpavement

在正常设计、施工、使用和养护条件下，路面不需要结构性维修的预定使用年限。

3.1.7

当量轴次equivalentsingleaxleloads

按当量损坏原则，将不同车型轴载的作用次数换算为设计轴载的当量作用次数。

3.1.8

当量设计轴载累计作用次数cumulativeequivalentsingleaxleloads

在设计使用年限内，设计车道上当量轴次的总和。

3.1.9

极限状态方程limitstateequation

在结构或构件处于极限状态时，各有关基本变量的关系式。

3.1.10

疲劳破坏Fatiguefailure

在远低于材料强度极限的交变应力荷载的多次作用下，材料及结构发生破坏的现象。

3.1.11

可靠度reliability

路面结构在规定的时间和条件下完成预定功能的概率。要求设计结构达到的可靠度称作目标可靠度。

3.1.12

可靠指标reliabilityindex

4

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度量结构可靠度的数值指标，本规程规定的作为结构设计依据的可靠指标称为目标可靠度指标。

3.1.13

失效概率probabilityoffailure

在设计使用年限内，结构不能完成预定功能的概率。

定义

下列定义适用于本文件。

3.2.1材料参数

h——厚度

E——模量

3.2.2统计学参数

——目标可靠指标

�——极差

R——均值

−

�——标准差

�——变异系数

��——抽样次数

N——失效概率

3.2.3�f交通量参数及其他参数

——设计年限内车道上的当量轴载累计作用次数

��结构或构件的抗力

R——作用的效应

S—（—）——极限状态功能函数

�x

4基本规定

一般规定

4.1.1沥青路面结构设计应满足公路工程结构设计中的各项功能要求。

4.1.2沥青路面结构在正常设计、正常施工和正常使用条件下的功能要求应符合《公路工程结构

可靠性设计统一标准》（JTG2120-2020）第3.1.2条规定。

4.1.3沥青路面结构设计时其他要求应符合《公路工程结构可靠性设计统一标准》（JTG2120-2020）

第3.1.3条规定。

目标可靠指标

4.2.1沥青路面结构承载能力极限状态的目标可靠度（%）和目标可靠指标β不应低于表1的规定。

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表1目标可靠度和目标可靠指标

公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路

目标可靠度（%）9590858070

目标可靠指标β1.651.281.040.840.52

4.2.2新建沥青路面结构设计使用年限应符合《沥青路面设计规范》（JTG-D50-2017）第3.0.2

条规定；永久性沥青路面结构或长寿命沥青路面结构设计使用年限应不低于40年；改建路面结构设计

可根据工程实际情况选取适宜的设计使用年限。

5极限状态设计原则

极限状态

5.1.1沥青路面结构的极限状态设计原则应符合《公路工程结构可靠性设计统一标准》（JTG

2120-2020）第4.1.1条规定。

5.1.2高沥青路面结构的各种极限状态，均应规定明确的极限状态标准或限值。

5.1.3对沥青路面结构的极限状态验算，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第

3.0.5条和附录B的规定。

极限状态方程

5.2.1沥青路面结构的极限状态可采用下列极限状态方程来描述：

，，（）

式中：Z或g()—结构的功能函数；�=��1,�2···��5.2.1−1

（，，，）—影响结构的基本变量，包括作用、环境影响、材料和岩土力学性能、结

构几何�1参量�=、1计算2模···式不�定性系数等随机变量。

极限状态方程中的若干变量也可组合为作用效应和结构抗力两个综合变量，此时极限状态方程可

表达为：

（）

式中：R—结构或构件的抗力；�=��,�=�−�=05.2.1−2

S—作用的效应。

5.2.2沥青路面按极限状态设计时，应以规定的可靠度满足下列要求：

，，（）

或（）

�=��1,�2···��≥05.2.2−1

5.2.3结构或构件宜根据规定的可靠指标，采用由作用�=的�代−表�值≥、0材料性能的标准值、几5何.2.参2−量2的标

准值和各相应的分项系数构成的极限状态设计表达式进行设计。

6

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6沥青路面参数的变异性

交通荷载参数

6.1.1交通数据调查

沥青路面的交通数据调查应包括交通量及年平均增长率、方向系数、车道系数、车辆类型组成、轴

组组成和轴重等。

沥青路面的初期交通量及其他参数可参照可行性研究报告等有关交通量预测资料，结合当地交通观

测站的观测和统计资料，或通过实地设立站点进行观测和统计。交通数据调查应满足《公路沥青路面设

计规范》（JTGD50-2017）附录A的规定。

6.1.2交通量变异性的确定

(1)现场交通量观测资料可以获得时，根据取得的各阶段沥青路面现场交通量历史资料，统计“年

平均日交通量AADTT”、“年平均增长率γ%”和“方向系数DDF”等各项交通量参数的变异系数及分

布模型，然后分别对交通量参数进行蒙特卡洛抽样，按照《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

附录A中式A.4.2计算沥青路面交通量累计当量轴次的变异性。

(2)现场交通量的观测资料难以获得时，交通量参数可参考路面设计文件的交通量和采用《公路沥

青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录A中的历史数据或经验数据，按照《公路沥青路面设计规范》

（JTGD50-2017）附录A中式A.4.2计算设计使用年限内面层、基层和路基结构的交通量累计当量轴次，

最后根据当地经验值或经济发展水平确定沥青路面交通量累计当量轴次的变异性。

结构及材料参数

6.2.1厚度变异性的确定

路面各结构层厚度随机特性的样本应采用钻芯取样试件或路面雷达进行测试，测试方法和数据处理

应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）规定，统计分析各结构层厚度均值u、最大值

Hmax、最小值Hmin、标准差δ和变异系数Cv，通过假设检验确定各结构层厚度的分布模型。

6.2.2模量变异性的确定

无机结合料稳定类材料弹性模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场钻芯取样的试件进

行单轴压缩试验测试，测试方法和数据处理应符合《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG

E51-2009)和《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）的有关规定。

沥青混合料动态压缩模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场钻芯取样的试件进行测试，

测试规程应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第5.5.11条的技术规定。

路基回弹模量随机特性的样本应采用现场测试或室内实验，测试规程应符合《公路路基设计规范》

（JTGD30-2015）中第3章一般路基的规定和实验方法。

最后，由结构层模量的样本值统计最大值Emax、最小值Emin、均值u、标准差δ和变异系数Cv，用假设

检验确定各结构层模量参数的分布模型。

6.2.3弯拉强度变异性的确定

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无机结合料稳定类材料弯拉强度随机特性的样本应采用施工中取料成型试件进行测试，测试规程应

符合《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)第5章和《公路沥青路面设计规范》（JTG

D50-2017）第5.4.5条的技术规定，统计无机结合料层弯拉强度样本值的均值u、最大值Rmax、最小值

Rmin、标准差δ和变异系数Cv，通过假设检验确定无机结合料层弯拉强度的分布模型。

6.2.4沥青饱和度变异性的确定

沥青饱和度随机特性的样本应采用施工中马歇尔试验测试分析得到，测试规程应符合《公路沥

青路面施工技术�规�范�》(JTGF40)的有关技术规定。统计沥青层沥青饱和度样本值的均值u、最大值

VFAmax、最小值VFAmin、标准差δ和变异系数Cv，通过假设检验确定沥青层沥青饱和度的分布模型。

环境参数

6.3.1温度调整系数

本标准中温度作用的影响采用温度调整系数等效代替，其中沥青混合料层疲劳、无机结合料稳定层

疲劳和路基竖向压应变指标中的温度调整系数应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录

G的技术规定。

6.3.2季节性冻土地区调整系数

本标准中冻土地区效应的影响采用季节性冻土地区调整系数等效代替，其中沥青混合料层疲劳和无

机结合料稳定层疲劳指标中的季节性冻土地区调整系数应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

表B.1.1的技术规定。

7沥青路面可靠度的分析与评价

路面结构极限功能函数的构建

沥青混合料层疲劳、无机结合料稳定层疲劳和路基顶面竖向压应变与交通量的极限状态功能函数应

符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录B的技术规定。

7.1.1沥青混合料层疲劳极限状态功能函数

（）

15.96−0.29�−113.9711.582.72

�1=6.32×10×��×��×��1×()×()(𝑉�)−��17.1.1−1

式中：����

——面层设计年限内车道上的当量轴载累计作用次数，按本规范第6.1条规定确定。

�—�1—目标可靠指标，根据公路等级按本规范表1取值；

�——季节性冻土地区调整系数；

��——疲劳加载模式系数，按式（7.1.1-2）计算；

�

�（）

−0.85（）

0.430.024ℎ�−5.413.33

1+0.3��𝑉��

0.024ℎ�−5.41

�1+�

——�沥=青混合料层厚度（mm）；​​​​​​​​​​​​7.1.1−2

ℎ�——沥青混合料20℃时的动态压缩模量(MPa)；

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��

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VFA——沥青混合料的计算结构层沥青饱和度(%)；

——温度调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录G的技术要求;

��—1—沥青混合料层层底拉应变()，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第6.2.2

−6

条的技��术规定并按式(B.1.1-3)计算。10

7.1.2无机结合料稳定层疲劳极限状态功能函数：

（）

��

−1�−�×��+𝐾−0.57×�

式中：�2=��×��2×10−��2​​​​​​​​​​7.1.2−1

——基层设计年限内车道的当量轴载累计作用次数，按本规范第6.1条规定确定。

��2——季节性冻土地区调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）表B.1.1的技

术要求��;

——温度调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录G的技术要求;

��—2—无机结合料稳定类材料的弯拉强度(MPa)；

�m�，n——疲劳试验回归参数；

——现场综合修正系数，不同类型无机结合料稳定材料的应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG

D50-2�0�17）式(B.2.1-2)的要求;𝐾

，——分别为沥青混合料层和计算点以上无机结合料稳定层厚度；

ℎ�——ℎ�目标可靠指标，根据公路等级按本规范表1取值；

�——无机结合料稳定层的层底拉应力(MPa)，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

第6.2�.�2条的技术规定并按式(B.2.1-3)计算。

7.1.3路基顶面竖向压应变极限状态功能函数：

（）

4−0.1�−0.21

式中：�3=1.25×10×(��3×��4)−��​​​​​​7.1.3−1

——路基设计使用年限内车道的当量轴载累计作用次数，按本规范第6.1条规定确定。

�—�4—目标可靠指标，根据公路等级按本规范表1取值；

�——温度调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录G的技术要求;

��—3—实测路基顶面压应变(10-6)，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第6.2.2条的

技术�规�定并按式(B.4.2)计算。

路面结构参数的随机特性

7.2.1分布模型

通过标准的6.2节得到沥青路面结构各层的厚度ℎ、模量、沥青混合料的沥青饱和度VFA、无机

结合料稳定类材料的弯拉强度和路基顶面的回弹模量�等参�数�的分布模型后，将本规范7.2.1节的参

数分布模型按照本规范附录A�的�式E.1~E.5进行优化，得�到0实际沥青路面工程参量准确的随机特性概率

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分布模型。

7.2.2路面结构参数随机性

沥青路面结构参量在施工中的随机特性采用图1所示的模特卡罗法对参量分布模型进行随机抽样模拟。

基于蒙特卡洛法的路面结构可靠度分析

7.3.1蒙特卡洛抽样次数

蒙特卡洛法一般要求抽样次数(i=1、2、3)，抽样次数大致为10000-20000次。为提高

��

可靠度大样本抽样效率，计算过程中�可≥绘10制0失/�效概率曲线PfNfail/Ni，由失效概率曲线的稳定收敛结

果确定蒙特卡洛抽样次数。

7.3.2沥青路面结构的失效��概率

结构层失效概率：

��

a,a,（）

−−−−

��=...�[�(�)] �(�,�,b;�)��=�(�,�,b;�)��​​7.3.2−1

式中：��

为功能函数g(x）0的失效区域。

��

为统计结构失效次数的示性函数，、、；其中为本规范

1   ��<0  

������ =(i=123)�1

7.1节的沥青路面结构极限功能函数。0   ��≥0

N次蒙特卡洛抽样计算中沥青路面结构各层失效概率的无偏估计值pf为

（）

1�

式中：���=�[�(•)]=��=1���​​7.3.2−2​

、、对应的为沥青路面面层失效概率；为沥青路面基层失效概率；沥青路面路基失

i=123pf1pf2pf3

效概率。

因此，沥青路面结构各层的可靠度为1pfi。

7.3.3路面结构多指标可靠度

沥青路面结构符合串联系统结构的可靠度分析原理：多指标可靠度分析中，面层、基层和路基任一层结

构失效均会导致路面结构体系失效。因此，沥青路面结构多指标系统的可靠度为(1pfi)min。

7.3.4结构可靠度计算流程图

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图1基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度计算流程图

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附录A

蒙特卡洛截断分布随机数产生方法

为修正数学概率分布模型和沥青路面实际工程参量随机特性模型的误差。使用概率等效方法引入截

断分布理论a,将正态或对数正态等分布模型左侧的负值或右侧的无穷大值摒弃，以真实准确

−−

的描述工程参�量�,随�,机b特;�性。蒙特卡洛截断分布随机数产生方法实施如下：

路面结构极限状态函数g(x)含有n维随机变量x=x1,x2....,xn，其失效区域Fx:g(x)0，若

相互独立且服从均值为标准差为的截断正态或对数正态分布，、分别为随机变量

xi(i1,...,n)iiab

截断下界和截断上界，则的概率密度函数（;）和累积分布函数;如下：

xi,,a,bxi,,a,bxi

其他

a,（）

−−0​​​​​​​​​​

−−2

�

�(�,�,b;�)=��,�;��E−1

​​​​​​​​​​  �<��<�​​

��

（）

a,0−​−2​​​−−​2�<�​

−−