车辆载荷作用下土壤力学特性

长安大学

地面力学作业论文

题目车辆载荷作用下土壤的力学特性探讨 ____________ 学院__________ 工程机械学院_____________________ 专业—机械设计制造及其自动化 ______________________ 指导教师________ 杨士敏____________________________

O—二年四月十二日

车辆载荷作用下土壤的力学特性探讨

摘要：在分析行车载荷相关特性的基础上，探究了车辆的种类、轴型因素以及汽车对路面的静态和动态影响，下来分析了土体在垂直载荷作用下的应力一变形关系和土体在水平载荷作用下的应力一变形关系。通过理论分析、研究以及未来展望，提出了解决问题的措施，得出了车辆载荷作用下土壤的力学特性研究的方案，并且对将来的这方面地面力学工作做出展望。

关键词：车辆载荷土壤力学特性

在对车辆载荷作用下土壤的力学特性探究中，经过实践证明，行车载荷作为重要因素应该首先被理论研究，解决这些问题对整个课题

实施具有指导意义。

1行车荷载的相关特性及对路面的影响

道路上通行的车辆主要分为客车和货车两大类。

客车又分为小客车、中客车、大客车。小客车自重与满载总重都比较轻，单车速比较快，一般可达120km/h;中客车一般包括6个座位至20个座位的中型客车；大客车是指20个座位以上的客车，主要用于长途客运与城市公路交通。

火车分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。货车的总的发展趋向

事项大吨位发展，特别是集装箱运输水陆联运开战之后，货车最大吨位已经超过40t-50t。

汽车的总载荷通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴载作为载荷标准。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、小型客车影响很小，有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求时，如如平整度、抗滑性等, 以小汽车为主要对象，因为小车的行驶速度高，所以要求在高速行驶条件下具有良好的平稳性与安全性。

无论是客车还是货车，车身的全部重力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，更加重视汽车的轴载。由于轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载能力与结构强度，为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对于轴载的最大限度均有明确的规定。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,而通常我国的道路车辆轴限为

100k2

通常，整车的形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为两个前轮组成的单轴，轴载约为汽车总重力的1/3。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的两倍。目前，在我国公路上行驶的货车的后轴轴载，一般在60-130kN以下。

由于汽车货运向大型重载方向发展，货车的总载有增加趋势。

1.3汽车对道路的静态压力

汽车在道路上行驶分为停驻和行驶状态。当汽车处于停驻状态

时，对路面的作用力为静态压力，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：

1.汽车轮胎的内压力pi ；

2.轮胎的刚度和轮胎与路面接触的状态；

3.轮载的大小。

货车轮胎的标准内压力pi 一般在0.4-0.7MPa范围内。通常轮胎与路面接触面上的压力p略小于内压力pi，约为（0.8-0.9）pi。车轮在行驶过程中，内压力会因轮胎充气温度升高而增加，因此，滚动的车轮接触压力也有所增加，达到（0.9-1.1）pi。

图1.1车轮载荷计算图式

a单圆图示；b双圆图示.

轮胎与路面的接触面形式如图 1.1所示，它的轮廓近似于椭圆形，因其

长轴与短轴差别不大，在工程设计上以圆轴来表示。将车轮载荷简化成当量的圆形均布载荷，并采用轮胎内压力作为轮胎接触压力p。当量圆的半径d可以按公式确定。

P

d二二P

式中：P」作用在车轮上的载荷（kN）;

P —轮胎接触压力（kPa）；

d —接触面当量圆半径（m）。

汽车在道路上等速行驶，车轮受到路面给它的滚动摩擦力，路面也相应受到车轮施加于它的一个向后的水平力；汽车在上坡行驶，或者在加速行驶过程，为了克服重力与惯性力，需要给路面施加向后的水平力，相应在下坡或者加速行驶过程，为了克服重力与惯性力作用，需要给路面施加向前的水平力。汽车在弯道上行驶，为了克服离心力，保护车身平稳不产生那个侧滑，需要给路面施加侧向的水平力。特别是在汽车起动和制动过程中，施加于路面的水平力相当大。

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®有关（图1.2 ），其最大值Qma＞不会超过P与的乘积，即：

Qma 痊P

图1.2车轮作用与路面的垂直压力与水平力

a.停驻；

b.起动、一般行驶、加速；

c.减速、制动；

d.转向

若以q 和p 分别表示接触面上的单位水平力和单位只接触压力， 则最大

水平力qmax 应满足：

qmax^ p

「的最大值一般不超过0.7-0.8，同路面类型和湿度以及行车速 度有

关，相同的路面结构类型，干燥状态的 ’值比潮湿状态高；路面 结构类型和干燥状态相同的情况下，车速越高， 越小。

图1.3

一定车速下轴载的动态波动

J

汽车在道路上行驶，由于自身的振动和路面的不平整，汽车论实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，作用在路面上的轮载时而大于静态轮载，时而小于静态轮载，呈波动态，图 1.3即为轴载波动的实例。

正常情况下，变异系数一般均小于0.3。

美国各州公路工作者协会（AASHO试验路曾对不同车速下沥青路面和水泥混凝土路面变形进行测量（图 1.4），结果表明，当车行驶速度3.2km/h提高到56km/h,沥青路面的总弯沉减小36%当行车速度由

3.2km/h提高到96.7km/h，水泥混凝土路面的半角绕度和板边应量减小29%左右。

图1.4车速与路面变性的关系

1.刚性路面，板角绕度和板边应变量随车速的变化;

2.柔性路面，表面总弯沉量随车速的变化