路基路面工程第二章全解

⑵弹塑性 ⑶流变特性 变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。 2、公路对于土的考虑 土的流变一般不考虑，主要是车辆荷载作用短。 非线性考虑用局部线性化方法：切线法和割线法，即将土 的应力—应变关系曲线上某点的切线斜率或某一范围的割 线斜率作为土基的模量。
初始切线模量 切线模量 割线模量 回弹模量
• 一、温度对路面的影响 • 大气温度在一年和一日内发生着周期性的变化 ↓ • 路面温度相应的在一年和一日内发生着周期性的变化 ↓ • 路面表面温度周期性起伏，同气温同步，但由于吸收部分 太阳辐射，路表面的温度往往高于大气温度。 • • 面层结构内不同深度处的温度也周期性变化，但起伏的幅 度随深度的增加而减小，其峰值也随深度增加而越来越滞 后出现。 ↓ • 水泥混凝土路面、沥青路面受影响
• 在路面结构设计中，通过调查分析确定初始年平 均日交通量，调查有两种： • 一、通过现有的交通流量观测站的调查资料获得 • 二、尚未设站的道路，临时布站进行观测
• 进行交通流量调查时，将车辆分为11类：小型货 车、中型货车、大型货车、小型客车、大型客车、 拖挂车、小型拖拉机、大中型拖拉机、自行车、 人力车和畜力车。
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二、车辆的轴型 ㈠整车 前轴：一般为单轴单轮；少数为双轴单轮。 后轴：有单轴、双轴、三轴三种。 ㈡全挂车、半挂车 全挂车配有前、后两根单轴，各轴由单轮或双轮组组成； 半挂车的车轴置于车辆重心后面，可由单轴和多轴组成， 各轴则由一对单轮、一对双轮或两对双轮组组成，视载重 大小的需要而定。
• 初始年平均日交通量
N1
Q
i 1
365
i
365
t 1
• t年后的年平均日交通量 Nt N1 1 • 设计年限内累计交通量
365 N1 t Ne 1 1
• 车道交通量=行车道交通量×方向系数×车道系数 • 方向系数一般情况下，取0.5，但有些道路有可能 出现一个方向的车辆明显多于另一个方向的情况， 这时需要通过调查后确定其数值。 。 • 车道系数：慢车道的交通量除以该方向交通量。
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• 四、重复荷载作用下土基的变形特性 • 土基在荷载的重复作用下产生的变形累积，最终 可导致两种不同的情况。 • 一种是土体逐渐压密，土的颗粒之间一步靠拢， 但是不会产生引起土体整体破坏的剪切面，土基 被压实而稳定； • 另一种是荷载的重复作用造成土体的剪切变形不 断发展，形成整体破坏的剪切面，最后达到破坏 阶段，土基失去支承荷载的能力。
• Ⅰ阶段---弹性变形阶段 • Ⅱ阶段---塑性变形阶段 • Ⅲ阶段---破坏阶段
• 结论：非线性
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⑵弹塑性 ⑶流变特性 变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。 2、公路对于土的考虑 土的流变一般不考虑，主要是车辆荷载作用短。 非线性考虑用局部线性化方法：
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Ni Ps
• 把调查的日轴载组成乘以相应的等效换算系数， 并累加后即可得到日标准轴载作用次数。 • 设计年限内标准轴载的累积作用次数
1 t 1 365 Ne N1

§2-2 环境因素影响
• 周围环境变化 • ↓ • 路基路面结构的温度和湿度状况变化 • ↓ • 路基路面随温度、湿度的增加强度与刚度下降 • 胀缩变形受阻产生温度、湿度应力
第二章 行车荷载、 环境因素、材料的力学特性
• • • • • 目的要求： 1、了解车辆的种类； 2、掌握轴载的换算、累计轴载的计算； 3、掌握环境因素对路基路面的影响； 4、掌握土基力学强度特性以及路基土的应力应变 特性； • 5、掌握影响土基的承载能力； • 6、掌握路面材料的力学强度特性； • 7、掌握路面材料的累积变形与疲劳特性。
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㈡轮胎与路面的接触面形状
实际椭圆形→ 简化成当量圆 当量圆：为了便于计算，将投影面积用一个面 积相等的圆来代替，这个圆即为当量圆。 分两种情况进行简化： 1、对于单轮组车轴： P p
• 2、对于双轮组车轴 • 单圆荷载
D 8P / p 2d • 双圆荷载
d 4P / p
2 cm 230
600 714 786
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四、运动车辆对道路的动态影响 1.水平力 ⑴方向 等速、上坡、加速→向后的水平力； 下坡、减速→向前的水平力； 弯道上→侧向水平力。 ⑵大小：车辆在启动或制动时水平力很大。 纯行驶过程中：水平力=滚动摩阻系数×车轮的垂 直压力 • 制动抱死时：水平力=滑动摩阻系数×车轮的垂直 压力 • Q＜Qmax=pφ =制动抱死时作用在路面上的水平力
§2-1 行车荷载
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• 2.标准轴载 • 标准轴载一般要求对路面结构的影响较大、 同时又能反映本国公路运输运营车辆的总 体轴载水平。 • 我国根据公路运输运营车辆的实际，规定 公路与城市道路设计均以双轮组单轴轴载 100kN作为标准轴载，以BZZ-100表示。
• 3.轴载等效换算原则
• 同一种路面结构在不同轴载作用下，要达到相同 的疲劳损坏程度。 • n Pi Ns • 轴载换算系数公式 i
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课时：4学时 授课内容： 一、行车荷载 二、环境因素的影响 三、土基的力学强度特性 四、土基的承载能力 五、路基的变形破坏与防治 六、路面材料的力学强度特性 七、路面材料的累积变形与疲劳特性
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重点： 1、环境对路基路面使用性能的影响 2、土基的力学特性 3、路基的常见破坏 4、路面材料的力学特性 难点： 1、土基的力学特性 2、路面材料的力学特性 教学方法：利用多媒体以课堂讲授为主，结合 课堂讨论。
lr a
E0 2 4 pa 1 0
E0
• ⑵刚性承载板法 一般直径为30cm • 承载板下土基顶面的挠度为等值
• 板底接触压力则随r值而变化，呈鞍形分布
2 2 pa 1 0 l E0 4
1 pa p r 2 a2 r 2
• 二、地基反应模量 • 1、适用范围：温克勒地基模型 • 2、定义：假定土基顶面任一点的弯沉仅同该点的垂直压 力成正比，而与其他相邻点处的压力无关。即地基可以认 为有许多弹簧组成。 • 地基反应模量 K=p/l • 3、测定方法： • 承载板法—与回弹模量的测试方法相似，区别在于是一次 加荷到位，承载板半径不同，为76cm。 • 两种加载方法： • 当地基较为软弱时，控制弯沉值为0.127cm • 若地基较为坚硬，控制单位压力为p=70kpa
• 5. 真空吸力 • 车辆行驶时在车轮的后方与路面之间形成 暂时的真空而对路面产生真空吸力，真空 吸力主要对材料粘结力差的中、低级砂石 路面起作用，导致路面骨料松动，路面结 构逐步发生破坏。
• 五、交通分析 • 1、交通量 • 交通量是指在单位时间内，通过道路某一断面的 交通实体数。 • 交通当量是把不同车型的交通量换算成标准车型 的交通量。 • 标准车种是占交通量比例最大的车种。 • 美国和日本 ：小汽车 • 中国：小汽车或中型载重汽车
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一、车辆的种类 ㈠客车 1、小客车 2、中客车 3、大客车 ㈡货车 1、按载重量分为轻、中、重型货车。 2、按车身组合情况分为单一车和组合车。 ①单一车：整车或固定车身类 ②组合车：牵引车+全挂车 （本身无动力，独立承载，依靠其他车辆牵引行驶） 牵引车+半挂车 （本身无动力，与主车共同承载，依靠主车牵引行驶）
轮组数
后轴总重 KN
轮压 Kpa 500 500 700
轮载 KN
接触面积
当量圆直径 单圆图示 － 双圆图示
cm2
23 60 100
1 2 2
－
2
2
220
700
轮载
接触面积
当量圆直径
单圆图示
－ 27.6 30.2 31.6
(cm)
双圆图示
－ 19.5 21.3 22.4
KN
11.5 15 25 27.5
• 我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ—100 的P=100/4kN=25kN，p=700kPa，分别代入上式计算， 得到相应的当量圆直径：d100=0.213m， D100=0.302m。
• 请计算下表中汽车的轮载、接触面积、当量圆直 径(包括单圆和双圆图式)。
汽车后轴资料
(cm)
后轴数 1 1 1
温度对路面的影响
二、温度变化预测 影响路面结构内温度状况的因素： 外部－气温、太阳辐射、云量、风速、降水量； 内部－路面材料导热系数、比热等。
路面温度预测 统计法：实测温度+气象资料→回归 局限性强 Tmax a bTamax cQ 理论法：热传导理论→预估方程 参数难以确定，假设太多。
§2-3 土基的受力与强度
一、路基受力状况 车轮荷载应力：
z
p Z 1 2.5 D
2
路基自重应力：
B Z
路基任意点：
Z B
二、路基工作区 1、定义：在路基某一深度Za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1/10~1/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。 工作区外汽车荷载的影响忽略不计。 2、路基工作区深度 KnP
• 3.车辆荷载作用的重复性 • 弹性材料：疲劳破坏即材料的强度将随荷 载重复次数的增加而降低 • 弹塑性材料 ：累积变形