路基路面工程电子教案

路基路面工程电子教案内容摘要：

相应地受到一向后的水平力。 0S UP u：滚动摩阻系数同轮胎类型，路面状况及车速有关，车辆在制动或驱动过程中。 bbS f P f:车轮与路面间的附着率，最大值不起过路肌与轮胎之间的附着第数中，则有： maxmaxQPqp  与路面类型，湿度以及行车速度有关 2232.()P fg。 路面必须保持足够的附着系数，这是保证已常行车的重要条件。 轮载的动态变动 以一定车速行驶在路面的车 辆，由于自身的振动和路面的不 态，其车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动着，作用在路面上的轮载时而大于静轮载，时而小于静载，轮载的这种动态变动，可以似看作为是已态分布。 1)变异系数 =标准偏差 /静轮载 Cv 随以下三个因素而变化 a、行车速率 v Cv b、路面的平态度越差 vC c、车辆的振动特性：轮胎越软，减震装置的效果越好 vC 2)冲击系数＝动轮载 /静轮载＜ 路面设计时，有时以静轮载乘以冲击系数作为设计轮载。 3)设计中如何考虑动力作用的影响。 a、柔性路面设计中不考虑动力作用的影响； b、刚性路面设计中考虑超载和动载等因素泽路面疲劳损坏的综合影响系数Kc 4)汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态影响。 5)轮载作用的瞬时性 17 作用时间（ ～ ）：动载作用时间越短，路面变形越小。 动载作用时间短，路面变形来不及像静载作用时那样充分，故变形较静载作用时小，此时相当于 加大了路面的强度 33( 2 5. )fg P 五、交通分析 交通量：指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断的 数量。 对于路面结构设计，不仅要搜集交通总量，还必须区分不同的车型，其初始年平日交通量36511 365iiNN （ Ni 为每日实际交通量）设计年限内累计交通量 1365 [(1 ) 1]te NNrr  或1365 [ (1 ) ]2 (1 ) tte tNNrrr  tN — 设计的末 年平均日交通量； r — 设计年限内交通量年平均增长率 t— 设计年限 轴载组成与等效换算 1)轴载组成（轴载谱）：各级轴占比例 2)等效换算原则：同一种路面结构在水同轴载作用达到相同的疲劳损坏时，相应的作用次数被认为是等效的。 ()nsii sNPy Ni P   （ 2－ 8） P35 yi— 轴载换算系数；  — 反映轴型和轮组影响的系数 n— 同路面结构特性相关的系数 沥青路面，水泥砖 路面和半刚性路面的结构特性不同，损伤的标准也不同，因而系数  和 n 的取值各不相同。 轮迹横向分布 由于车轮的轮迹宽度远小于道的宽度，因而总的轴载通行次数即不会集中在横断面某一固定位置，中能平均分配到每一点上，而是按一定协作者规律分布在车道横断面上，称向分布迹的横向分布。 在路面设计中，用轮迹横向分布系数 y来反映轮迹横向分布频率的影响，通常取轮迹覆盖宽度（约 50cm）即二个条带频率之和称为轮迹横向分布系数。 18 19 167。 环境因素影响 路基土和 路面材料的强度现刚度随路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 37( 2 10. )fg P 大气的温度在年内和同内发生着周期性变化，同大气直接接触的路面温度也相应地在年内和日内发生着周期性变化。 路表温度的起伏，同气温的变化几乎完全同步，由于太阳辐射热被路面吸收，路表面的温度较气温高。 沥青面层最高温度高出气温 23C ；水泥砖面层的最高温度高出气温 14C。 沥青路面： 热 稳定性：气温升高，沥青路面的刚度，强度降低，并易产生车辙、推挤、拥包、波浪等破坏现象。 低温抗裂性：温度降低时，沥青路面易发生断裂、网裂等破坏。 水泥硅路面 硅路面受温差的影响，体积会发生变化。 图 当硅面极受约束时，产生翘曲变形。 167。 土基的力学强度特性 一、路基受力状况： 路基承受着路基自重和汽车轮垂这两种荷载，因此在一定深度范围内，路基土处于受力状态。 设车轮荷载为一圆形均布垂直荷载，路基为一弹性均度半空间体，则： 图 B ：由路基自重 引起的应力 Z ：由轮重 P 引起的应力 zB ：应力之和 21 ZPZD       （ 2－ 10） B Z （ 2－ 11） 20 路基工作区任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的 z 和由土基自重引起的 B 两者的共同作用。 二、路基工作区（应力工作区） 从路基顶面到 1ZB n  时的深度 aZ （ 1n 很小，仅为 1110 5 ），该范围内的路基称为路基工作区。 3a k npZ r （ 2－ 12） aZ 随 P 的增加而加大。 当 aZ ＞路基填土高度时，天然地基的土层和路基应同时满足路基工作区的设计要求，并充分压实。 三、路基土的应力 — 应变特性 路基土在荷载作用下，产生的变形包括了弹性变形和塑性变形两部分，即卸荷后其变形不能完全恢复到加荷前的状况。 以压入承载板试验来研究土基的应力 — 应变特性 以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面，逐级加荷卸荷，记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起的沉降变形。 由试验得知，土基的垂直变形 随压力P 的增加而增长，其关系如下： 图 Ⅰ阶段：弹性阶段，土基受弹性压缩，变形发展缓慢， 11p 近似呈直线变化。 Ⅱ阶段：弹塑性变形阶段。 外力作用下的变形增长较快，土基已产生塑性变形。 Ⅲ阶段：出现弹塑性变形后，如果压力继续增加，最后使土基失去抵抗变形的能力，此时即使荷载不再增加，变形亦不能稳定下来，随作用时间的增加而达到破坏。 从 p 曲线中可知路基土受荷产生的变形中包含着弹塑性变形的非线性性质 ，但在确定土基的设计参数时，采用局部线性化的方法，即土基受外荷作用下的变形值控制在某一范围内（规范取 1mm ），并在这微小变形范围内的 p 曲线视为线性关系。 21 用以下几个模量值来表示土的特性。 图 1)初始切线模量 itE ：应力为零时的应力 — 应变曲线的正切，代表加荷时的应力 — 应变状态； 2)切线模量 tE ：某一应力级处 应力 — 应变曲线的斜率。 反映该级应力 — 应变变化的精确关系； 3)割线模量 sE ：以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线斜率。 反映土基在某一应力工作范围内应力 — 应变的平均状况。 4)回弹模量 E。 应力卸除阶段，应力 — 应变曲线的割线模量，反映土的弹性性质的特殊的割线模量，可作为路面设计中常用的参数。 前三种应变均包括了弹性应变和塑性应变，第四种应变只包括了弹性应变。 土的流变性 (蠕变性 ) 路基土在荷载作用下的变形，不仅与荷载大小有关，而且与荷载作用的持续时 间有关。 承受重复荷载作用下的特性： (1)重复荷载的作用规律：塑性变形随荷载作用次数增加不断产生塑性变形积累；使总变形增为大，但每一次产生的塑性变形却逐渐减小。 (2)土基在荷载的重复作用下，产生的变形积累，可能导致两种不同的结果： ①土颗粒之间进一步靠拢，土体逐渐密实，这对提高土的强度和刚度有利。 ②当荷载重复次数过多或荷载过大时，会形成引起土体整体破坏的剪切面，造成土体破坏。 出现何种结果，取决于以下三种因素： a、土的类别和所处的状态； b、应力水平 (相对荷载 )：重复荷载应力同一次静载时的应力极 限强度之比值： 应力水平 = 重复荷载应力 =pp 一次静载时的应力极限强度 当  时，土体不发生破坏。 C、作用荷载的性质和加荷速度。 即每次荷载作用的持续时间和间歇时间。 167。 土基的承载能力 22 表征土基承载能力的参数指标有回弹模量，地基反映模量和加州承载比(CBR)等。 一、土基回弹模量 反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。 柔性承载板测定 0E ；土基与压板之间的接触压力为常量 2() pPr a 承载板的挠度 ()r 为：200202 (1 )4 (1 )rrapaEpaE 实际测定中，刚性承载板用得较多，因为其挠度易测量，压力容易控制。 试验时宜采用逐级加载卸载法，每级增加 aMP ，待卸载稳定 1min 时，则停止加载。 200(1 )2 iiPaE   ( 0 为土基泊松比 ) 二、地基反应模量 K Winkler 地基假设 土基顶面任一点的弯沉 ，仅同作用于该点的压力成正比，而同其相邻点处的压力尤关。 即： pk 通常规定按弯沉量  (或压力 70 cp kp )，由上式确定 k 值， (刚性承载板法 ) 承载板直径 7 6 3 0D cm D cm或 76  若弯沉 只考虑回弹弯沉，则  三、加州承载比 (CBR) 一种评定材料承载能力的指标。 材料的 CBR 值是指试料贯入量达 时，与标准碎石压入相同贯入量 23 时标准压力的比值。 1 0 0 % 1 0 0 %7 . 0sppC B R p    注：①试件顶面压入变形速率 ； ②当贯入度为 CBR 值小于贯入 度为 CBR 值时，应采用后者为准； ③ CBR 值在一定程度上反映了某一变形级位时荷载同变形的关系，也是一项刚度指标，但 CBR 试验为室内小比例的模型试验， 刚度以相对值表示。 167。 路基的变形、破坏及防治 (自学 ) 一、路基的主要病害 二、路基病害防治 167。 路面材料的力学强度特性 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载 (或应力 )。 路面材料可能出现的强度破坏通常为： (1)因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位； (2)因拉应力或弯拉应力过大而引 起的断裂。 一、抗剪强度： 路面结构层因抗剪强度不足产生破坏的情况有： (1)面层路面结构层较薄，总体刚度不足、土基剪应力过大，导致路基路面整体结构发生剪切破坏； (2)内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏； (3)面层材料抗剪强度较低，在受较大的水平推力时，面层产生纵向或横向推移的各种剪切破坏。 c     —— 法向正应力 c—— 材料的粘结力 对沥青混合料而言： (1)粘度越高， c 值越大； (2)有一最佳沥青用量，使 c 达到最大； (3)随温度的升高和剪切速率的下降，混合料的 c 下降； (4)细料的含量增多，有棱角的集料增多，矿粉同沥青的吸附性好等因素，有助于提高 c 值。 直剪试验确定 、 松散粒料：三轴压缩试验确定，试件直径 4dax(集料 ) 24 且 2hD ，一般取 m a x1 0 2 0 2 . 5D c m h c m d c m  ， ， 二、抗拉强度 直接拉伸试验或间接拉伸试验 (劈裂试验测得 ) 1—— 压条 2—— 试件 通过压条沿直径方向按一定的速率施加荷载，直至试件开裂破坏。 图 2t phD  p—— 试验最大荷载 水泥硅采用边长为 150mm的立方体试块 2t PA  常温下， t 在一定范围内随沥青含量和施加载速率的增加而增加，随针入度和温度的增加而下降。 在低温下， t 随针入度和温度的增加而下降。 增加混合料拌和及压实温度，增加矿粉含量， 有助于提高 t。 三、抗弯拉强度 通常简支小梁三分点加载试验评定。 试件尺寸： 5cm 5cm 24cm 10cm 10cm 40cm 15cm 15cm 55cm L 为 h 的 3 倍。 水泥硅以 15cm 15cm 55cm， max 4d cm 为准 10cm 10cm 40cm， max 3d cm ，尺寸换算系数为 四、应力 — 应变特性 颗粒材料的 应力 — 应变特性 对于用作基层和垫层材料的无机结合料碎 (砾 )石材料，由三轴试验所得的应力 — 应变曲线具有与粘性土相似的非线性特性。 rE 随偏应力 ( 13 )的增加而减小，随侧限应力 3 的增大而增大，但侧限应力的影响要比粘性土的情况大得多。 此外，碎 (砾 )石材料的模量值同材料的级配、颗粒形状、密实度等因素有关、通常，密实度越高、模量值越大；颗粒梭角多者有效高的模量；当细料含 量不多时，含水量的影响很小。 25 水泥稳定类材料的应力 — 应变特性 水泥稳定类材料包括水泥土和水泥稳定碎石或砾石粒料，常用作路面的基层和垫层。 其应力 — 应变关系也呈现出非线性性质，表征其关系的模量值，也是应力。