路面材料的力学性能PPT课件
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路面材料力学性能
• 沥青混合料的抗拉强度通过直接拉伸或劈裂试 验测定。用于分析沥青面层是否有足够的能力 抵抗车辆紧急制动引起的径向应力和温度骤降 引起收缩拉应力，而不致断裂破坏。
• 沥青面层的疲劳寿命主要取决于材料所受到的 最大拉应变值。一般来说沥青含量多，针入度 低和空隙少的密实型沥青混合料对疲劳开裂的 抵抗能力强，使用寿命长。 • 沥青混合料有控制应力和控制应变两种方法。 • 常用疲劳方程形式为：
• 蠕变模量试验用于分析路面的车辙量， 而复数模量和回弹模量用于以弹性理论 为基础的路面结构分析。
• 沥青混合料的劲度除了主要受温度和加 荷时间影响外，还与沥青含量，沥青劲 度，集料数量，集料的类型，形状，结 构和级配，混合料的空隙率，侧移条件 等因素有关。
• 沥青混合料的抗剪强度可由三轴压缩试验获得， 并常用摩尔—库伦强度理论分析强度构成，用 于检验在较大水平力作用下，沥青面层是否会 因抗剪强度不足而出现推移等破坏。
• 影响水硬性混合料强度和模量的因素有 结合料的含量和活性，集度的组成，拌 制均匀性和压实程度以及龄期。随着龄 期增长，水硬性混合料的强度和模量有 明显增大趋势，其中石灰稳定类的增长 速率高于水泥稳定类和水泥混凝土的增 长速率。
• 沥青路面的低温缩裂，高温推挤，水泥 混凝土的翘曲变形，胀曲与路面材料的 热学性能有关。
沥青混合料
• 沥青混合料的应力—应变与温度和荷载作用时 间有关。在低温时，沥青混合料呈现弹性，在 常温和高温时，则变为弹-黏性或弹-黏-塑性 体。沥青混合料在给定温度T和加荷时间t的应 力—应变特征用劲度表示即： •
S t ,T (
) t ,T
沥青混合料的劲度常用测 定方法
• 1.蠕变模量试验 • 2.动态模量试验 • 3.回弹模量试验
• 沥青面层的疲劳寿命主要取决于材料所受到的 最大拉应变值。一般来说沥青含量多，针入度 低和空隙少的密实型沥青混合料对疲劳开裂的 抵抗能力强，使用寿命长。 • 沥青混合料有控制应力和控制应变两种方法。 • 常用疲劳方程形式为：
• 蠕变模量试验用于分析路面的车辙量， 而复数模量和回弹模量用于以弹性理论 为基础的路面结构分析。
• 沥青混合料的劲度除了主要受温度和加 荷时间影响外，还与沥青含量，沥青劲 度，集料数量，集料的类型，形状，结 构和级配，混合料的空隙率，侧移条件 等因素有关。
• 沥青混合料的抗剪强度可由三轴压缩试验获得， 并常用摩尔—库伦强度理论分析强度构成，用 于检验在较大水平力作用下，沥青面层是否会 因抗剪强度不足而出现推移等破坏。
• 影响水硬性混合料强度和模量的因素有 结合料的含量和活性，集度的组成，拌 制均匀性和压实程度以及龄期。随着龄 期增长，水硬性混合料的强度和模量有 明显增大趋势，其中石灰稳定类的增长 速率高于水泥稳定类和水泥混凝土的增 长速率。
• 沥青路面的低温缩裂，高温推挤，水泥 混凝土的翘曲变形，胀曲与路面材料的 热学性能有关。
沥青混合料
• 沥青混合料的应力—应变与温度和荷载作用时 间有关。在低温时，沥青混合料呈现弹性，在 常温和高温时，则变为弹-黏性或弹-黏-塑性 体。沥青混合料在给定温度T和加荷时间t的应 力—应变特征用劲度表示即： •
S t ,T (
) t ,T
沥青混合料的劲度常用测 定方法
• 1.蠕变模量试验 • 2.动态模量试验 • 3.回弹模量试验
第五章 路面材料的力学特性分析
出现疲劳破坏的重复应力值（即疲劳强度），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 （例如106~107次）后，疲劳强度不再下降，趋于稳定值， 此稳定值称为疲劳极限。
当重复应力低于此值时，材料可经受无限多次的作用而不 出现破坏。研究疲劳特性的主要目的是探索提高疲劳强度， 延长路面使用年限，为路面设计提供参数。
施加重复应力来进行。 将重复弯拉应力σr与一次加载得出的极限弯拉应力σf（抗
折强度）值之比成为应力比。绘制应力比σr\σf与重复作用 次数Nf的半对数坐标关系曲线，称为疲劳曲线，如图5-5 所示。
第五章 路面材料力学特性分析
由图5-5所示的疲劳曲线，可发现如下规律： ①随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次数Nf降低。 ②相同重复应力级位时，出现疲劳破坏的作用次数Nf变动 幅度较大，但其概率分布近似服从对数正态分布。这说明要 得到可靠的代表值必须进行大量的试验。 ③当作用次数达到Nf=107次时，应力比σr\σf=0.55，尚未发现 有疲劳极限，当应力比σr\σf＜0.75时，反复应力施加的频率 对试验结果的影响很微小。 通过回归分析可得应力比和作用次数关系的疲劳方程:
（二）水泥混凝土与无机结合料稳定类材料的变形特性
水泥混凝土及无机结合料稳定类材料，成型并养护一定的龄期 后具有一定的强度，这类材料的变形特性研究，常用的试验方 法有：圆柱体压缩试验、三轴压缩试验以及小梁弯曲试验等。
水泥混凝土的应力-应变关系曲线，在应力级位为极限应力的 50%以内时，可近似按线弹性性状考虑，用弹性模量表征。
此外，增强混合料拌和均匀性及压实密度，增加矿粉含量， 都有助于提高其抗拉强度。而在低温（负温）下，其强度 随各影响因素变化的规律略有不同。
劈裂强度试验也可用于测定水泥混凝土和无机结合料稳定 类材料的劈裂（间接抗拉）强度。
当重复应力低于此值时，材料可经受无限多次的作用而不 出现破坏。研究疲劳特性的主要目的是探索提高疲劳强度， 延长路面使用年限，为路面设计提供参数。
施加重复应力来进行。 将重复弯拉应力σr与一次加载得出的极限弯拉应力σf（抗
折强度）值之比成为应力比。绘制应力比σr\σf与重复作用 次数Nf的半对数坐标关系曲线，称为疲劳曲线，如图5-5 所示。
第五章 路面材料力学特性分析
由图5-5所示的疲劳曲线，可发现如下规律： ①随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次数Nf降低。 ②相同重复应力级位时，出现疲劳破坏的作用次数Nf变动 幅度较大，但其概率分布近似服从对数正态分布。这说明要 得到可靠的代表值必须进行大量的试验。 ③当作用次数达到Nf=107次时，应力比σr\σf=0.55，尚未发现 有疲劳极限，当应力比σr\σf＜0.75时，反复应力施加的频率 对试验结果的影响很微小。 通过回归分析可得应力比和作用次数关系的疲劳方程:
（二）水泥混凝土与无机结合料稳定类材料的变形特性
水泥混凝土及无机结合料稳定类材料，成型并养护一定的龄期 后具有一定的强度，这类材料的变形特性研究，常用的试验方 法有：圆柱体压缩试验、三轴压缩试验以及小梁弯曲试验等。
水泥混凝土的应力-应变关系曲线，在应力级位为极限应力的 50%以内时，可近似按线弹性性状考虑，用弹性模量表征。
此外，增强混合料拌和均匀性及压实密度，增加矿粉含量， 都有助于提高其抗拉强度。而在低温（负温）下，其强度 随各影响因素变化的规律略有不同。
劈裂强度试验也可用于测定水泥混凝土和无机结合料稳定 类材料的劈裂（间接抗拉）强度。
路基路面工程第五章
✓ （3）通过回归分析，可得到描述应力比和作用次数关系 的疲劳方程
三、Miner定律
要把室内单一施荷方式得到的疲劳方程应用于路 面结构分析，还须解决如何考虑不同荷载的综合 疲劳作用问题。
假设：各级荷载（应力）作用下材料所出现的疲 劳损坏可以线性叠加。
荷载综合作用后，材料达到的疲劳损坏程度为：
用次数Nf的数据，在双对数坐标上可以相当满意 地回归成直线方程，如图：
➢ 控制应力条件下热碾压沥青混凝土的疲劳试验结果：
➢ 采用控制应变试验方法 ，具有同控制应力试验法相反的 规律，即随着温度的升高（劲度降低），材料的疲劳寿命 反而增加。如图：
两种试验方法得到不同的疲劳性状，原因可以用破坏机理 的差异来说明
抗弯拉强度大多通过简支小梁试验评定。弯曲试 验如下图：
➢ 水泥稳定类材料的弯曲试验 ：采用三分点 加荷
第二节 疲劳特性
材料在经受重复荷载作用后其强度的降低现
象称之为疲劳。
材料在经受低于其一次作用下的极限应力值
的重复荷载作用下会出现破坏，这种破坏称之为
疲劳破坏。
疲劳极限：在应力作用一定次数后，材料的
D j ni
N i1 i
第三节 变形特性
一、应力—应变关系
➢ 1.无结合料的碎石、砾石材料无法通过成型试件测试应力 －应变特性，可用三轴压缩试验结果来反映。其表现出明 显的非线性特征。
➢ 2. 水泥混凝土的抗压强度和抗压弹性模量采用棱柱体的 单轴加压进行测试。
➢ 3.沥青混合料的应力－应变特性测试也相同。在低温下， 可采用单轴试验或小梁试验，在高温下，可用三轴压缩试 验测定。
疲劳强度不再下降而趋于稳定，此稳定值称为疲
劳极限
一、沥青混合料的疲劳特性
三、Miner定律
要把室内单一施荷方式得到的疲劳方程应用于路 面结构分析，还须解决如何考虑不同荷载的综合 疲劳作用问题。
假设：各级荷载（应力）作用下材料所出现的疲 劳损坏可以线性叠加。
荷载综合作用后，材料达到的疲劳损坏程度为：
用次数Nf的数据，在双对数坐标上可以相当满意 地回归成直线方程，如图：
➢ 控制应力条件下热碾压沥青混凝土的疲劳试验结果：
➢ 采用控制应变试验方法 ，具有同控制应力试验法相反的 规律，即随着温度的升高（劲度降低），材料的疲劳寿命 反而增加。如图：
两种试验方法得到不同的疲劳性状，原因可以用破坏机理 的差异来说明
抗弯拉强度大多通过简支小梁试验评定。弯曲试 验如下图：
➢ 水泥稳定类材料的弯曲试验 ：采用三分点 加荷
第二节 疲劳特性
材料在经受重复荷载作用后其强度的降低现
象称之为疲劳。
材料在经受低于其一次作用下的极限应力值
的重复荷载作用下会出现破坏，这种破坏称之为
疲劳破坏。
疲劳极限：在应力作用一定次数后，材料的
D j ni
N i1 i
第三节 变形特性
一、应力—应变关系
➢ 1.无结合料的碎石、砾石材料无法通过成型试件测试应力 －应变特性，可用三轴压缩试验结果来反映。其表现出明 显的非线性特征。
➢ 2. 水泥混凝土的抗压强度和抗压弹性模量采用棱柱体的 单轴加压进行测试。
➢ 3.沥青混合料的应力－应变特性测试也相同。在低温下， 可采用单轴试验或小梁试验，在高温下，可用三轴压缩试 验测定。
疲劳强度不再下降而趋于稳定，此稳定值称为疲
劳极限
一、沥青混合料的疲劳特性
《道路路面》PPT课件
。
1、强度和刚度 强度——是指构造整体及其各组成构造层抵
抗行车荷载作用产生各种应力、防止破坏 的能力。 刚度——指路面抵抗变形的能力。
。2、稳定性和耐久性 1〕稳定性 路面构造袒露于大气之中，无时不受到温度 和水分变化的影响，其力学性能也就随着不 断发生变化，强度和刚度不稳定，使路况时 好时坏。 举例： 沥青路面在夏季高温时会变软而产生车辙和
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。
第一节 路面的性能及组成 第二节 路面类型与构造 第三节 常用路面简介 第四节 路面施工要点
②刚性路面 ：水泥混凝土作面层或基层 的路面构造。
③半刚性路面：指用稳定土或处治碎(砾) 石以及用含水硬性结合材料的工业废渣修 筑的基层称半刚性基层，把含有这类基层 的路面构造称半刚性路面。
。
二、路面等级 通常可按面层的使用品质、材料组成类型以 及构造强度和稳定性的不同，将路面分成高 级、次高级、中级和低级四个等级。
。
2〕耐久性 路面构造要承受车辆荷载和冷热、干湿等自 然因素的屡次重复作用，由此而逐渐产生疲 劳破坏和塑性变形的累积。 路面各构造组成的材料还可能由于老化而导 致破坏。
因此，必须具有足够的抗疲劳能力以及抗老 化和抗变形累积的能力。
。
3、外表平整度和抗滑性能 1〕外表平整度 外表平整度对路面的影响： 不平整的路外表会增大行车阻力，并使车辆 产生附加的振动作用。 对车和旅客来说：这种振动作用会造成行车 颠簸，影响行车的速度和平安、驾驶的平稳 和乘客的舒适。 对路面来说：振动作用还会对路面施加冲击 力，从而加剧路面和汽车机件的损坏和轮胎 的磨损，并增大油料的消耗——耗油。 不平整的路面还会积滞雨水，加速路面的破
路基路面复习课课件课件.pptx
第35页/共103页
§5 挡土墙设计
基本内容： 1、概述；
（挡土墙的用途、类型与特点，重力式挡土墙的构造与布置，挡土墙的基础要求与类型）
2、土压力计算；
（作用于挡土墙的力系、特定条件下的土压力计算、土压力的简易计算）
3、重力式挡土墙的设计与稳定性验算。
（行车荷载的换算、滑动与倾覆稳定性、地基应力与墙身应力、示例）
即： H1相对应于wc1，为干燥和中 湿状态的分界标准； H2相对应于wc2，为中湿与潮 湿状态的分界标准； H3相对应于wc3，为潮湿和过 湿状态的分界标准。
临界高度参考值（见教材P19）
第11页/共103页
路基干湿类型
干燥 中湿 潮湿 过湿
原有公路
新建公路
路基平均稠度wc与分 界相对稠度的关系
滑坡。 Ⅴ区——西南潮暖：该区土基软湿，注意路基整体稳定
性。 Ⅵ区——西北干旱区：气候干燥，可采用沥青混凝土层
解决砂石路面搓泥、松散。注意沙漠地区风蚀和沙埋。 Ⅶ区——青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，且
沥青路面在日照下易老化。
第9页/共103页
§1-4 、路基干湿类型 路基干湿类型划分方法
（1）已建公路：不利季节测定路床80cm内土层的含水 量，确定其平均稠度；按自然区划、土类查表确定 分界稠度；比较平均稠度与分界稠度，确定干湿类 型。
第15页/共103页
§Ⅱ 路基部分
路基工程部分 路基的力学特点及影响因素 一般路基设计 路基边坡稳定性分析 路基防护与加固 挡土墙设计 路基排水设计
第16页/共103页
§1 路基的力学特点
§1-1 路基工作区
σ 概念：在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力 z与路基土自重引起
§5 挡土墙设计
基本内容： 1、概述；
（挡土墙的用途、类型与特点，重力式挡土墙的构造与布置，挡土墙的基础要求与类型）
2、土压力计算；
（作用于挡土墙的力系、特定条件下的土压力计算、土压力的简易计算）
3、重力式挡土墙的设计与稳定性验算。
（行车荷载的换算、滑动与倾覆稳定性、地基应力与墙身应力、示例）
即： H1相对应于wc1，为干燥和中 湿状态的分界标准； H2相对应于wc2，为中湿与潮 湿状态的分界标准； H3相对应于wc3，为潮湿和过 湿状态的分界标准。
临界高度参考值（见教材P19）
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路基干湿类型
干燥 中湿 潮湿 过湿
原有公路
新建公路
路基平均稠度wc与分 界相对稠度的关系
滑坡。 Ⅴ区——西南潮暖：该区土基软湿，注意路基整体稳定
性。 Ⅵ区——西北干旱区：气候干燥，可采用沥青混凝土层
解决砂石路面搓泥、松散。注意沙漠地区风蚀和沙埋。 Ⅶ区——青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，且
沥青路面在日照下易老化。
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§1-4 、路基干湿类型 路基干湿类型划分方法
（1）已建公路：不利季节测定路床80cm内土层的含水 量，确定其平均稠度；按自然区划、土类查表确定 分界稠度；比较平均稠度与分界稠度，确定干湿类 型。
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§Ⅱ 路基部分
路基工程部分 路基的力学特点及影响因素 一般路基设计 路基边坡稳定性分析 路基防护与加固 挡土墙设计 路基排水设计
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§1 路基的力学特点
§1-1 路基工作区
σ 概念：在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力 z与路基土自重引起
路面材料的力学特性5
2. 水泥稳定类材料的应力应变特性 单轴试验, 单轴试验,三轴试验以及小梁试验
3.沥青混合料的应力-应变特性 3.沥青混合料的应力- 沥青混合料的应力 蠕变试验
由于沥青混合料中的 结合料— 结合料—沥青具有依 赖于温度和加荷时间 的粘的粘-弹性性状,所以 沥青混合料的应力- 应变特性与上述材料 有很明显的不同.不 能用一个常量弹性模 量来表征沥青混合料 的引力— 的引力—应变特性关 系. 劲度模量
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第五章 路面材料的力学特性分析
路面材料的分类:(1 路面材料的分类:(1)松散颗粒型材料及 块料;(2)沥青结合料类;(3 块料;(2)沥青结合料类;(3)无机结合 料类.按不同的成型方式(密实型,嵌挤 型和稳定型)形成各种结构层.
τ = c + σ tan
第一节 强度特性
一,抗剪强度 路面结构层因抗剪强度不足而导致的破坏有三种情况: (1)路面结构层厚度较薄,总体刚度不足,车轮荷载 通过薄层结构传递给土基的剪应力过大,导致路基路 面整体结构发生剪切破坏;(2 面整体结构发生剪切破坏;(2)无结合料的粒料基层 因层位不合理,内部剪应力过大而引起部分结构层产 生剪切破坏;(3 生剪切破坏;(3)面层材料的抗剪强度过低,在受到 较大水平力作用时,面层材料产生纵向或横向推移等 各种剪切破坏.
τ = c + σ an
c,φ是表征路面材料抗剪强度的两项参数,可由直 接剪切试验确定.粒料材料可由三轴压缩试验确 定.
二,抗拉强度 沥青路面,水泥混凝土路面及各种半刚性基层 在气温骤降时产生收缩(温缩),水泥混凝土 路面和各种半刚性基层在大气湿度发生变化时, 产生明显的干缩,这些收缩变形受到约束阻力 时,将在结构层内产生拉力,当材料的抗拉强 度不足以抵抗上述拉应力时,路面结构会产生 拉伸断裂. 抗拉强度可由直接拉伸
路面材料的力学性能课件
度等。
弹性模量与刚度
弹性模量是描述材料在弹性变形 阶段应力与应变之间关系的物理 量，如杨氏模量、剪切模量等。 刚度是结构或构件在受力时抵抗
变形的能力。
弹性力学基本方程
平衡方程
描述物体内部应力分布的平衡条件，如静力学方程，表示物体在 不受外部力作用时内部应力的平衡状态。
本构方程
描述材料应力与应变之间关系的方程，如胡克定律，表示在弹性范 围内应力与应变成正比。
应变硬化
材料在塑性变形过程中，随着变形的增加，材料的抵抗能力也相 应增强的现象。
塑性力学基本方程
1 2
屈服条件
描述材料进入塑性变形状态的应力条件，常用的 有Tresca屈服条件和Mises屈服条件。
流动法则
描述材料在塑性变形过程中应变增量与应力状态 之间的关系，常用的有Levy-Mises流动法则。
流变性质
研究材料在应力作用下的 变形和流动性质，对于路 面材料粘性力学的理解至 关重要。
粘性力学基本方程
Navier-Stokes方程
01
描述粘性流体运动的基本方程，考虑了惯性力、压力和粘性力
的作用。
粘度与剪切速率关系方程
02
描述材料粘度如何随剪切速率变化的方程，对于非牛顿流体尤源自为重要。连续性方程
B
C
D
材料选择与优化设计
介绍了如何根据具体工程环境和需求，选 择合适的路面材料并进行优化设计，以提 高路面的承载能力和使用寿命。
影响因素探讨
深入探讨了温度、湿度、荷载等外部因素 对路面材料力学性能的影响。
当前研究的热点问题与前沿动态
环保型路面材料 研究
随着环保意识的日益增强， 如何开发出性能优异、环保 可持续的路面材料已成为当 前研究的热点。例如，废旧 轮胎橡胶改性沥青、工业废 渣再利用等方向具有广阔的 应用前景。
弹性模量与刚度
弹性模量是描述材料在弹性变形 阶段应力与应变之间关系的物理 量，如杨氏模量、剪切模量等。 刚度是结构或构件在受力时抵抗
变形的能力。
弹性力学基本方程
平衡方程
描述物体内部应力分布的平衡条件，如静力学方程，表示物体在 不受外部力作用时内部应力的平衡状态。
本构方程
描述材料应力与应变之间关系的方程，如胡克定律，表示在弹性范 围内应力与应变成正比。
应变硬化
材料在塑性变形过程中，随着变形的增加，材料的抵抗能力也相 应增强的现象。
塑性力学基本方程
1 2
屈服条件
描述材料进入塑性变形状态的应力条件，常用的 有Tresca屈服条件和Mises屈服条件。
流动法则
描述材料在塑性变形过程中应变增量与应力状态 之间的关系，常用的有Levy-Mises流动法则。
流变性质
研究材料在应力作用下的 变形和流动性质，对于路 面材料粘性力学的理解至 关重要。
粘性力学基本方程
Navier-Stokes方程
01
描述粘性流体运动的基本方程，考虑了惯性力、压力和粘性力
的作用。
粘度与剪切速率关系方程
02
描述材料粘度如何随剪切速率变化的方程，对于非牛顿流体尤源自为重要。连续性方程
B
C
D
材料选择与优化设计
介绍了如何根据具体工程环境和需求，选 择合适的路面材料并进行优化设计，以提 高路面的承载能力和使用寿命。
影响因素探讨
深入探讨了温度、湿度、荷载等外部因素 对路面材料力学性能的影响。
当前研究的热点问题与前沿动态
环保型路面材料 研究
随着环保意识的日益增强， 如何开发出性能优异、环保 可持续的路面材料已成为当 前研究的热点。例如，废旧 轮胎橡胶改性沥青、工业废 渣再利用等方向具有广阔的 应用前景。
第五章 路面材料的力学特性分析
第五章 路面材料的 力学特性分析
第五章 路面材料的力学特性分析
第一节 第二节 第三节 强度特性 疲劳特性 变形特性 变形特性
第一节
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 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）。 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： 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； 移或相对变位；②因拉应力或弯拉应力过大而引 起的断裂。
沥青混合料的粘结力取决于许多因素： 沥青混合料的粘结力取决于许多因素：
1．沥青的粘度：粘度越高，混合料粘结力也越大。 沥青的粘度： 下图为沥青针入度同粘结力的试验关系： 下图为沥青针入度同粘结力的试验关系：
2．沥青用量：过少时，不足以充分涂敷矿质颗粒， 沥青用量： 用量过多时，又将使颗粒被挤开，两种情况都会 使粘结力降低。因而，存在一最佳沥青用量，使 粘结力达到最大，如图： 粘结力达到最大，如图：
1、碎、砾石混合材料在重复应力作用下的变形累积规律 砾石混合材料在重复应力作用下的变形累积规律 同细粒土相似。 同细粒土相似。 2、级配良好的颗粒材料在偏应力较小时，随着重复作用 良好的颗粒材料 次数N的增加而累积的永久应变值会逐渐趋于稳定，此值 的增加而累积的永久应变值会逐渐趋于稳定，此值 同的大小有关：但偏应力较大时，则 同的大小有关：但偏应力较大时，则永久应变随作用次数 不断增长，直到破坏，见下图： 不断增长，直到破坏，见下图：
2、沥青混合料温度越高、作用应力越大和总加荷 、沥青混合料温度越高、作用应力越大和总加荷 时间越长，永久应变的累积量就越大。 时间越长，永久应变的累积量就越大。密实型沥 青碎石混合料的变形累积如图: 青碎石混合料的变形累积如图:
第五章 路面材料的力学特性分析
第一节 第二节 第三节 强度特性 疲劳特性 变形特性 变形特性
第一节
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 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）。 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： 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； 移或相对变位；②因拉应力或弯拉应力过大而引 起的断裂。
沥青混合料的粘结力取决于许多因素： 沥青混合料的粘结力取决于许多因素：
1．沥青的粘度：粘度越高，混合料粘结力也越大。 沥青的粘度： 下图为沥青针入度同粘结力的试验关系： 下图为沥青针入度同粘结力的试验关系：
2．沥青用量：过少时，不足以充分涂敷矿质颗粒， 沥青用量： 用量过多时，又将使颗粒被挤开，两种情况都会 使粘结力降低。因而，存在一最佳沥青用量，使 粘结力达到最大，如图： 粘结力达到最大，如图：
1、碎、砾石混合材料在重复应力作用下的变形累积规律 砾石混合材料在重复应力作用下的变形累积规律 同细粒土相似。 同细粒土相似。 2、级配良好的颗粒材料在偏应力较小时，随着重复作用 良好的颗粒材料 次数N的增加而累积的永久应变值会逐渐趋于稳定，此值 的增加而累积的永久应变值会逐渐趋于稳定，此值 同的大小有关：但偏应力较大时，则 同的大小有关：但偏应力较大时，则永久应变随作用次数 不断增长，直到破坏，见下图： 不断增长，直到破坏，见下图：
2、沥青混合料温度越高、作用应力越大和总加荷 、沥青混合料温度越高、作用应力越大和总加荷 时间越长，永久应变的累积量就越大。 时间越长，永久应变的累积量就越大。密实型沥 青碎石混合料的变形累积如图: 青碎石混合料的变形累积如图:
中南大学路基路面工程课件 2.路基路面材料的力学性质
2.2 土质路基的变形特性和强度指标
2.2.2 土质路基的强度指标
路基路面结构强度除了与路面材料的品质有关之外，路基的支撑起着 决定性的作用。路基作为路面结构的基础，它抵抗车轮荷载能力的大 小，主要决定于路基顶面的抗变形能力。所以，路基的承载能力都用 其抗变形能力来表征，参数指标有:回弹模量、地基反应模量、加州承 载比（CBR）等
图2-9 边坡崩落塌
2.3 路基主要病害及其防治
（4）路堤沿山坡地基滑移
路堤整体或一部分沿山坡地基向下滑移。 原因：①路堤填筑前未清表或未挖成阶梯状；
②路堤上方边坡排水不畅； ③坡脚未进行必要的支撑。
图2-10 路堤沿山坡地基滑移
2.3 路基主要病害及其防治
（５）不良地质条件造成的路基病害 如泥石流，雪崩，岩溶，地震，冻胀与翻浆，特大暴雨水毁等。
2. 4 路面材料的力学强度特性
c tan
（2-4-1）
式中： —材料的抗剪强度，KPa；
c —材料的粘结力，KPa；
—法向正应力，KPa；
—材料的内摩檫角（°）
c 和 是表征路面材料抗剪强度的两个参数，可通过直剪试验或三轴试验 绘出 曲线后，取其包络线按上式近似确定c 、 。
、
2.3.2 路基病害的防治措施
（１）正确设计路基横断面； （２）选择良好的路基土，必要时对路基上层填土作稳定处理； （３）采用正确的填筑方法；充分压实路基工作范围； （４）适当抬高路基，防止水分进入路基工作区范围； （５）合理进行排水设计（包括地表排水、地下排水、路面结构排水）； （６）设置隔离层（隔绝毛细水上升）、隔温层（减少冻深）和砂垫层（
下的地基承担。所以原地基的土质要符合要求，与路堤一样压实。
;
图 2-2工作区深度和路基高度
7-路面结构荷载及材料ppt课件
面 层： 直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括冲 击），同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的 结构强度、抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不 透水、抗滑、平整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反 映）。材料的使用应能适应此功能要求。
垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面 层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态； 同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻 止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土 基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。
水泥稳定碎石或二灰碎石 30cm-40cm
二灰土或石灰土 20cm-40cm
土基 半刚性基层沥青路面结构
• 3、水泥混凝土路面（水泥路面）
水泥混凝土路面 路基
基层
– 普通混凝土（JPCP） – 钢筋混凝土（JRCP） – 连续配筋混凝土（CRCP） – 钢纤维混凝土
◆4、路面的结构层次与材料要求
动弹性模量（MPa）
回弹模量（MPa）
-01234温2100度（℃）
40
图2-9 温度对沥青混凝土动弹性 模量的影响
0
10
20
30
含水量ω(%)
图2-10 湿度对路基刚度 的影响
◆2、温度对道路的影响 温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路
基的冻胀
温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割
温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及 低温开裂
第一节 路面结构及其分类
• 1、沥青路面(Asphalt Pavement)
沥青路面
基层和底基层 路基
垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面 层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态； 同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻 止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土 基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。
水泥稳定碎石或二灰碎石 30cm-40cm
二灰土或石灰土 20cm-40cm
土基 半刚性基层沥青路面结构
• 3、水泥混凝土路面（水泥路面）
水泥混凝土路面 路基
基层
– 普通混凝土（JPCP） – 钢筋混凝土（JRCP） – 连续配筋混凝土（CRCP） – 钢纤维混凝土
◆4、路面的结构层次与材料要求
动弹性模量（MPa）
回弹模量（MPa）
-01234温2100度（℃）
40
图2-9 温度对沥青混凝土动弹性 模量的影响
0
10
20
30
含水量ω(%)
图2-10 湿度对路基刚度 的影响
◆2、温度对道路的影响 温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路
基的冻胀
温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割
温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及 低温开裂
第一节 路面结构及其分类
• 1、沥青路面(Asphalt Pavement)
沥青路面
基层和底基层 路基
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路面材料的力学性 能
一、 引 言
1、路面材料的类型
2、应力-应变特性：模量E，这是主要力学分析参数
3、强度特性：了解其自身的抗力，了解强度的来源
4、变形特性：变形能力，可恢复的和不可恢复的变 形，对平整度的影响
5、疲劳特性：与寿命有关，与荷载作用次数有关
6、耐久性：自然因素的影响，包括水的作用、水稳 定性、抗剥落特性、抗冻融特性（温度）、自然 老化、抗紫外线。
颗粒材料的几 种组成状态
骨架结构，不含或很少细料（<0.074）的状态， 见图：强度来源于接触部位的摩擦力，对集料强 度要求高；水稳定性好，透水性好，无冻敏
骨架-填充结构，见图：强度来自于摩擦力，抗剪 切强度有所提高；密度高，透水性差，可能是冻 敏的，取决于填充料；不耐冲刷。三渣多属于这 种结构。
抗剪切强度（P53，图5-14、5-15） 抗拉强度（P54，图5-19）
6、疲劳特性
试验方法，梁式、劈裂和悬臂式
加载方法
• 应力控制，试验过程中保持所加的荷载不变，应变不断增 大，P58，图5-23
• 应变控制，试验过程中保持所加的应变不变，应力不断减 小；破坏不明显，一般定义为模量衰变50%时为破坏点； P58，图5-23
低应力为零：常用方式，沥青路面方式 低应力>零：水泥路面方式 低应力<零：双向加载方式，不常用
• 随着荷载作用次数的增加，材料的抗力（强度、 模量）在不断降低。
• 疲劳寿命与加荷方式、波形、频率等因素有关。 荷载级位越大，疲劳寿命越短；荷载级位越小， 疲劳寿命越长。当然还与材料自身的特性有关， 与黏结料的性质有关，与集料的性质也有关。 一般而言，影响弯拉强度的因素都将影响疲劳 特性。
影响变形特性的因素
• 温度、应力和作用时间（加载频率） • 沥青的含量、质量 • 集料特性，包括棱角、破裂面比例，集料表面
纹理、级配等 • 压实度、压实方法
4、泊松比
与沥青含量、温度和集料特性有关，一般 取0.25-0.50。P50。实际上，大部分混合 料的泊松比大于0.50。
5、强度特性
抗弯拉强度，抗剪切强度，抗拉强度 影响因素：沥青的性质与含量，集料的性质与级配， 温度和加荷速率
• 疲劳特性一般用应力或应变与疲劳寿命之间的 关系来表示，两者之间在半对数或双对数坐标 上一般呈线性关系。见图。
• 疲劳方程的离散性一般很大
疲劳方程
常见表达方式：
lgN
f
低应力为零
有高低应力比时的疲劳方程：
(1R)lgN
f
低应力>0
Rc N
R
R c：极限曲率半径， R：曲率半径， N：作用次数。
• 疲劳寿命：指从开始加载至损坏时的荷载作用次数； 通常采用梁式试件测量，四点加荷法。所施加的应力 实际上就是破坏时的应力，成为疲劳强度。
• 疲劳极限：当荷载小于一定数值时，材料永远不会发 生疲劳损坏，这个数值曾经定义为10^7，目前已经不 行。对钢材，应力比0.5。
加载波形有多种，典型的有三种：
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
回弹模量
回弹模量定义为
Er
r
测试方法有三种，见P49图。
注意： r 与上面蠕变试验中ε（t）的区别；
前者为弹性变形+部分粘性变形，后者为塑性 变形+部分粘性变形。所以前者用于结构疲劳 分析，后者用于车辙分析。
劲度预估 SHELL方法，P50
3、变形特性
变形特性可由动态或重复荷载作用下的蠕变 特性定义，反映材料的粘塑性，迄今缺少可 靠的预估模型
5、参考值域
水泥土：E=（0.7-7）*1000Mpa， μ=0.15-0.35
水泥稳定碎石：（7-28）*1000Mpa， μ=0.15-0.20
6、变形特性
累计永久变形忽略不计
7、疲劳特性
概念
• 疲劳是指材料在低于极限荷载的英里作用下发生破坏， 是重复荷载作用下微裂纹的扩展，重复荷载作用的大 小不可太大。疲劳反映了路面的寿命，反映了小吨位 荷载作用下的数千万次的重复作用，滴水穿石的效果。 疲劳设计是路面设计的重要概念，是路面设计的重要 特点。
Eg KE0
3、变形累积
与土的变形累计规律类似 当较小时，趋于缓慢稳定增加 当较大时，急剧增加 随增加，稳定的增加
4、泊松比
一般0.2-0.5，一般取0.25-0.35
三、稳定类材料
1、强度特性
• 强度来源：黏结力，内摩擦力 • 当采用黏结力、内摩擦力的概念时，总与剪切有关。实际
上，黏结力和内摩擦力提供了各种强度。 • 测试方法 • 三轴压缩试验，P45图5-2 • 梁式试件，4点加荷法，三分点加荷试验，P45图5-2 • 劈裂试验，间接拉伸试验，图 • 同样三种组成状态。由于是整体性材料，所以同样应注意
悬浮结构，粗集料悬浮于细集料之中，见图：强 度取决于填充料；密度高，不透水，水敏，冻敏， 不耐冲刷
压碎值、性状 与透水性
压碎值取决于集料的强度和形状，压碎值不足的 危害是很大的，产生变形和强度问题
即便是基层、底基层等层次，虽然整体受力较小， 但局部接触应力可能很大，仍需要限制压碎值
过于密实碎可提高强度，但可能会牺牲水稳定性、 温度稳定性和抗冲刷能力，设计者应设法平衡强 度与稳定性之间的关系
D k ni
i1 Ni
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高速电主轴在卧式镗铣床上的应用 越来越 多，除 了主轴 速度和 精度大 幅提高 外，还 简化了 主轴箱 内部结 构，缩 短了制 造周期 ，尤其 是能进 行高速 切削， 电主轴 转速最 高可大10000r/min以 上。不 足之处 在于功 率受到 限制， 其制造 成本较 高，尤 其是不 能进行 深孔加 工。而 镗杆伸 缩式结 构其速 度有限 ，精度 虽不如 电主轴 结构， 但可进 行深孔 加工， 且功率 大，可 进行满 负荷加 工，效 率高， 是电主 轴无法 比拟的 。因此 ，两种 结构并 存，工 艺性能 各异， 却给用 户提供 了更多 的选择 。
对荷载的敏感性
参数β反映了材料对荷载的敏感性，β越小，对荷载的 作用越敏感，因为其大小与荷载换算系数的指数有关：n 1( Nhomakorabea.60.9)
理论上，参数α=1
四、 沥青混合料
强度来源 应力-应变关系
变形特性 泊松比
强度特征 疲劳特征
1、强度来源
• 沥青提供的黏结力和集料提供的内摩擦力
• 常用的沥青混合料类型 沥青混凝土（AC） 抗滑磨耗层（AK） SMA OGFC抗滑磨耗层，多孔沥青路面（PAC）
Er k1k2
θ为主应力之和
1 2 3 1 2 2 3 3
k为系数，k1=7.0-15.7，k2=0.46-0.64
由于σ1与σ3有关，所以模量还可以表示为：
Er f13f2
荷载-弯沉关系
随着荷载（弯沉）的增大，模量在增加
P 破坏点 l
设计中的考虑
粒料模量的取值比较困难，因为E=F（应力， 棱角，纹理，密度），设计中无法考虑这 么详细
二、颗粒材料的工程性质
1 强度来源
2 应力应变关系
3 变形累积
4 泊松比
1、强度来源
强度来源
颗粒类材料由于无结合料的黏结，所以不 是一个整体，是一个结构层，但自身是松 散的。
不能承受拉应力的作用，可以受压或受剪 切。黏结力为零。
内磨檫力提供了抗剪切强度，但取决于粒 料的纹理、密实度、颗粒形状、级配等因 素
其水稳定性。细集料（结合料）含量越多，越容易冲刷。 在满足填充要求的前提下，应尽量减少细集料的用量。强 度不是唯一的标准。 • 级配一般采用骨架-填充结构
2、三轴压缩状态下的应力-应变关系
• σ-ε关系与土的类似（P35，图4-1），见下 图，应变随荷载的增大而迅速增大。
• 同样，为应力偏量的函数。 • 在应力级位较小时，近似直线，E为常数。 • 与粒料的σ-ε关系有很大不同，凹向相反，
Nf
k1r
a
b
S1m
五、水泥混凝土
疲劳特性
m f a x0.0712R 4lgNf
或
lg m f a x lg A0.0412 R 2 lg N f
六、 Miner定律-线性疲劳迭加律
路面上的荷载轻重不一，怎样考虑不同 荷载的作用？
Miner在研究金属材料的性能时提出了 线性疲劳迭加律，即不同等级荷载产生的 疲劳效应可以直接相加。即
2、应力-应变关系
• 沥青混合料是一种粘弹塑性材料，其应力 -应变关系受温度、时间等外界因素和沥 青含量、沥青性质、集料级配和集料性质 等自身因素的影响，所以与一般材料不同， 对沥青混合料的应力-应变关系，讨论其 蠕变特性
• 典型蠕变关系曲线见图。
温度影响：受温度影响是沥青混合料的主要 特点之一，高低温时应变可相差几十倍
悬浮结构的粒料可能相似（如果细料类似土 的话），这反映了黏结型与嵌锁型的区别。
3、梁式弯拉状态下的应力-应变关系
梁式试件是半拉半压的受力状态，性质应 处于拉、压之间，所得模量略小于三轴
不反映侧限力的影响
应力-应变曲线与上图类似，但损坏区域更 明显，速度更快
4、影响因素
结合料的剂量和活性 龄期 集料的类型（土）
卧式镗铣床运行速度越来越高，快速 移动速 度达
到25～30m/min，镗杆 最高转 速6000r/min。 而卧式 加工中 心的速 度更高 ，快速 移动高 达50m/min， 加速度5m/s2， 位置精 度0.008～0.01m m， 重复定 位精度 0.004～ 0.005mm。
一、 引 言
1、路面材料的类型
2、应力-应变特性：模量E，这是主要力学分析参数
3、强度特性：了解其自身的抗力，了解强度的来源
4、变形特性：变形能力，可恢复的和不可恢复的变 形，对平整度的影响
5、疲劳特性：与寿命有关，与荷载作用次数有关
6、耐久性：自然因素的影响，包括水的作用、水稳 定性、抗剥落特性、抗冻融特性（温度）、自然 老化、抗紫外线。
颗粒材料的几 种组成状态
骨架结构，不含或很少细料（<0.074）的状态， 见图：强度来源于接触部位的摩擦力，对集料强 度要求高；水稳定性好，透水性好，无冻敏
骨架-填充结构，见图：强度来自于摩擦力，抗剪 切强度有所提高；密度高，透水性差，可能是冻 敏的，取决于填充料；不耐冲刷。三渣多属于这 种结构。
抗剪切强度（P53，图5-14、5-15） 抗拉强度（P54，图5-19）
6、疲劳特性
试验方法，梁式、劈裂和悬臂式
加载方法
• 应力控制，试验过程中保持所加的荷载不变，应变不断增 大，P58，图5-23
• 应变控制，试验过程中保持所加的应变不变，应力不断减 小；破坏不明显，一般定义为模量衰变50%时为破坏点； P58，图5-23
低应力为零：常用方式，沥青路面方式 低应力>零：水泥路面方式 低应力<零：双向加载方式，不常用
• 随着荷载作用次数的增加，材料的抗力（强度、 模量）在不断降低。
• 疲劳寿命与加荷方式、波形、频率等因素有关。 荷载级位越大，疲劳寿命越短；荷载级位越小， 疲劳寿命越长。当然还与材料自身的特性有关， 与黏结料的性质有关，与集料的性质也有关。 一般而言，影响弯拉强度的因素都将影响疲劳 特性。
影响变形特性的因素
• 温度、应力和作用时间（加载频率） • 沥青的含量、质量 • 集料特性，包括棱角、破裂面比例，集料表面
纹理、级配等 • 压实度、压实方法
4、泊松比
与沥青含量、温度和集料特性有关，一般 取0.25-0.50。P50。实际上，大部分混合 料的泊松比大于0.50。
5、强度特性
抗弯拉强度，抗剪切强度，抗拉强度 影响因素：沥青的性质与含量，集料的性质与级配， 温度和加荷速率
• 疲劳特性一般用应力或应变与疲劳寿命之间的 关系来表示，两者之间在半对数或双对数坐标 上一般呈线性关系。见图。
• 疲劳方程的离散性一般很大
疲劳方程
常见表达方式：
lgN
f
低应力为零
有高低应力比时的疲劳方程：
(1R)lgN
f
低应力>0
Rc N
R
R c：极限曲率半径， R：曲率半径， N：作用次数。
• 疲劳寿命：指从开始加载至损坏时的荷载作用次数； 通常采用梁式试件测量，四点加荷法。所施加的应力 实际上就是破坏时的应力，成为疲劳强度。
• 疲劳极限：当荷载小于一定数值时，材料永远不会发 生疲劳损坏，这个数值曾经定义为10^7，目前已经不 行。对钢材，应力比0.5。
加载波形有多种，典型的有三种：
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
回弹模量
回弹模量定义为
Er
r
测试方法有三种，见P49图。
注意： r 与上面蠕变试验中ε（t）的区别；
前者为弹性变形+部分粘性变形，后者为塑性 变形+部分粘性变形。所以前者用于结构疲劳 分析，后者用于车辙分析。
劲度预估 SHELL方法，P50
3、变形特性
变形特性可由动态或重复荷载作用下的蠕变 特性定义，反映材料的粘塑性，迄今缺少可 靠的预估模型
5、参考值域
水泥土：E=（0.7-7）*1000Mpa， μ=0.15-0.35
水泥稳定碎石：（7-28）*1000Mpa， μ=0.15-0.20
6、变形特性
累计永久变形忽略不计
7、疲劳特性
概念
• 疲劳是指材料在低于极限荷载的英里作用下发生破坏， 是重复荷载作用下微裂纹的扩展，重复荷载作用的大 小不可太大。疲劳反映了路面的寿命，反映了小吨位 荷载作用下的数千万次的重复作用，滴水穿石的效果。 疲劳设计是路面设计的重要概念，是路面设计的重要 特点。
Eg KE0
3、变形累积
与土的变形累计规律类似 当较小时，趋于缓慢稳定增加 当较大时，急剧增加 随增加，稳定的增加
4、泊松比
一般0.2-0.5，一般取0.25-0.35
三、稳定类材料
1、强度特性
• 强度来源：黏结力，内摩擦力 • 当采用黏结力、内摩擦力的概念时，总与剪切有关。实际
上，黏结力和内摩擦力提供了各种强度。 • 测试方法 • 三轴压缩试验，P45图5-2 • 梁式试件，4点加荷法，三分点加荷试验，P45图5-2 • 劈裂试验，间接拉伸试验，图 • 同样三种组成状态。由于是整体性材料，所以同样应注意
悬浮结构，粗集料悬浮于细集料之中，见图：强 度取决于填充料；密度高，不透水，水敏，冻敏， 不耐冲刷
压碎值、性状 与透水性
压碎值取决于集料的强度和形状，压碎值不足的 危害是很大的，产生变形和强度问题
即便是基层、底基层等层次，虽然整体受力较小， 但局部接触应力可能很大，仍需要限制压碎值
过于密实碎可提高强度，但可能会牺牲水稳定性、 温度稳定性和抗冲刷能力，设计者应设法平衡强 度与稳定性之间的关系
D k ni
i1 Ni
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高速电主轴在卧式镗铣床上的应用 越来越 多，除 了主轴 速度和 精度大 幅提高 外，还 简化了 主轴箱 内部结 构，缩 短了制 造周期 ，尤其 是能进 行高速 切削， 电主轴 转速最 高可大10000r/min以 上。不 足之处 在于功 率受到 限制， 其制造 成本较 高，尤 其是不 能进行 深孔加 工。而 镗杆伸 缩式结 构其速 度有限 ，精度 虽不如 电主轴 结构， 但可进 行深孔 加工， 且功率 大，可 进行满 负荷加 工，效 率高， 是电主 轴无法 比拟的 。因此 ，两种 结构并 存，工 艺性能 各异， 却给用 户提供 了更多 的选择 。
对荷载的敏感性
参数β反映了材料对荷载的敏感性，β越小，对荷载的 作用越敏感，因为其大小与荷载换算系数的指数有关：n 1( Nhomakorabea.60.9)
理论上，参数α=1
四、 沥青混合料
强度来源 应力-应变关系
变形特性 泊松比
强度特征 疲劳特征
1、强度来源
• 沥青提供的黏结力和集料提供的内摩擦力
• 常用的沥青混合料类型 沥青混凝土（AC） 抗滑磨耗层（AK） SMA OGFC抗滑磨耗层，多孔沥青路面（PAC）
Er k1k2
θ为主应力之和
1 2 3 1 2 2 3 3
k为系数，k1=7.0-15.7，k2=0.46-0.64
由于σ1与σ3有关，所以模量还可以表示为：
Er f13f2
荷载-弯沉关系
随着荷载（弯沉）的增大，模量在增加
P 破坏点 l
设计中的考虑
粒料模量的取值比较困难，因为E=F（应力， 棱角，纹理，密度），设计中无法考虑这 么详细
二、颗粒材料的工程性质
1 强度来源
2 应力应变关系
3 变形累积
4 泊松比
1、强度来源
强度来源
颗粒类材料由于无结合料的黏结，所以不 是一个整体，是一个结构层，但自身是松 散的。
不能承受拉应力的作用，可以受压或受剪 切。黏结力为零。
内磨檫力提供了抗剪切强度，但取决于粒 料的纹理、密实度、颗粒形状、级配等因 素
其水稳定性。细集料（结合料）含量越多，越容易冲刷。 在满足填充要求的前提下，应尽量减少细集料的用量。强 度不是唯一的标准。 • 级配一般采用骨架-填充结构
2、三轴压缩状态下的应力-应变关系
• σ-ε关系与土的类似（P35，图4-1），见下 图，应变随荷载的增大而迅速增大。
• 同样，为应力偏量的函数。 • 在应力级位较小时，近似直线，E为常数。 • 与粒料的σ-ε关系有很大不同，凹向相反，
Nf
k1r
a
b
S1m
五、水泥混凝土
疲劳特性
m f a x0.0712R 4lgNf
或
lg m f a x lg A0.0412 R 2 lg N f
六、 Miner定律-线性疲劳迭加律
路面上的荷载轻重不一，怎样考虑不同 荷载的作用？
Miner在研究金属材料的性能时提出了 线性疲劳迭加律，即不同等级荷载产生的 疲劳效应可以直接相加。即
2、应力-应变关系
• 沥青混合料是一种粘弹塑性材料，其应力 -应变关系受温度、时间等外界因素和沥 青含量、沥青性质、集料级配和集料性质 等自身因素的影响，所以与一般材料不同， 对沥青混合料的应力-应变关系，讨论其 蠕变特性
• 典型蠕变关系曲线见图。
温度影响：受温度影响是沥青混合料的主要 特点之一，高低温时应变可相差几十倍
悬浮结构的粒料可能相似（如果细料类似土 的话），这反映了黏结型与嵌锁型的区别。
3、梁式弯拉状态下的应力-应变关系
梁式试件是半拉半压的受力状态，性质应 处于拉、压之间，所得模量略小于三轴
不反映侧限力的影响
应力-应变曲线与上图类似，但损坏区域更 明显，速度更快
4、影响因素
结合料的剂量和活性 龄期 集料的类型（土）
卧式镗铣床运行速度越来越高，快速 移动速 度达
到25～30m/min，镗杆 最高转 速6000r/min。 而卧式 加工中 心的速 度更高 ，快速 移动高 达50m/min， 加速度5m/s2， 位置精 度0.008～0.01m m， 重复定 位精度 0.004～ 0.005mm。