行车荷载

第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质

第一节行车荷载

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。而其中汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要成因。

一．车辆的种类

道路上通行的汽车车辆主要分为客车和货车两大类。其中：

客车：小客车、中客车、大客车

货车：整车、牵引式挂车、牵引术半挂车

汽车的总荷载通过车辆与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴载作为荷载的标准。

二. 汽车的轴型

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。

整车客货车：1.前轴：两个单轮组成的单轴约占1/3/。

极少数为双轴单轮约占1/2。

2.后轴：有单轴、双轴、三轴类型。

大部分为双轴双轮。

三．汽车对道路的静态压力

1.定义：汽车在道路上行驶可分为停驻状态和行驶状态。当汽车处于停住状态时，对路

面的作用为静态压力主要是由轮胎传给路面的垂直压力p，它的大小受下述因素的影响。

2.影响因素：

a．汽车轮胎的内力pi；

b.轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形态；

c.轮载的大小。

3.半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且a、b差别不大。路面设计中以圆表示。

四.运动车辆对道路的动态影响

因为路面不平整车身震动，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，轮载成动态波动。

行车荷载的重复作用：

弹性材料：疲劳性质

弹塑性材料：变形累积

五．交通分析

1.交通量：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。对于路面结构设计不仅要求收集交通总量，还必须区分不同车型

2.轮载的组成和等效换算：

标准：双轮组单轴载100KN作为标准轮载。

等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载的作用下达到相同的破坏程度为根据的。

第二节环境因素影响

直接暴露于空气中，受温度、湿度影响大。

温度的影响作用

1.影响机理

路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。

由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。

当这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度应力和湿度应力，进而对路基路面产生破坏。

2.影响温度变化的因素

内部：路面各结构层材料的热物理参数，如热传导率、热容量、对辐射热的吸收能力等；

外部：主要是气象条件：如太阳辐射、气温、风速、降水、蒸发量等。

温度对路基的影响：北方——冻胀翻浆

南方——雨季积水湿软路基

湿度的影响作用

1.对路基的影响

冻胀翻浆（与温度作用共同进行）

过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性

2.做好路基路面排水的重要性

第三节土基的力学强度特性

一．路基受力状况

路基承受路基自重和汽车两种荷载。

在路基上部靠近路面结构的一定深度内，路基土主要承受车辆荷载的影响。正确的设计应保证路基所受的力在路基弹性限度以内，当车辆驶过后，路基能立即恢复原状，以保证路基的相对稳定，路面不致引起破坏。

路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力σz的近似计算：

σz ＝kp/Z2

路基土本身自重在路基内深度为Z处所引起的垂直应力σB ：

σB ＝γZ

路基内任一点垂直应力包括由车轮引起σz的和由土基自重引起的σB两者共同作用。

二．路基工作区

概念：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力σz与路基土自重引起的垂直应力σB相比所占比例很小，仅为1/10～1/5时，该深度Zα范围内的路基称为路基工作区。

在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和车轮荷载影响较大，在工作区范围以外的路基，影响逐渐减小。

三．路基土的应力——应变特性

路基土的变形包括弹性变形和塑性变形，过大的塑性变形导致沥青路面出现车辙和纵向不平整，会导致水泥混凝土路面板的断裂。在柔性路面结构中，土基的变形占很大部分。

土基土的组成包括固相、液相和气相三部分（三相体）。

土基的应力应变关系除了出现非线性特性以外，还表现出塑性性质。即当荷载完全卸除时，变形不会全部恢复。（残余变形或塑性变形）

路基土在车轮荷载作用下产生的应变，不仅与荷载应力的大小有关系，而且与荷载作用持续的时间有关系。加载初期，变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。表现出流变特性，主要与塑性应变有关。

四．重复荷载对路基土的影响

重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积，主要取决于：

1.土的性质（类型）和状态（含水率、密实度、结构状态）

2.重复荷载的大小，以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示，称为相

对荷载

3.荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时间及重复作用的频

率。

第四节．土基的承载能力

路基的承载力都用一定应力级位下的抗变形能力来表征，主要参数为E、K、CBR 一．土基回弹模量

以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬间荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以在弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。

柔性承载板与刚性承载板

刚性承载板用于土基回弹模量的测试。

二．地基反应模量

用温克勒地基模型描述土基工作状态时。用地基反应模量表征土基的承载能力。

温克勒地基的假定：土基顶面任意一点的弯沉l，仅同作用于该点的垂直压力p成正比，而同其它相邻点处的压力无关。

三．加州承载比

1.加州承载比是早年由美国加利福尼亚州提出的一种评定土基及路面材料承载能力的

指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR值。

2.CBR值的室内测试及现场测试。

3.室内要按施工现场的含水量和压实度成型圆柱形标准试件，在加载前要浸水4d。

4.室外测试结果受现场含水量和压实均匀性的影响，必须加以修正。

第五节．路基的变形、破坏及防治

一．路基的主要病害有以下几种：

1.路基沉陷

2.边坡滑塌

3.碎落和崩塌

4.路基沿山坡滑动

5.不良地质和水文条件造成的路基破坏

二．路基病害防治

为了提高路基的稳定性，防治各种病害的发生，主要有一些措施：

1.正确设计路基横断面

2.选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。

3.采取正确的天筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度。

4.适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。

5.必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分积累，设置砂

垫层以疏干土基。

6.正确进行排水设计

7.采取边坡加固、修筑挡土墙、土体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。