沥青路面力学文献综述

沥青路面力学文献综述

摘要：沥青是我国主要的道路铺筑材料，沥青路面的力学性能影响着道路的使用和发展。因此本文对沥青路面力学进行综述，主要汇总了荷载形式和基层形式对沥青路面力学性能的影响，简述了相关研究方法、仿真模型和实验结论，并对今后的沥青路面结构力学发展进行了展望。

关键词:沥青路面；力学性能；荷载作用；基层形式。

0 前言

近些年我国对沥青路面结构力学也进行了大量的研究，现阶段的数值仿真方

法主要分为有限元方法和离散元法，其中有限元方法是目前研究和使用较多。任

俊达[1]就基于沥青路面足尺加速加载试验，就通过ABAQUS建立了典型半刚性基层的沥青路面力学三维粘弹有限元模型。多尺度力学试验与仿真分为宏观尺度和微

观尺度，这两种尺度可以从两个方向上共同论证试验的合理性。长寿命路面结构

也是我国比较热门的研究话题，主要对刚性、半刚性、柔性与复合式等路面结构

开展研究[2]。

沥青路面力学性能的研究是近些年比较热门的话题。有许多学者研究了这些

误差对沥青路面力学性能的影响。潘勤学[3]就对双模量理论和传统线弹性理论进

行了有限元分析，结果表明基于双模量理论与基于传统线弹性理论所得到的沥青

路面力学响应偏差明显。

本文通过沥青路面结构力学的荷载形式影响和环境因素影响进行总结。

1 荷载形式

荷载形式对沥青路面结构力学影响的研究主要分为非均布荷载作用和移动荷

载作用。实际中的车轮荷载呈非均布荷载形式，但是很多情况下，会将其视为均

布荷载以方便构建模型和计算。胡小弟等[4]通过试验证明了车辆轮胎与地面接触

形状更接近于矩形，超载时荷载分布形式呈现凹形分布的非均匀分布形式。层间

光滑接触想比连续接触的最大剪应力更大，且不同层间接触条件会明显影响路面

结构抗弯拉应力和最大剪应。

实际运行中的车轮荷载是时刻发生变化的。很多模型会忽略了这一点，所以

研究移动荷载对沥青路面力学性能的影响有重大意义。张敏江等[5]基于Cohesive

单元的双线性内聚力本构模型，建立了有限元分析模型。试验结果表明移动荷载

越大，基面层间收到的剪切应力越大，连接层内产生的损伤也越严重。吴玉等[6]

的研究表明路面结构面层层底拉应变随车速提高而减小。赵延庆等[11]则通过动态

模量试验，证明了行车速度的增加会增加路面结构的荷载频率和动态模量。这说

明行车速度对沥青路面力学性能有显著的影响。

综上所述，轮载作用呈现出非均匀分布形式，用于路面仿真实验时，为保证

数据精确性应采取非均布荷载进行模拟。选取合适的层间接触条件也很重要，因

此非均布荷载作用下的沥青路面力学模型和计算公式还需要进行优化和改进。移

动荷载大小和移动速度对沥青路面力学影响较大。还需要对多轴移动荷载进行更

为深入和精确的研究。

2基层形式

基层分为柔性基层、半刚性基层和刚性基层。半刚性基层最为常用，其具有

稳定性好、抗冻性好等优点。但也具有抗冲刷性差、耐磨性差等特点。所以近年

来涌现了许多新的基层形式，例如倒装式基层、组合式基层、冷再生基层。

沥青稳定碎石基层和级配碎石基层是两种常见的柔性基层。韩福前等[7]采用

有限元模型对沥青稳定碎石基层在旧路回弹模量的影响下的力学响应进行了研究，表明旧路路基回弹模量增加会使路表弯沉减少，还会减小面层底面的拉应力。郭

寅川等[8]建立全柔性路面有限元模型，试验表明车速对沥青层拉应力影响显著，

而面层厚度则对沥青层拉应力和级配碎石层剪应力指标影响明显。赵延庆等[9]对

柔性基层进行了附属模量试验，恒载作用下，路表弯沉和土基顶面拉应变随时间

推移而增加，基层底面拉应变则先增后减，最后趋于稳定。因此回弹模量、车速

和面层厚度均对柔性基层下的沥青路面的影响不能忽视。薛亮等[10]采用剪切弹簧

模型，研究了柔性基层到半刚性基层的力学性能变换。结果表明基层回弹模量增

加，且能有效减小沥青面层层底拉应力。所以提升半刚性基层的回弹模量可以解决很多道路灾害。

半刚性基层有许多缺点，容易产生反射裂缝、渗水性差、修复困难。因此近些年出现了新的基层形式：倒装式和组合式。吴玉等[11]对倒装式基层、半刚性基层和组合式基层进行了静力分析，结果表明半刚性基层的力学性能更强，倒装式应力扩散更好，组合式受力状态接近半刚性基层，但延缓疲劳开裂优于半刚性基层。目前对新型基层形式研究尚少，还需进一步研究。

冷再生基层随着再生沥青的发展成为了热门话题。李秀君[12]就对泡沫沥青冷再生基层进行有限元分析，试验表明面层厚度越厚，路表弯沉、基层抗疲劳性能和路面抗车辙能力越强，但更容易开裂，且需要有足够的养护时间。泡沫沥青冷再生基层有很大的发展潜力，急需进一步研究。

3 总结和进一步展望

1）轮载的形式为非均布的凹型分布，且多为移动荷载。构建模型和公式时需要考虑这些因素。

2）基层对沥青路面力学性能的影响明显，不同基层会对沥青路面力学性能产生不同的影响。

3）新型基层相关研究还存在很多的不足，现存研究体系对基层和面层的连接多是理想情况的光滑接触，构建考虑面层与基层模型时需要考虑。

参考文献

[1]任俊达,张怀志,谭忆秋.基于三维黏弹有限元法的沥青路面结构力学响应分析[J].公路交通科技,2017,34(01):15-23.

[2]于华洋,马涛等.中国路面工程学术研究综述·2020[J].中国公路学

报,2020,33(10):1-66.

[3]潘勤学,郑健龙.考虑拉压模量不同的沥青路面力学计算方法与分析[J].土木工程学报,2020,53(01):110-117.