行車荷載環(huán)境因素與土基的承載能力路基路面工程實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1行車荷載環(huán)境因素與土基的承載能力路行車荷載環(huán)境因素與土基的承載能力路基路面基路面(lmin)工程工程第一頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第1頁(yè)/共60頁(yè)第二頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8路基路基(lj)路面路面工程工程參考教材參考教材(jioci)：路基路面工程，主編：鄧學(xué)鈞，人民交通出版：路基路面工程，主編：鄧學(xué)鈞，人民交通出版社，社，2005第2頁(yè)/共60頁(yè)第三頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第3頁(yè)/共60頁(yè)第四頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n2）汽車的總重量通過(guò)車）汽車的總重量通過(guò)車軸與車輪傳遞給路面，所以路面軸與車輪傳遞給路面，所以路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要(zhyo

2、)以軸重以軸重作為荷載標(biāo)準(zhǔn)，作為荷載標(biāo)準(zhǔn)，n3）在設(shè)計(jì)時(shí)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，）在設(shè)計(jì)時(shí)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要主要(zhyo)考慮重型車考慮重型車n路面表面特性路面表面特性(平平整性，抗滑性整性，抗滑性)：以小汽車為主要：以小汽車為主要(zhyo)對(duì)象。對(duì)象?？蛙嚳蛙囆】蛙囆】蛙囎灾睾蜐M載重量小，車速高，自重和滿載重量小，車速高，120km/h中客車中客車620個(gè)座位個(gè)座位大客車大客車20個(gè)座位以上，長(zhǎng)途客運(yùn)和城市公共交通個(gè)座位以上，長(zhǎng)途客運(yùn)和城市公共交通貨車貨車整車整車貨箱與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一體。貨箱與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一體。牽引式掛車牽引式掛車牽引車與掛車分離，牽引車提供動(dòng)力，牽引牽引車與掛車分離，牽引車提供動(dòng)力，牽引

3、后掛的拖車后掛的拖車牽引式半掛車牽引式半掛車牽引車與掛車分離，鉸接，牽引車的后軸也牽引車與掛車分離，鉸接，牽引車的后軸也擔(dān)負(fù)部分貨車的重量擔(dān)負(fù)部分貨車的重量第4頁(yè)/共60頁(yè)第五頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在141個(gè)成員國(guó)和地區(qū)中，軸限最大的為140KN，近40%執(zhí)行100KN軸限。n我國(guó)公路與城市道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100KN作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重。通常認(rèn)為我國(guó)的道路車輛軸限為100KN。第5頁(yè)/共60頁(yè)第六頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8nc、輪載的大小。n貨車輪胎的標(biāo)準(zhǔn)靜內(nèi)壓力pi一般在0.40.7MPa范圍內(nèi)。第6頁(yè)/共60頁(yè)第七頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8一般接觸面上的

4、壓力分布是不均勻的。n在路面設(shè)計(jì)中，通常忽略上述因素的影響，認(rèn)為p=pi，并假定在接觸面上，壓力是均勻分布的。第7頁(yè)/共60頁(yè)第八頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第8頁(yè)/共60頁(yè)第九頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n每一側(cè)雙輪用兩個(gè)圓表示，稱為雙圓荷載：n注：P作用在車輪上的荷載，kN。第9頁(yè)/共60頁(yè)第十頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8中等平整度路面，車速60km/h，輪胎(lnti)著地長(zhǎng)23cm通過(guò)時(shí)間0.0138s第10頁(yè)/共60頁(yè)第十一頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8對(duì)路面施加一定的水平力。對(duì)路面施加一定的水平力。n后果：水平力易使路面產(chǎn)生波浪后果：水平力易使路面產(chǎn)生波浪(blng)

5、(blng)、擁包、推擠等損壞，要、擁包、推擠等損壞，要求面層材料有足夠的抗剪強(qiáng)度求面層材料有足夠的抗剪強(qiáng)度城城市道路市道路n大?。号c垂直壓力大?。号c垂直壓力P P、輪與路面、輪與路面附著系數(shù)附著系數(shù)有關(guān)有關(guān)nqmaxpqmaxp第11頁(yè)/共60頁(yè)第十二頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n車輛的振動(dòng)特性：輪胎剛度，車輛的振動(dòng)特性：輪胎剛度，減振裝置效果。減振裝置效果。n正常情況下，變異系數(shù)一般均正常情況下，變異系數(shù)一般均小于小于0.30.3。nb b、沖擊系數(shù)：振動(dòng)輪載的最大、沖擊系數(shù)：振動(dòng)輪載的最大峰值與靜載之比。在較平整的路面峰值與靜載之比。在較平整的路面上，行車速度不超過(guò)上，行車速度不超過(guò)

6、50km/h50km/h時(shí)，時(shí)，沖擊系數(shù)不超過(guò)沖擊系數(shù)不超過(guò)1.301.30。n路面設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)要計(jì)入沖擊路面設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)要計(jì)入沖擊系數(shù)的影響。系數(shù)的影響。n以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。計(jì)荷載。第12頁(yè)/共60頁(yè)第十三頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8不及傳遞到較深的土層，路面變形不及傳遞到較深的土層，路面變形量減小；可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度量減小；可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對(duì)提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對(duì)提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對(duì)提高。的相對(duì)提高。n重復(fù)作用：材料的疲勞重復(fù)作用：材料的疲勞/ /彈塑性彈塑性材料變形的累積材料變形的累積n路面設(shè)計(jì)，不僅要重視軸重

7、靜路面設(shè)計(jì)，不僅要重視軸重靜力與動(dòng)力的量值，道路通行的各類力與動(dòng)力的量值，道路通行的各類軸載的累積作用次數(shù)也是路面設(shè)計(jì)軸載的累積作用次數(shù)也是路面設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。的重要參數(shù)。第13頁(yè)/共60頁(yè)第十四頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8注：注：Ne乘以方向系數(shù)乘以方向系數(shù)(xsh)和車道系數(shù)和車道系數(shù)(xsh)后即可得到車道交通量。后即可得到車道交通量。方向系數(shù)方向系數(shù)(xsh)：一個(gè)行車方向的交通量與行車道交通量的比例。：一個(gè)行車方向的交通量與行車道交通量的比例。第14頁(yè)/共60頁(yè)第十五頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8調(diào) 查 得 到 ( d do)的各類車輛的日交通量乘以與相應(yīng)的軸載譜百分率各類車輛

8、各級(jí)軸載的相應(yīng)日作用次數(shù)。軸載譜的應(yīng)用(yngyng)：軸載調(diào)查軸載譜各級(jí)軸載作用次數(shù)； “實(shí)踐理論實(shí)踐”第15頁(yè)/共60頁(yè)第十六頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8別道勘交通量折算車輛占用道路(dol)凈空)n換算公式：n式中：反映軸型(單軸、雙軸或三軸)和輪組輪胎數(shù)(單輪或雙輪)影響的系數(shù)；nn同路面結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的系數(shù)。n不同路面結(jié)構(gòu)換算公式不同，具體公式見(jiàn)相應(yīng)規(guī)范章節(jié)。nsiisippNN第16頁(yè)/共60頁(yè)第十七頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8組成，車道寬度、交通管理規(guī)則等。nc ）輪跡橫向分布系數(shù)：取輪跡橫向分布頻率曲線中二個(gè)條帶的寬度50cm(20+10+20)的條帶頻率之和稱為輪跡橫向

9、分布系數(shù)。第17頁(yè)/共60頁(yè)第十八頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第18頁(yè)/共60頁(yè)第十九頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第19頁(yè)/共60頁(yè)第二十頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第20頁(yè)/共60頁(yè)第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8軸載（kN）軸次數(shù)軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次數(shù)單軸2000.00160 204000.00810 406010.06250 608060.24011 801001440.656194 100110161.215519 11012011.7492 雙軸40140.00320 4080210.01620 80120440.1256 120160420.480220 160

10、180441.04446 180200211.62934 2002201012.431246 220240433.498150 累計(jì)當(dāng)量軸次數(shù)619 解：由規(guī)范，取標(biāo)準(zhǔn)軸載為100KN。（1）交通調(diào)查，由題目給出；（2）軸載組成分析，如表：（3）計(jì)算各種軸載的換算系數(shù)(xsh)，結(jié)果如表：（4）軸載換算，計(jì)算各種軸載的當(dāng)量軸載次數(shù)；見(jiàn)表：（5）求和，可得累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)；（6）則等效軸載換算系數(shù)(xsh)為：619.31/165=3.75所 以 ， 其 等 效 軸 載 換 算 系 數(shù)(xsh)為3.75第21頁(yè)/共60頁(yè)第二十二頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第22頁(yè)/共60頁(yè)第二十三頁(yè)，

11、共60頁(yè)。2021-12-8解：由規(guī)范，取標(biāo)準(zhǔn)軸載為100KN。（1）交通調(diào)查，由題目給出；（2）計(jì)算(j sun)各種車型的等效軸載換算系數(shù)，結(jié)果如表：（4）軸載換算，計(jì)算(j sun)各種車型的當(dāng)量軸載次數(shù)見(jiàn)表：（5）由題可知t=15，查表取交通量年平均增長(zhǎng)率r=4%，可計(jì)算(j sun)各種車型的當(dāng)量軸載在設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)作用次數(shù)Ne，見(jiàn)表；（5）求和，可得設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne=6,172,345輛。所以，設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)為6,172,345輛。車輛類型初始交通量等效軸載換算系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)N1設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)作用次數(shù)Ne2軸公共汽車480.512324.59

12、04179,722 3軸公共汽車251.117827.945204,239 2軸4輪貨車16050.019230.816225,222 2軸6輪貨車5180.7041364.7232,665,624 3軸貨車1951.11216.451,581,948 3軸牽引式半拖車400.710828.432207,798 4軸牽引式半拖車251.546438.66282,551 5軸牽引式半拖車52.152510.762578,659 4軸貨車+拖車650.820453.326389,739 5軸貨車+拖車170.978516.6345121,575 5軸以上貨車+拖車261.238132.190623

13、5,269 合計(jì)25696,172,345 第23頁(yè)/共60頁(yè)第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n2）溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力第24頁(yè)/共60頁(yè)第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第25頁(yè)/共60頁(yè)第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第26頁(yè)/共60頁(yè)第二十七頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第27頁(yè)/共60頁(yè)第二十八頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第28頁(yè)/共60頁(yè)第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第29頁(yè)/共60頁(yè)第三十頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第30頁(yè)/共60頁(yè)第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n處的最高溫度，；n Ta.max相應(yīng)的日最高氣溫， ；n Q相應(yīng)的太

14、陽(yáng)日輻射熱，J/；n a，b，c回歸常數(shù)。n特點(diǎn)：不包含所有復(fù)雜因素，精度有地區(qū)局限性，只可在條件相似的地區(qū)參考使用。第31頁(yè)/共60頁(yè)第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第32頁(yè)/共60頁(yè)第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第33頁(yè)/共60頁(yè)第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n水泥路面：板底出現(xiàn)局部脫空引起斷裂；n3）路面結(jié)構(gòu)總變形中，路基變形占7090%n正確的設(shè)計(jì)思路：應(yīng)使路基所受的力在路基彈性限度范圍內(nèi)，即當(dāng)車輛駛過(guò)后，路基能恢復(fù)變形。保證路基相對(duì)穩(wěn)定，路面不致引起破壞。第34頁(yè)/共60頁(yè)第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第35頁(yè)/共60頁(yè)第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。20

15、21-12-8n式中：Za路基工作區(qū)深度(shnd)，m；nP一側(cè)輪重荷載，kN；nK系數(shù)，通常取k=0.5；n土的容重，kN/m3；nn系數(shù)，n=5-10。3aKnPZ第36頁(yè)/共60頁(yè)第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第37頁(yè)/共60頁(yè)第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8lpDE)1 (2EE3112第38頁(yè)/共60頁(yè)第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8割線模量：以某一應(yīng)力相應(yīng)(xingyng)的曲線上的點(diǎn)同起始點(diǎn)相連的割線的斜率，反映土基在工作應(yīng)力范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變的平均狀態(tài) 線；回彈模量：應(yīng)力卸除階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的割線模量 線。 注：注：前三種模量：應(yīng)變前三種模量：應(yīng)

16、變=塑性塑性+回彈變形回彈變形路基沉降計(jì)算路基沉降計(jì)算回彈模量：回彈變形回彈模量：回彈變形反映土的彈性性質(zhì)反映土的彈性性質(zhì)路面結(jié)構(gòu)分析路面結(jié)構(gòu)分析第39頁(yè)/共60頁(yè)第四十頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8nC）一般情況下，土基的流變影響可以不予考慮（原因：車輪荷載作用時(shí)間短暫）。第40頁(yè)/共60頁(yè)第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n2）影響因素：n土的性質(zhì)(土類)和狀態(tài)(含水量/密實(shí)度/結(jié)構(gòu)狀態(tài))n重復(fù)荷載的大?。阂韵鄬?duì)荷載即重復(fù)荷載與一次靜載時(shí)的極限強(qiáng)度之比表示；n荷載作用(zuyng)的性質(zhì)：加載速度/持續(xù)時(shí)間/作用(zuyng)頻率n側(cè)向應(yīng)力的大小。第41頁(yè)/共60頁(yè)第四十二頁(yè)，共6

17、0頁(yè)。2021-12-8nN數(shù)。n4）回彈(hu dn)模量ER的確定：重復(fù)加載的三軸壓縮試驗(yàn)n應(yīng)力施加頻率20-30次/分；每次持續(xù)0.1-0.2S 重復(fù)應(yīng)力作用600-1000次后回彈(hu dn)變形量回彈(hu dn)模量ER值(適應(yīng)車輪荷載重復(fù)作用特點(diǎn))Nbalg1第42頁(yè)/共60頁(yè)第四十三頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8-n地基反應(yīng)(fnyng)模量k (土基受力后的變形性質(zhì))n加州承載比CBR (土基承載能力)第43頁(yè)/共60頁(yè)第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8載板撓度量測(cè)比較方便，壓力也易于控制。承載板直徑則常采用標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量圓半徑(剛性路面路基較大直徑承載板)。n逐級(jí)加

18、載卸載法：每級(jí)增加0.04MPa卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值下一級(jí)荷載回彈變形值超過(guò)1mm時(shí)停止加載繪出荷載-回彈彎沉曲線。iilpDE214第44頁(yè)/共60頁(yè)第四十五頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第45頁(yè)/共60頁(yè)第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第46頁(yè)/共60頁(yè)第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8由試驗(yàn)求得(如表P49)。nnn注：計(jì)算CBR值時(shí)，取貫入度為0.254cm，但是當(dāng)貫入度為0.254cm時(shí)的CBR值小于貫入度為0.508cm時(shí)的CBR值時(shí)，應(yīng)采用后者為準(zhǔn)。（按照施工時(shí)的含水量，浸泡(jnpo)四天，飽水狀態(tài)）第47頁(yè)/共60頁(yè)第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。2021-

19、12-8nB）原因：n路基沉縮：軟弱地基的沉降(chnjing)；路堤內(nèi)有過(guò)度飽水區(qū)；壓實(shí)不足；施工方法不合理等。n地基沉陷：天然地面承載力不足路基(lj)沉陷路基沉縮地基沉陷第48頁(yè)/共60頁(yè)第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第49頁(yè)/共60頁(yè)第五十頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8巖層的性質(zhì)不適應(yīng)、存在粘土層與蓄水砂石層交替分層及有傾向于路塹方向的斜坡層理、邊坡超載。第50頁(yè)/共60頁(yè)第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8狀，邊坡表面下沉n6）不良地質(zhì)水文條件造成路基破壞：泥石流、溶洞、大暴雨地區(qū)（較大自然災(zāi)害）。第51頁(yè)/共60頁(yè)第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n自然因素的

20、作用(含水量變化、溫度變化)。第52頁(yè)/共60頁(yè)第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8入路基工作區(qū)范圍；入路基工作區(qū)范圍；n正確正確(zhngqu)(zhngqu)進(jìn)行排水設(shè)進(jìn)行排水設(shè)計(jì)計(jì)( (包括地面排水、地下排水、路面包括地面排水、地下排水、路面結(jié)構(gòu)排水及地基特殊排水結(jié)構(gòu)排水及地基特殊排水) )；n設(shè)置隔水層以阻斷毛細(xì)水上設(shè)置隔水層以阻斷毛細(xì)水上升到通路；設(shè)置隔溫層，減少路基升到通路；設(shè)置隔溫層，減少路基冰凍深度和水分積聚，設(shè)置砂墊層冰凍深度和水分積聚，設(shè)置砂墊層以疏干土基；以疏干土基；n采取邊坡加固措施、修筑擋采取邊坡加固措施、修筑擋土構(gòu)筑物以提高路基整體穩(wěn)定性。土構(gòu)筑物以提高路基整體穩(wěn)定性。第53頁(yè)/共60頁(yè)第五十四頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8第54頁(yè)/共60頁(yè)第五十五頁(yè)，共60頁(yè)。2021-12-8n當(dāng)瀝青混合料承受較大的應(yīng)力作用，且應(yīng)力作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系分別呈現(xiàn)出彈性、彈粘性、彈粘