路基設計與施工

路基設計與施工第一頁，共115頁。行車荷載的主要研究內容：車輛的種類；汽車的軸型；汽車對道路的靜態(tài)壓力；運動車輛對道路的動態(tài)影響；交通分析。第二頁，共115頁。一、車輛的種類道路上通行的汽車按用途分為客車和貨車兩大類：1、客車：小客車、中客車、大客車2、貨車：整車、牽引式掛車、牽引式半掛車汽車及其客貨總重量通過車身傳遞到車軸，再傳遞到車輪，最終由輪胎傳遞到路面，因此，路面結構設計主要以軸重或者輪壓來進行控制。第三頁，共115頁。第四頁，共115頁。重型貨車與大客車的作用次數(shù)在路面結構計算中起決定作用。小汽車一般在路基路面結構計算時不考慮，用于路面使用的安全性（抗滑性能）和舒適性（平整性）評定。對于瀝青路面，軸載大于25KN的汽車計入。對于水泥混凝土路面，軸載大于40KN的汽車計入。第五頁，共115頁。標準軸載的確定標準軸載－－作為路面交通分析和結構設計的軸重，

其它軸重要按一定的原則換算為設計的軸重。標準軸載的確定取決于公路性質、車輛類型和交通強 度等級要求。一般要求對路面的響應較大、同時又 能反映本國公路運輸營運車輛的總體軸載水平。確定方法：1、通過對運輸營運車輛的分析，人為地加以規(guī)定代表 性的軸重為標準軸載。我國采用BZZ--100KN為標 準軸載。第六頁，共115頁。二、汽車的軸（輪）型汽車的重量通過車軸上的車輪作用于路面

因此，路面結構設計而言，應特別重視軸或輪重和其作用次數(shù)，而不是汽車種類和數(shù)量。第七頁，共115頁。

整車類：前軸、后軸。 牽引式半拖車類：牽引車：前軸、后軸；拖車：后軸（單軸或雙軸）。 拖車類：由一輛或多輛組成，各配有前后二根單軸或單前軸和雙后軸。 軸載的大小直接關系到路面結構的設計承載力與結構強度。各個國家均對軸重的最大限度有明確的規(guī)定。我國公路與城市道路設計規(guī)范中均以100kN作為標準軸重。目前我國公路是行使的車輛，后軸軸載一般在60～130kN范圍內。第八頁，共115頁。汽車貨運朝大型重載方向發(fā)展，貨車的總重量有增加趨勢，超載運輸問題在我國日益突出。要發(fā)展多軸多輪。對超載的定義：2000年2月，交通部《超限運輸車輛行駛公路管理條例》規(guī)定：“單軸（每側單輪胎）載質量6000kg，單軸（每側雙輪胎）載質 量10000kg，雙聯(lián)軸（每側雙輪胎）載質量

18000kg?！备絼t第二十九條規(guī)定，單軸軸載最 大不得超過13000kg。第九頁，共115頁。某高速公路上重載交通車輛第十頁，共115頁。某路上的載重車隊第十一頁，共115頁。在重載交通條件下，瀝青路面主要損害類型表現(xiàn) 為行車道輪跡帶車轍與裂縫(龜裂與縱向裂縫)； 若上述裂縫得不到即使的養(yǎng)護維修，在水的作用 下將進一步發(fā)展為松散或坑槽等水損害。 松散、坑槽 嚴重第十二頁，共115頁。三、汽車對道路的靜態(tài)壓力1、汽車對道路的作用停駐狀態(tài)：對道路的作用力為靜態(tài)垂直壓力。行駛狀態(tài)：對道路的作用力為動態(tài)垂直壓力、水平力、振動力。2、汽車對道路的靜態(tài)壓力靜載的大小與車輛的總質量及輪軸的形式有關。影響靜態(tài)垂直壓力大小的因素：（1）汽車輪胎的內壓力pi；標準靜內壓力pi=(0.4~0.7)Mpa

通常輪胎與路面的接觸壓力p=(0.8~0.9)pi

滾動時p=(0.9~1.1)pi（2）輪胎的剛度和輪胎與路面的接觸的形狀；（3）輪載的大小。第十三頁，共115頁。胎壁受拉

胎壓接觸壓力高壓輪胎

胎 壁 受 壓低壓輪胎第十四頁，共115頁。輪胎/路面接觸面與接觸應力輪跡第十五頁，共115頁。對于低壓輪胎：接觸壓力大于胎壓對于高壓輪胎：接觸壓力小于胎壓在工程設計中，對接觸壓力進行如下簡化：以輪胎內壓力為輪胎的接觸壓力，即p=pi，接觸形狀為圓形，接觸面上的壓力為均勻分布 即將車輪荷載簡化成當量的圓形均布荷載，并采用輪胎內壓作為輪胎接觸壓力p。第十六頁，共115頁。當量圓半徑δ可以按下式確定。因為式中：P——作用在車輪上的荷載，kN；

p——輪胎接觸壓力，kpa；

δ——接觸面當量圓半徑，m。

Pp第十七頁，共115頁。對于雙圓式(參見下頁圖),因為所以(2-2)對于單圓式,因為所以(2-3)對于BZZ-100,kN,p=700kPa所以,d=0.213m,D=0.320m輪胎與路面的接觸形狀如下圖所示：第十八頁，共115頁。第十九頁，共115頁。運動狀態(tài)方向大小汽車等速行駛與汽車行駛方向相反較小加速和上坡行駛與汽車行駛方向相反最大減速和下坡行駛與汽車行駛方向相同最大在彎道上行駛與汽車行駛方向垂直較大四、運動車輛對道路的動態(tài)影響（1）水平力（與運動狀態(tài)有關）

行車安全要求，其中?為路表與車輪的附著系數(shù)，它同路面類型與濕度以及行車速度有關。路表層水平力使面層結構內產生剪應力，若面層結構的抗剪強度不足，過大易導致推擠、擁包、波浪及車轍等病害。第二十頁，共115頁。車輛行使過程中的動態(tài)響應和隨機動力荷載圖F(t)P0（2）行駛荷載的特性振動性瞬時性重復性第二十一頁，共115頁。汽車在路面上行使過程中，由于車輛自身各種因素（如發(fā)動機偏心轉動、輪胎花紋、燃料不均勻、駕駛員操作不穩(wěn)定等）、地面的不平整度以及車輛—地面相互作用耦合，會使產生車體跳起與顛簸、車軸跳起與顛簸的現(xiàn)象、從而使車輛與路面振動，產生使路面受到隨機動力荷載，即荷載大小隨時間隨機變化。第二十二頁，共115頁。運動車輛對道路的動態(tài)影響行駛狀態(tài)下對路面的振動力行車速度路面的平整度車輛的振動特性《橋規(guī)》中沖擊系數(shù)按動載頻率確定，在0.05-0.45之間振動輪載最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)，設計路面時，應以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設計荷載。第二十三頁，共115頁。運動車輛對道路的動態(tài)影響瞬時性作用時間很短，大約只有0.01～0.10s左右，結構變形來不及呈現(xiàn)。與靜態(tài)荷載作用相比，動荷載作用下路面的變形量相對減小。瞬時作用利于結構。第二十四頁，共115頁。運動車輛對道路的動態(tài)影響荷載對路面的多次重復作用效應雖然一次作用的影響較小，但在成千上萬次甚至百千萬次的重復荷載作用下，路面結構會出現(xiàn)：疲勞破壞－材料在低于其極限強度的重復荷載作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象。（導致疲勞開裂等）(彈性材料)變形累積－在重復荷載作用下，將呈現(xiàn)出變形的逐漸增大（土基、瀝青路面、粒料類路面）(彈塑性材料)第二十五頁，共115頁。五、交通分析1.交通量交通量——在一定時間間隔內各類車輛通過某一斷面的數(shù)量。年平均日交通量——在一年365天內的交通量之和除以365天。交通量調查方法——直接記錄、自動記錄儀。

設計年限內累計交通量交通量年平均增長率在交通量觀測站配置自動化的軸載儀直接記錄通行車輛的軸數(shù)和軸載大小，然后統(tǒng)計出各級軸載的作用次數(shù)－－軸載譜調查第二十六頁，共115頁。五、交通分析道路上行駛的汽車種類繁多，軸重各不相同。路面設計時，必須將我國現(xiàn)有的、普遍存在的混合交通組成中各種車型的不同軸載作用次數(shù)等效換算為某一標準軸載作用次數(shù)。調查時要解決兩個問題：一是道路的交通量；二是各種車輛的軸重。交通量的調查及統(tǒng)計—確定道路未來的年平均日交通量（AADT）,據(jù)此計算設計使用期末的（AADT），以確定公路等級。軸載作用次數(shù)—路面設計時采用設計車道設計使用年限內標準軸載累計作用次數(shù)第二十七頁，共115頁。五、交通分析交通量的統(tǒng)計與預測:交通量調查將車輛分成11類：小型貨車、中型貨車、大型貨車、小型客車、大型客車、拖掛車、小型拖拉機、大中型拖拉機、自行車、人力車和畜力車。調查年的交通量交通量年平均增長率設計使用初始年平均日交通量設計年限使用期末的年平均日交通量設計年限內累積交通量第二十八頁，共115頁。五、交通分析交通量預測在路面設計中通常采用一個固定的年平均交通量增長率來推算設計年限內各年的平均日交通量，繼而算出設計年限內的累計交通量。式中

N1—通車初年的年平均日交通量；

γ—設計年限內交通量平均年增長率。所以，設計年限t

內的累計交通量為

第二十九頁，共115頁。

（等比級數(shù)前t項的和）

因為所以（2-7）第三十頁，共115頁。五、交通分析2.軸載組成與軸載換算軸載換算——道路上行駛的車輛軸載與通行次數(shù)可以按照等效原則換算為某一標準軸載的當量通行次數(shù)。我國的標準軸載為BZZ-100。（標準軸計算參數(shù)見下表）標準軸載BZZ-100軸重P/kN100輪胎接地壓強p/MPa0.7單輪轉壓面當量圓直徑d/cm21.30兩輪中心距/cm1.5d第三十一頁，共115頁。軸載的等效換算等效換算原則：同一種路面結構在不同的軸載及次數(shù)作用下達相同的損傷程度。換算系數(shù)公式：ηi——i級軸載換算為標準軸載的換算系數(shù);PS——標準軸載(kN)；Pi——i級軸載；NS——標準軸載作用次數(shù)；Ni——i級軸載作用次數(shù)；α——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)；n——同路面結構有關的系數(shù)。第三十二頁，共115頁。3．輪跡橫向分布輪跡（車道）的橫向分布：按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上。五、交通分析圖2-7輪跡橫向分布頻率曲線 （單向行駛一個車道）圖2-8輪跡橫向分布頻率曲線 （混合行駛雙車道）第三十三頁，共115頁。3．輪跡橫向分布輪跡（車道）的橫向分布：按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上。輪跡（車道）橫向分布系數(shù)：路面橫斷面上某一寬度范圍內的頻率和，（通常取兩個條帶的寬度:50cm）,也即該寬度范圍內所受到的車輛作用次數(shù)與通過該橫斷面的總作用次數(shù)的比值。影響因素：路面寬度和車道寬度、交通組織管理方 式（混合行駛、劃線分車道行駛和分隔帶（墩）分 車道行駛）、交通密度和交通組成。五、交通分析路面設計中，用橫向分布系數(shù)來反映輪跡橫向分布頻率的影響。第三十四頁，共115頁。由于超載，致使路基倒塌第三十五頁，共115頁。路肩沉陷

第三十六頁，共115頁。

§2-2環(huán)境因素影響環(huán)境因素影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度。溫度和濕度是對路基路面結構有重要影響的自然環(huán) 境因素。路基土和路面材料的強度與剛度隨路面結構內部溫 度和濕度的變化有時會有大幅度的增減。路基土和路面材料的的體積隨路面體系內的溫度和 濕度升降而脹縮（脹縮因某種原因受到約束而不能 實現(xiàn)時，路基和路面結構內便會產生附加應力，即 溫度應力和濕度應力）。第三十七頁，共115頁。一、公路路面的溫度狀況1、影響機理

路基土和路面材料的體積會隨著路基路面結構內 部的溫度的升降而產生膨脹和收縮。 由于溫度在路基路面結構內部的變化沿深度方向是不均勻的，所以不同深度處脹縮的變化也是不同的。

當這種不均勻脹縮受到某種原因的約束而不能實現(xiàn)時，路基路面結構內部就會產生附加應力，即溫度應力，進而對路基路面產生破壞。第三十八頁，共115頁。日變化路面溫度的變化規(guī)律第三十九頁，共115頁。日變化規(guī)律路表面溫度變化大致與氣溫變化同步。受太陽輻射熱影響，路表溫度較氣溫高。而瀝青路面又超過水泥混凝土路面。面層結構內不同深度處的溫度隨氣溫變化呈周期性變化。升降幅度隨深度的增加而減小其峰值的出現(xiàn)隨深度增加而滯后路頂面與底面之間的溫差在一天之內經歷了由負（頂溫低于底溫）到正（頂溫高于底溫），再由正到負的循環(huán)變化。第四十頁，共115頁。年變化路面溫度的變化規(guī)律年變化規(guī)律一年四季面層不同深度處的溫度隨氣溫的變化而經歷著年變化。平均氣溫最高和最低的月份，面層的平均氣溫也相應為最高值和最低值。第四十一頁，共115頁。3、影響溫度變化的因素

影響路面結構內溫度狀況的因素很多，可分為外 部和內部兩類。外部條件主要是氣象條件，如太陽輻射、氣溫、 風速、降水量和蒸發(fā)量等。而其中，太陽輻射和 氣溫是決定路面溫度狀況的二項最重要的因素。內部因素則為路面各結構層材料的熱物理特性參 數(shù)，如熱傳導率、熱容量和對輻射熱的吸收能力 等。第四十二頁，共115頁。二、公路路面的濕度狀況1.對路基的影響凍脹翻漿（與溫度作用共同進行）過大的濕度直接降低路基土的強度和穩(wěn)定性2.做好路基路面排水的重要性第四十三頁，共115頁。課后思考1.在工程設計中，如何對接觸壓力進行簡 化。2.怎樣考慮運動車輛對道路的影響。第四十四頁，共115頁。一、路基受力狀況路基承受著路基自重和汽車輪重這兩種荷載。汽車輪重：計算時，假定車輪荷載為一圓形均布垂直荷載，路基為一彈性均質半空間體。路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應力可以用 近似如下公式計算。車輪荷載應力：1）均布荷載2）集中荷載一般取K=0.5路基自重應力：路基任意點：§2-3土基的力學強度特性第四十五頁，共115頁。

二、路基工作區(qū)

概念：在路基某一深度Za處，當車輪荷載引起的垂直應力σz與路基土自重引起的垂直應力相比所占比例很小，僅為1／10～1／5時，該深度Za范圍內的路基稱為路基工作區(qū)。該深度Za隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強度和厚度的增加而減小。 確定：路基工作區(qū)深度Za可以用下式計算。3KnP

Za第四十六頁，共115頁。式中：Za——路基工作區(qū)深度，m；

p——一側輪重荷載，MPa；

K——系數(shù)，取及＝0．5；γ——土的容重，kN／m3；

n——系數(shù)，n＝5～10。

路基工作區(qū)內，土基的強度和穩(wěn)定性對保證路面結構的強度和穩(wěn)定性極為重要，對工作區(qū)范圍內的土質選擇、路基的壓實度應提出較高的要求。第四十七頁，共115頁。三、路基土的應力一應變特性1、路基土的非線性變形特性土應力一應變的非線性特性由三軸壓縮試驗的結果表明：土的變形包括彈性變形和塑性變形兩部分；土是非線彈性；具有塑性變形體。f()第四十八頁，共115頁。2、土基的荷載－彎沉關系

荷載作用下土基內的應力沿豎向和水平方向都是變化的，因而土基內各點的模量值是不同的。 目前路面設計而言，最關心的主要是土基表面的總變形（或總回彈變形）。壓入承載板試驗是研究土基荷載－彎沉特性最常用的一種方法。把反映荷載－彎沉關系的模量，看作土基一個當量的均勻模量值。 方法是以一定尺寸的剛性承載板置于土基頂面，逐級加荷卸荷，記錄施加于承載板上的荷載及由該荷載所引起的沉降變形，根據(jù)試驗結果，可繪出土基頂面壓應力與回彈變形的關系曲線。第四十九頁，共115頁。根據(jù)彈性力學理論，通過試驗測得的回彈變形可以 計算土基的回彈模量：式中：l——承載板的回彈變形，m；

D——承載板的直徑，m；

E——土體的回彈模量，kPa；

μ——土體的泊松比；

p——承載板壓強，kpa。pD(12)

lE第五十頁，共115頁。3、土基的流變性質

土是具有流變性質材料：在荷載作用下的變形不僅與荷載大小有關，而且還與荷載作用時間有關。 回彈變形與荷載的作用時間關系不大，塑性變形與荷載的作用時間關系大，土的流變性主要同塑性變形有關。 車輛行駛時，車輛荷載對路基的作用時間短，產生的塑性變形比靜載長期作用下的塑性變形小得多?？梢栽谝话闱闆r下，不考慮土基的流變性質。第五十一頁，共115頁。4、重復荷載對路基土的影響土基在重復荷載作用下產生的塑性變形積累，最終

將導致何種狀況，主要取決于：（1）土的性質（類型）和狀態(tài)（含水量、密實度、 結構狀態(tài)）；（2）重復荷載的大小以重復荷載同一次靜載下達到 的極限強度之比來表示，即相對荷載；（3）荷載作用的性質，即重復荷載的施加速度，每 次作用的持續(xù)時間以及重復作用的頻率；（4）土基中側向應力的大小。第五十二頁，共115頁。重復荷載對土基的影響主要體現(xiàn)在塑性變形累積。表現(xiàn)為兩種情況：（1）土體逐漸被壓密，每次的塑性變形量逐漸減小，直 至最后穩(wěn)定，這種不會導致土體產生剪切破壞.（2）每一次加載作用在土體中產生了逐步發(fā)展的剪切變 形，形成能引起土體整體破壞的剪裂面，最后達到破壞。

在重復應力低于臨界值的范圍內，總應變的累積規(guī)律在 半對數(shù)(或對數(shù))坐標上一般呈線性關系，可表 示為

ε1=a+blgN式中：a——應力一次作用下的初始應變；

b——應變增長回歸系數(shù)；

N——應力重復作用次數(shù)。第五十三頁，共115頁。§2-4土基的承載能力路基作為路面結構的基礎，它的抵抗車輪荷載能力的大小，主要決定于路基頂面在一定應力級位下抵抗變形的能力。用于表征土基承載力的主要參數(shù)指標： 回彈模量 地基反應模量 加州承載比(CBR)第五十四頁，共115頁。

一、土基回彈模量

以回彈模量表征土基的承載能力，可以反映土基在瞬時荷載作用下的可恢復變形性質，因而可以應用彈性理論公式描述荷載與變形之間的關系。有兩種承載板(柔性和剛性)可以用于測定土基回彈模量：１、柔性壓板：用柔性壓板測定回彈模量，土基與壓 板之間的接觸壓力為常量，即：第五十五頁，共115頁。承載板的撓度l(r)與坐標r有關，在壓板中心處(r＝0)，即：在柔性壓板邊緣處r＝a，其撓度可以按下式計算：第五十六頁，共115頁。２、剛性承載板:板底接觸壓力則隨r值的變化，成鞍形分布。其撓度值與接觸壓力p值可分別按式下式計算。第五十七頁，共115頁。在實際測定中，剛性承載板用得較多，因為它的撓度

易于測量，壓力容易控制。試驗時宜采用逐級加載卸載法，每級增加0.04MPa

待卸載穩(wěn)定1min后讀取回彈彎沉值，再加下一級荷載。 回彈變形值超過1mm時，則停止加載?？牲c繪出荷載 一回彈彎沉曲線。在曲線上選取合適的量值按下式進行計算。式中：pi，li——分別為各級荷載的單位壓力與相對應 的回彈彎沉值。第五十八頁，共115頁。二、地基反應模量用溫克勒(E．Winkler)地基模型描述土基工作狀

態(tài)時，用地基反應模量K表征土基的承載力。溫克勒地基假定：土基頂面任一點的彎沉l，僅同 作用于該點的垂直壓力p成正比，而同其相鄰點處 的壓力無關。地基如同由許多各不相連的彈簧所組成（稠密液 體地基）壓力p與彎沉l之比稱為地基反應模量K。第五十九頁，共115頁。地基反應模量用承載板試驗確定：承載板的直徑規(guī)定為76cm。測定方法與回彈模量測定方法相類似，但是采取一次加 載到位的方法。施加荷載的量值根據(jù)不同的工程對象，有兩種方法供選 用。當?shù)鼗^為軟弱時：用0.127cm的彎沉量控制承載板的 荷載。因為，通常情況下混凝土路面板的彎沉不會超出 這一范圍。地基較為堅實：彎沉值難以達到0.127cm時，則采用另一種控制方法，以單位壓力p＝70kPa控制承載板的荷載。第六十頁，共115頁。承載板直徑的大小對其值有一定影響，直徑越小，K值越大。但是由試驗得知，當承載板直徑大于76cm時，其值的變化很小，因此規(guī)定以直徑為76cm的承載板為標準。當采用直徑為30cm的承載板測定時，可按下式進行修正：

K76＝0.4K30第六十一頁，共115頁。三、加州承載比(CBR)加州承載比是早年由美國加利福尼亞州提出的一種

評定土基及路面材料承載能力的指標。承載能力以 材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高 質量標準碎石為標準，以它們的相對比值表示CBR

值。CBR值有室內測試和現(xiàn)場測試。室內要按施工現(xiàn)場的含水量和壓實度成型圓柱形標準試 件，在加載前要浸水4d。室外測試結果受現(xiàn)場含水量和壓實均勻性的影響，必須 加以修正。第六十二頁，共115頁。第六十三頁，共115頁。第六十四頁，共115頁。第六十五頁，共115頁。第六十六頁，共115頁。第六十七頁，共115頁。第六十八頁，共115頁。第六十九頁，共115頁。第七十頁，共115頁。第七十一頁，共115頁。第七十二頁，共115頁。第七十三頁，共115頁。課后思考1.路基工作區(qū)怎樣確定。2.土基回彈模量怎樣確定。3.CBR是怎樣確定的。第七十四頁，共115頁?！?-5路基的變形、破壞及防治

一、路基的主要病害路基的主要病害有以下幾種:1、路基沉陷：(1)自身壓縮沉陷

(2)天然地基承載力不足引起的沉陷。第七十五頁，共115頁。第七十六頁，共115頁。第七十七頁，共115頁。2．邊坡滑塌：溜方、滑坡第七十八頁，共115頁。第七十九頁，共115頁。第八十頁，共115頁。第八十一頁，共115頁。3．碎落和崩塌4．路基沿山坡滑動5．不良地質和水文條件造成的路基破壞第八十二頁，共115頁。第八十三頁，共115頁。第八十四頁，共115頁。第八十五頁，共115頁。二、路基病害防治為提高路基的穩(wěn)定性，防治各種病害的產生，主要有以下一些措施：1．正確設計路基橫斷面。2．選擇良好的路基用土填筑路基，必要時對路基上層填土作穩(wěn)定處理。3．采取正確的填筑方法，充分壓實路基，保證達到規(guī)定的壓實度。4．適當提高路基，防止水分從側面滲入或從地下水位上升進入路基工作區(qū)范圍。第八十六頁，共115頁。5．正確進行排水設計(包括地面排水、地下排水、路面結構排水以及地基的特殊排水)。6．必要時設計隔離層隔絕毛細水上升，設置隔溫層 減少路基冰凍深度和水分累積，設置砂墊層以疏干土基。7．采取邊坡加固、修筑擋土結構物、土體加筋等防護技術措施，以提高其整體穩(wěn)定性。

以上各項技術措施的宗旨在于限制水分侵入路基，或使已侵路基的水分迅速排除，保持干燥，提高路基的整體強度與穩(wěn)定性。第八十七頁，共115頁。第八十八頁，共115頁。§2-6路面材料的力學強度特性路面所用的材料的分類(1)松散顆粒型材料及塊料；(2)瀝青結合料類；(3)無機結合料類。 這些材料按不同的成型方式(密實型、嵌擠型和穩(wěn)定 型)形成各種結構層。第八十九頁，共115頁。一、抗剪強度抗剪強度－－材料受剪切時的極限或最大應力。路面結構層因抗剪強度不足而產生破壞的情況有：(1)路面結構層厚度較薄，總體剛度不足，車輪荷載通 過薄層結構傳給土基的剪應力過大，導致路基路面 整體結構發(fā)生剪切破壞；(2)無結合料的粒料基層因層位不合理，內部剪應力過大而引起部分結構層產生剪切破壞；(3)面層結構的材料抗剪強度較低，如高氣溫條件下的 瀝青面層、級配碎石面層等，經受較大的水平推力 時，面層材料產生縱向或橫向推移等各種剪切破壞。第九十頁，共115頁。摩爾(Mohr—Coumbnb)強度理論，材料的抗剪強度包括摩擦阻力和粘結力兩部分組成，摩擦阻力同作用在剪切面上的法向正應力成正比；粘結力為材料固有性質，與法向正應力無關，即：式中τ——抗剪強度，kPa；

c——材料的粘結力，kPa；

σ——法向正應力，kPa；

——材料的內摩阻角。c和

是表征路面材料抗剪強度的兩項參數(shù)，通過

直接剪切試驗，繪出τ-φ曲線后，按上式確定。ctg第九十一頁，共115頁。

縮試驗，繪制摩爾圓和相應的包絡線，按上式直線 關系近似確定c、φ值。由于三軸試驗較接近實際 受力狀態(tài)，因此得到廣泛應用。對于能作抗拉和無側限抗壓試驗的材料，可以根據(jù) 抗拉強度σt和抗壓強度σc推算c、φ值。對于松散粒料無法進行直剪試驗時，可以由三軸壓ct12c)ctctarcsin(第九十二頁，共115頁。

土和顆粒材料的抗剪強度是由礦質顆粒之間的摩擦、嵌擠以及毛細和吸附等作用形成的。其參數(shù)同顆粒的大小和形狀、礦物成分和級配、密實度和含水量、受力條件等因素有關。

瀝青混合料的抗剪強度不僅同礦料的級配組成、形狀和表面特性有關，也同瀝青的粘度和用量有關，還與試驗溫度、加荷速率等因素有關?；旌狭现械牡V質粒料因有瀝青涂敷，其摩阻力比純粒料有所下降。第九十三頁，共115頁。二、抗拉強度抗拉強度－－材料受拉時的極限或最大應力。

瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時產生收縮，水泥混凝土路面和各種半剛性基層在大氣濕度變化時，產生明顯的干縮，這些收縮變形受到約束阻力時，將在結構層內產生拉力，當材料的抗拉強度不足以抵抗上述拉應力時，路面結構會產生拉伸斷裂。抗拉強度的測定－－通常用下列兩種方法測定直接拉伸試驗間接拉伸試驗（即劈裂試驗）第九十四頁，共115頁。第九十五頁，共115頁?？估瓘姸戎饕苫旌狭现薪Y合料的粘結力提供。瀝青混合料在常溫下，抗拉強度，隨瀝青含量和加荷速率的增加而增加，隨針入度和溫度的增加而下降；瀝青混合料在負溫下，抗拉強度隨瀝青針入度和溫度的降低會略有下降；水硬性材料，影響抗拉強度的因素有集料（或土）組成、結合料含量和活性（或水灰比），伴制均勻性和壓實程度，齡期。第九十六頁，共115頁。

三、抗彎拉強度抗彎拉強度－－材料受彎拉時的極限或最大應力。路面材料的抗彎拉強度，大多通過簡支小梁試驗進行評定。小梁截面邊長的尺寸應不低于混合料中集料最大粒徑的4倍。通常采用三分點加載，材料的抗彎拉強度按下式計算：式中：p——破壞荷載，kN；

l——支點間距，m；

b，h——試件截面的寬度和高度，m。

Plbh2t第九十七頁，共115頁。2、水泥混凝土及無機結合料處治的混合料的應力－應變特性1、顆粒材料的應力－應變特性四、應力一應變特性無結合料碎礫石材料應力一應變特性具有明顯的非線性特征，即彈性模量Er，隨偏應力σd(=σ1–σ3)的增大而減小，隨側壓力σ3的增大而增大。采用三軸壓縮試驗進行測定。水泥穩(wěn)定材料的應力－應變關系可以通過單軸或三軸壓縮試驗或小梁彎曲試驗得到。第九十八頁，共115頁。應力－應變關系也呈現(xiàn)出非線性狀，模量是應力（偏應力和側限應力）函數(shù)；在應力級位低于極限荷載的50%~60%時，應力應變曲線可近似為線性的。在不具備三軸壓縮試驗條件時，可以采用室內承載板法測定無機結合料混合料早期抗壓回彈模量。第九十九頁，共115頁。3、瀝青混合料的應力－應變特性1)瀝青混合料的應力－應變關系瀝青及瀝青混合料的應力－應變關系具有隨溫度和荷載作用時間而變化的特性，具有粘彈性性狀。彈性應變－加載或卸載時，立即產生或恢復的應變；粘彈性應變－應變隨加載時間的延長而增加，卸載后隨時間而逐漸消失的應變。塑性應變－在卸載后應變不能恢復的應變。隨施加荷載的大小和作用時間的不同，表現(xiàn)出不同的彈性性質、粘彈性性質和粘彈塑性性質。瀝青及瀝青混合料的力學特性受溫度與加載時間的影響較大。第一百頁，共115頁。2)瀝青混合料勁度模量反映瀝青和瀝青混合料在給定溫度和加荷時間條件下的應力－應變關系的參數(shù)，稱為勁度模量。)t,TSt,T(式中：St,T——勁度模量，kPa

σ——施加應力，kPa

ε——總應變；

t——荷載作用時間，s；

T——混合料試驗溫度，Co。ε瀝青勁度試驗曲線第一百零一頁，共115頁。?瀝青勁度試驗曲線可以看出：：（1）當加荷時間短或溫度較低時，曲線接近水平，表明材料處于彈性狀態(tài)。（2）加荷時間很長或溫度較高時，則表現(xiàn)為粘滯性狀；中間過渡段兼有彈一粘性狀態(tài)。（3）各種溫度條件下的曲線形狀有相似性，只是在水平方向有一個時間間隔。（4）這表明溫度對勁度的影響與加荷時間對勁度的影響具有等效互換性。第一百零二頁，共115頁。

五、測定瀝青混合料的勁度試驗方法1、蠕變模量試驗

對瀝青混合料試件施加恒定的單軸和三軸荷載測定試件的壓縮應變隨時間的增長。 荷載可以是靜態(tài)的（大小隨時間不變），也可以是動態(tài)的（連續(xù)的正弦波形）或重復的（正弦或梯形）波形，但各次脈沖之間有一段應力為零的間隙時間。

d(t)S第一百零三頁，共115頁?！?-7路面材料的累積變形與

疲勞特性

由于重復荷載作用引起的路面結構破壞極限狀態(tài),不同于最大極限荷載引起的破壞極限狀態(tài)。 路面結構在荷載應力重復作用下，可能出現(xiàn)的破壞極限狀態(tài)有二類：第一百零四頁，共115頁。第一類:若路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)，則重復荷載作用將引起塑性變形的累積，當累積變形超出一定限度時，路面使用功能將下降至允許限度以下，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)；第二類:路面材料處于彈性工作狀態(tài)，在重復荷載作用下雖不產生塑性變形，但是結構內部將產生微量損傷，當微量損傷累積達到一定限度時，路面結構產生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。第一百零五頁，共115頁。

產生沉陷或車轍，是路面