02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质
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路基路面工程教案(2章 车辆、环境、材料的力学特性)
第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质§2-1 行车荷载一、车辆的类型小客车：车速大，重量轻，120km—200km/h客车中客车：6～20个座位1、汽车车辆大客车：速度较快，重量大；长途客运，城市公共交通货车整车（固定车身类）：货箱与发动机一体牵引式挂车（挂车类）：牵引车与挂车分离牵引式半挂车（牵引车类）：牵引车与挂车分离，但通过铰接装置，牵引车后附加挂车，牵引车后轴担负部分货车重量2、路面结构的设计中：主要考虑大客车、重型货车的重量，以轴重作为荷载标准，我国规定100KN。
评定路面表面特性时：以小汽车为主要对象。
二、汽车的轴型（对整车形式的客、货车）单前轴：1/3 汽车总重绝大部分前轴双前轴：1/2 汽车总重极少数1、轴单后轴：后轴双后轴：每根后轴轴载约为前轴轴载的2倍三后轴：前轴——单轮组2、轮后轴单轮组（轻型货车）双轮组（大部分）3、一般的后轴轴载在60—130KN范围内，大部分在100KN以下，我国轴限为100KN。
货车载重增加，又有轴限规定，须增加轴数来提高载重，采用多轴多轮，减少单位面积路面的压力。
三、汽车对道路的静态压力1、静态压力：当汽车处于停驻状态下，轮胎传给路面的垂直作用力，用p表示。
影响因素：（1）汽车轮胎的内压力p i标准静内压力p i=0.4～0.7MPa;通常p=(0.8～0.9) p i滚动的车轮p=(0.9～1.1) p i（2）轮胎的刚度、轮胎与路面接触形状、轮胎的花纹（3）轮载的大小超载p＞p i工程设计中：取p= p i，假定接触面上压力是均匀分布的2、接触面积工程设计中：近似为圆形接触面积。
车轮荷载简化为当量的圆形均布荷载 （2）接触圆半径（当量圆半径）：单圆荷载：对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示，称为单圆荷载，直径D 双圆荷载：对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用两个圆表示，称为双圆荷载，直径d D=p Pπ8 d=pP π4 我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZ Z —100，轮载P=25KN ，p=700KPa ，用以上公式计算得：D=0.302m, d=0.213m 四、运动车辆对道路的动态影响 1、行使的汽车施加于路面的水平力汽车：静止 等速、上坡、加速行使、启动 下坡、减速、制动 转弯、弯道上行使 路面：垂直压力 向后的水平力 向前的水平力 侧向水平力 （1）各种水平力：Q max ≤P ϕ（ϕp q ≤max ） ϕ—车轮与路面间的附着系数 路面结构相同，干燥状态ϕ＞潮湿状态 路面结构、干湿状态相同：车速越高，ϕ越小附着系数过小，不能保证正常的行车；ϕ过大，路面结构层易遭受水平荷载的破坏，如：推挤、拥包、波浪等。
02路基路面工程-行车荷载温度情况及资料力学性质 共52页
Tmax —路面某一深度处的最高温度，℃； Ta.max—相应的日最高气温， ℃；
Q—相应的太阳日辐射热，J/㎡； a.b.c—回归常数。
特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可在条件相似的地区 参考使用。
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方法2： 理论法 应用热传导理论方程式推导出。 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程。 特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与实测有一定的误差。
表征参数——地基反应模量
k p l
形式简单，任一点的垂直压力p与弯沉l之比， 不涉及泊松比，适用于刚性路面分析
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• 三、加州承载比（CBR ——California Bearing 承R载a能t力io以）材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征
19.35cm2标准压头，以0.127cm/min压入土体，记录每压入0.254cm时的单位压力 ，直至深度达到1.27cm为止。
12
• 2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴 载大于50KN的各级轴载换算。
•
C’1——轴载系数， C1=1+2（m-1),m是轴数。 C’2—轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09 3、轮迹横向分布：
1） 车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右 摇摆，并按一定的频率分布在车道横断面上，称为车轮的横向分布。
之下，表面岩石从坡面上剥落下来，向下滚落。 崩塌： 大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌。
崩塌：整体岩块在重力作用下倾倒、崩落。 原因：岩体风化破碎，边坡较高。 影响：危害较大的病害之一。
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比较： 崩塌无固定滑动面。 崩塌体各部分相对位置在移动过程中完全打乱。
路基路面-行车荷载、环境因素、材料的力学特性 (1)
三、汽车对道路的静态压力
1、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。 行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水 平力、 振动力。 2、汽车对道路的静态压力 静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。 影响静态垂直压力大小的因素： （1）汽车轮胎的内压力pi； （2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状； （3）轮载的大小。
汽车货运朝大型重载方向发展，货车的 总重量有 增加趋势，超载运输问题在我 国日益突出。 要发展多轴多轮。 对超载的定义：2000年2月，交通部《超 限运输车辆行驶公路管理条例》规定： “单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单 轴（每侧双轮胎）载质 量10000kg，双联 轴（每侧双轮胎）载质量 18000kg。”附 则第二十九条规定，单轴轴载最 大不得 超过13000kg。
第二章 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
基本内容
第一节 行车荷载
第二节 环境因素影响 第三节 土基的力学强度特性 第四节 土基的承载能力 第五节 路基的变形破坏及防治
第六节 路面材料的力学强度特性
第七节 路面材料的累积变形及疲劳特性
第一节 行车荷载
研究行车荷载的原因：
1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成 路基路面结构损坏的主要成因。 2、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、 持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量 影响路面的使用性能。 3、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原 因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷 载进行分析。
行车荷载的主要研究内容：
车辆的种类； 汽车的轴型； 汽车对道路的静态压力； 运动车辆对道路的动态影响； 交通分析。
长大路基路面之第二章__行车荷载、环境因素、材料的力学性质
4. 应力应变特性 应力应变特性的含义，可以用应力－应变曲线表征，但多
用模量随应力或应变的变化来表征。
1）颗粒材料的应力－应变特性 无机结合料碎（砾）石材料。用三轴试验。应力应变呈现非线 性。用回弹模量 Er 表征。
2）水泥稳定类材料的应力－应变特性 包括水泥混凝土，水泥土，水泥稳定碎石等。 单轴试验，三轴试验（最好是三轴试验）和室内承载板试验： 测抗压回弹模量。 小梁试验：测抗折弹性模量。和测抗弯拉强度的设备相同，主 要要测挠度。
（5）疲劳曲线：应力比与重复作用次数的关系曲线，称为疲
劳曲线。 （6）疲劳寿命：达到破坏的应力重复作用次数。
2）研究疲劳特性的目的 度同反复应力作用次数间的定量关系（ 即疲劳方程），以便估计路面的疲劳寿命。
•
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.11.1820.11.18Wednesday, November 18, 2020
2、地基反应模量
适用范围及定义： 适用于温克勒（E.Winkler）地基。假定土基顶面任一点的
弯沉仅同作用。于该点的垂直压力成正比，而同其相邻点处的压
力无关。即地基可以认为由许各不相连的弹簧组成。 一般刚性 路面下路基采用温克勒（E.Winkler）地基。
地基反应模量：压力与弯沉之比。
K p/l
试验：三轴压缩试验。 影响因素：荷载的大小和作用次数，级配（↑，↑），细料 含量（↑，↓）。 4）沥青混合料累积变形 试验：单轴或三轴压缩试验 影响因素：荷载的大小和作用次数，温度（↑，↑），集料 的状况（棱角（↑，↓），密实级配比开级配的累积变形小。
2．疲劳特性 1）定义： （1）疲劳：对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时， 可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料 强度降低的现象称为疲劳。 （2）疲劳强度：出现疲劳破坏的重复应力值。 （3）疲劳极限：疲劳强度随重复作用次数的增加而降低。有 些材料在应力重复作用一定次数后，疲劳强度不再下降，趋于稳 定值，此稳定值称为疲劳极限。 （4）应力比：重复应力与一次加载得出的极限应力之比称为 应力比。
2-行车荷载、环境因素、材料的力学性质
轴载变化的变异系数影响因素： a)行车速度：车速越高，变异系 数越大； b)路面的平整度：平整度越差， 变异系数越大； c)车辆的振动特性：轮胎的刚度 低，减振装置的效果越好，变 异系数越小。 振动轮载最大峰值与静载之比 称为冲击系数，设计路面时， 应以静轮载乘以冲击系数作为 设计荷载。 冲击系数＝动轮载/静轮载
该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和 厚度的增加而减小。
要求： 工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。
KnP 路基工作区深度：Z a＝ γ
3
一般K＝0.5
◆ 3 路基土的应力——应变特性
弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整 体强度和刚度重要方面。
压 入 承 载 板 试 验
3）交通荷载轴载换算和统计计算
a）交通调查与重复荷载
交通量调查与分析：调查内容包括交通总量、车型 分布、轴型轴载、实载率等，有的还调查轴载谱； 分析主要是确定交通量年平均增长率，并求算获得 设计年限内累计交通量。对路面而言，主要是轴重。 轴载组成与轴载换算：不同轴载的作用次数的频率 组成即为轴载谱，各不同轴载应根据某一指标按其 对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的 作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。
三 轴 压 缩 试 验
非线性变形———局部线性体 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线，以其斜率为模量 1)、初始切线模量 应力值为零应力—应变曲线斜率 2)、切线模量 某一应力处应力—应变曲线斜率， 反映该应力处变化 3)、割线模量 某一应力对应点与起点相连割线 模量，反应该范围内应力—应变平均状态 4)、 回弹模量 应力卸除阶段，应力—应变曲线的割线模量 反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。 总结：①前三种应变包含回弹应变和残余应变 ②回弹模量则仅包含回弹应变，部分反映了土的弹 性性质。
第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质
第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质发表日期：2008-6-10 阅读次数：214次§2-1 行车荷载一、车辆的种类分为客车与货车两大类。
客车：小客车、中客车与大客车。
货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。
路面结构设计——轴重作为荷载标准。
二、车辆的轴型我国公路与城市道路路面设计规范中以100kN作为设计标准轴重。
三、汽车对道路的静态压力1.汽车处于停驻状态下——静态压力。
垂直压力P：与汽车轮胎的内压力Pi、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的大小等有关。
轮胎与路面接触面上的压力p<内压力Pi，约为(0.8～0.9)Pi。
2. 接触压力直接取内压力作为接触压力，并假定在接触面上压力是均匀分布的。
3.轮胎与路面的接触面形状近似于椭圆形，在工程设计中采用圆形接触面积。
4.当量的圆将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压力作为接触压力p，轮胎与路面接触圆的半径可以按式(2.1)确定。
（2.1）单圆荷载：对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表示；双圆荷载：每一侧的双轮用两个圆表示。
5. 标准轴载我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ—100的P=100/4kN，p=700kPa：d100=0.213m， D100=0.302m四、运动车辆对道路的动态影响运动状态的汽车：垂直静压力、水平力、振动力。
动力影响还有瞬时性的特征。
1.水平力车轮施加于路面的各种水平力Q值与车轮的垂直压力P，以及路面与车轮之间的附着系数φ有关，其最大值Qmax不会超过P与φ的乘积，即：Qmax≤Pφ (2.2)2. 动载特性其变异系数：(1)行车速度：车速越高，变异系数越大；(2)路面的平整度：平整度越差，变异系数越大；(3)车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数越小。
冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。
3. 瞬时性0.1～0.01s左右。
五、交通分析1.交通量交通量是指一定时间间隔内通过道路某一断面的车辆总数。
路基路面行车荷载环境因素材料的力学特性
路基的主要功能是承受车辆荷载 ，并将这些荷载有效地传递到土 层中，确保道路的稳定性和安全 性。
路面的定义与分类
定义
路面是指铺设在路基顶部的结构层， 直接承受车辆荷载和气候因素作用。
分类
根据路面材料的不同，可以分为沥青 路面和水泥混凝土路面等。
路基与路面的关系
相互作用
路基和路面共同作用，确保车辆在行驶过程中的安全性和舒适性。路基的稳定性直接影响到路面的性能和使用寿 命。
路基施工
按照设计要求进行施工，采用适当的材料和工艺，确保 路基的压实度、平整度和排水性能等达到标准要求。
路面的设计与施工
路面设计
根据道路等级、交通量、气候条件等因素，选择合适 类型的路面材料，并确定路面的厚度、平整度、抗滑 性能等参数。
路面施工
按照设计要求进行施工，采用适当的材料和工艺，确保 路面的平整度、密实度和耐久性等达到标准要求。
相互影响
路面受到车辆荷载和环境因素的影响，会产生各种损坏，如裂缝、车辙等。这些损坏会进一步影响路基的稳定性 。同时，路基的施工质量也会直接影响路面的性能和使用寿命。
02
行车荷载对路基路面性 能的影响
行车荷载的定义与分类
定义
行车荷载是指车辆在路面上行驶时对 路面产生的压力和剪切力，是影响路 基路面性能的重要因素。
变化，避免出现变形、开裂等现象。
材料的选择与优化
要点一
选择
根据工程要求和环境条件选择合适的材料，以满足路基路 面的性能要求。
要点二
优化
通过改进材料的配方、工艺等手段，提高材料的性能，以 达到更好的工程效果。
05
路基路面的设计与施工
路基的设计与施工
路基设计
根据道路等级、交通量、地形地质条件等因素，确定路 基的宽度、高度、横断面形状等参数，以确保路基的稳 定性和耐久性。
2路基路面工程第二章+行车荷载、环境、土共114页文档
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我国常用汽车路面设计参数表2－1
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汽车对道路的静态压力
轮胎对路面垂直压力的影响因素
轮载的大小
轮胎的充气内压力
标准静内压力pi=(0.4~0.7)Mpa 通常轮胎与路面的接触压力p=(0.8~0.9) pi 滚动时p =(0.9~1.1) pi
后轴
单轴、双轴、三轴 大部分汽车的后轴为双轮组 我国汽车的后轴轴载在60－130KN，大部分在100KN
以下。
ห้องสมุดไป่ตู้
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汽车的轴型
标准轴载
将不同车型组合而成的混合交通量，换算成统一 轴载的当量轴次，这种作为换算的统一轴载称为 杯准轴载。
路面设计规范中均以单轴双轮100KN作为设计标准 轴重，车辆的轴限为100KN。
货车
整车货箱与发动机为整体 牵引式挂车牵引车与挂车分离 牵引式半挂车牵引车与挂车分离，但通过铰接相互连接，牵引车
的后轴也担负部分荷载，货车箱的后部有轮载系统，前部铰接悬挂 在牵引车上。
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车辆的类型
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车辆类型对路面设计的影响
对于双轮组车轴，
若每一侧的双轮用一个圆表示称为单圆荷载
若每一侧的双轮用两个圆表示称为双圆荷载
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02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质-PPT课件
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第三节 土基的力学强度特征
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一、路基受力状况 （一）行车荷载和自重是作用在 路基的两种主要外力，对于路 基都按照竖直荷载考虑 （二）行车荷载产生附加应力， 对于路基的扰动影响随深度降 低；自重应力随深度变大 （三）附加应力作用是瞬时的， 自重应力作用是永久的 （四）行车荷载或车轮荷载可变， 对于某一深度的路基土体影响 较大，我们将这样的深度叫做 路基工作区，确切深度大约在 附加应力为自重应力的1/10～ 1/5左右。
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在路面结构设计中，用横向分布系数η来反映轮 迹横向分布频率的影响。通常取宽度为二个条带的 宽度，即50cm，因为双轮组每个轮宽20cm，轮隙 宽10cm。这时的二个条带频率之和称为轮迹横向 分布系数。
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第二节
环境因素的影响
直接暴露于大气中，受温度、湿度影响大 温度湿度变化→温度应力湿度应力变化 → 体积变化→胀缩应力→破坏
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第五节
路基的变形、破坏及防治
一、 路基的主要变形破坏
荷载因素：自重、行车荷载、自然因素 影响稳定性的因素：水分、温度变化（正温度、负温 度）、风蚀作用。 变形：弹性的、残留的（不能恢复的） 1、 路堤沉陷：垂直方向产生较大的沉落
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原
因： 1）填料不当 2）填筑方法不合理 ： ①不同土混杂； ②未分层填筑、压实； ③土中有未经打碎的大块土或冻土块； ④荷载、 水和温度综合变化； ⑤原地面软弱，如泥沼、流沙、 垃圾堆积 未做处理等； ⑥冻胀、翻浆。
据国际道路联合会1989年公布的统计数据，在141 个成员国和地区中，轴限最大的为140KN，近40%执 行100KN轴限，我国公路与城市道路路面设计规范中 均以100KN作为设计标准轴重。通常认为我国的道路 车辆轴限为100KN。
路基路面工程 第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质.doc
第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质§2-1行车荷载汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。
汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。
因此，为了保证设计的路基路面结构达到预计的功能，具有良好的结构性能，首先应对行驶的汽车作分析。
包括汽车轮重与轴重的大小与特性；不同车型车轴的布置；设计期限内，汽车轴型的分布以及车轴通行量逐年增长的规律；汽车静态荷载与动态荷载特性比较等。
一、车辆的种类道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。
客车又分为小客车，中客车与大客车。
小客车自身重量与满载总重都比较轻，但车速高，一般可达120km/h，有的高档小车可达200km/h以上；中客车一般包括6个坐位至20个坐位的中型客车；大客车一般是指20个坐位以上的大型客车包括铰接车和双层客车，主要用于长途客运与城市公共交通。
货车又分为整车、牵引式拖车和牵引式半拖车。
整车的货厢与汽车发动机为一整体；牵引式拖车的牵引车与拖车是分离的，牵引车提供动力，牵引后挂的拖车、有时可以拖挂两辆以上的拖车；牵引式半拖车的牵引车与拖车也是分离的，但是通过铰接相互联接，牵引车的后轴也担负部分货车的重量，货车厢的后部有轮轴系统，而前部通过铰接悬挂在牵引车上。
货车总的发展趋向是向大吨位发展，特别是集装箱运输水陆联运业务开展之后，货车最大吨位已超过40-50吨。
汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴重作为荷载标准，在道路上行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很小，有时可以不计。
但是在考虑路面表面特性要求时，如平整性，抗滑性等，以小汽车为主要对象，因为小车的行驶速度高，所以要求在高速行车条件下具有良好的平稳性与安全性。
二、汽车的轴型无论是客车还是货车，车身的全部重量都通过车轴上的轮子传给路面，因此，对于路面结构设计而言，更加重视汽车的轴重。
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压 入 承 载 板 试 验
三
轴
压
缩
试
土的应力应变关系曲线
验
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非线性变形 nonlinear deformation 局部线性体partial linear 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线，以其斜率为模量 1.初始切线模量 initial tangent modulus 应力值为零应力—应变曲线斜率 2.切线模量 tangent modulus 某一应力处应力—应变曲线斜率，反映该应力处变化 3.割线模量 secant modulus 某一应力对应点与起点相连割线模量，反应该范围内应力— 应变平均状态 4. 回弹模量 resilience modulus
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1.回弹模量： resilience modulus 反映土基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。
测定方法：test method 1）查表法 investigation form ：无实测条件是时采用。 2）现场实测法：testing in situation ①大型承载板法：测定土基在0—0.5mm的变形压力曲线. ②用弯沉仪测定.
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2、正确的设计：correct design 应使路基所受的力在路基弹性限度范围内，即当车辆驶过后，
路基能恢复变形。保证路基相对稳定，路面不致引起破坏。 3、路基受力计算：calculating subbase stress
车辆荷载为均布垂直荷载，路基为弹性均质半空间体。
二.路基工作区subbase working zoning： 在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重 引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为10%~20%时候，该深度 范围内的路基称为路基工作区。