路面设计原理考试题库解析

1、汽车车型如何分类？为什么要限制轴载？在我国路面设计方法中如何考虑轴载？

答：(1)道路上通行的汽车主要分为货车和客车两大类。货车分为整车，牵引式拖车，和牵引式半拖车；客车分为大客车，中客车，小客车。交通调查中，一般将汽车分为八类：大型货车，中型货车，小型货车，大型客车，小型客车、拖挂车，集装箱，大中型拖拉机。汽车按轴型（轮轴的组合型式）分类，大致可以将行驶在道路上的车辆分为三大类：固定车身类、牵引车类、挂车类。

(2) 汽车的重量通过车轮传递给路面，轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载能力和结构强度，为了保护路面结构不因超载而破坏，许多国家对汽车的轴载都有限制；

(3) 我国路面设计方法中，一般以后轴重100kn作为标准轴载，表示为BZZ—100，低等级公路也可以采用后轴重60kn作为标准轴载，表示为BZZ—60；把不同类型的轴载作用次数换算为标准轴载的作用次数，应遵循两项原则：其一，换算以达到相同的临界状态为标准；其二，对某一交通组成，不论以哪一种标准轴载进行轴载换算，由换算所得的轴载作用次数计算的路面厚度应相同。

路面结构设计和验算使用的交通量是标准轴载累计作用次数。实际计算时，对沥青路面，只将轴载大于25kN的汽车计入；对水泥混凝土路面，只将大于40kN的单轴和80kN 的双轴的汽车计入，小汽车，小客车对标准轴载的影响极小，可以忽略不计。

2、双层、三层弹性体系应力、应变位移分析的基本原理及其存在的问题，哪些方法应用这一原理？

(1) 基本原理：

在求解弹性层状体系应力与位移时，采用下列四条基本假设：

a. 各层都是由均质的各向同性的材料组成，用弹性模量E和泊松比 来表征;

b. 假定土基在水平方向和向下的深度方向为无限，其上各弹性层为厚度有限，水平方向为无限；

c. 假定路面上表层作用有垂直荷载和水平荷载，认为水平方向的无限远处和最下一层向下的无限深处的应力和位移等于零；

d. 各层间接触面上采用完全连续或完全光滑的假定；

根据以上假定，按柱坐标系采用弹性力学中的几何方程，物理方程，平衡微分方程，利用应力函数和汉克尔变换方法，可以解出弹性层状半空间体系中应力和位移分量的一般表达式；然后根据相应的边界条件和层间结合条件，可以确定一般表达式中的待定积分常数。

(2) 存在的问题：

我国多年的研究和实践表明，弹性层状体系理论公式是基本适用的，但是由于路面各层材料的力学性质、路面各层之间的接触情况以及实际荷载情况等与理论假设不完全一致，而且路面材料和土基模量的测定方法也不能充分反映它在结构层中的实际工作状态，造成理论计算值与实际值存在偏差；而且，由不同材料结构层和土基组成的路面结构，在荷载作用下其应力应变关系一般呈非线形特征，且形变随荷载作用时间而变化，同时，应力卸除后常有一部分变形不能恢复。因此，严格地说，柔性路面在力学性质上属于非线形的弹—粘—塑—性体。

(3) 壳牌（SHELL）设计法、前苏联柔性路面设计新法以及我国柔性路面设计法均采用这一原理（三层弹性体系）。

粘弹性体：材料在外力作用下产生变形缓慢增加，撤除外力后变形缓慢回复，这种加-卸荷过程中变形不随外力即时达到平衡而有所滞后的现象称为延迟弹性，也称粘弹性。

3、简要说明下列各种力学模型，以适当的曲线（σ—ε）或（ε—t）描述它们的特性。

A线形弹性体B非线形弹性体C粘弹性体D弹性塑性体

线形弹性体：应力应变呈直线关系，见图a

非线形弹性体：应力应变呈曲线变化，见图b

弹塑性体：在加载、卸载过程中，有不可恢复的塑性变形，见图c

粘弹性体：应力、应变随时间变化，见图d

σσ

0 ε0 ε

线形弹性体非线形弹性体

图a 图b

σσ

(ε )

0 εeε

塑性变形

弹塑性体粘弹性体

图c 图d

4、试分析面层厚度和模量、基层厚度对面层底面拉应力的影响。如何指导设计？（假设层间完全连续）（提示：利用应力—模量、厚度分布曲线）在垂直荷载作用下，面层底面的径向应力并非都是拉应力。面层较薄而相对刚度较小时，可能出现压应力。面层厚度较厚和相对刚度较大时，便出现拉应力。它随面层的厚度和刚度的增大而增大，特别是面层的刚度很大时，面层底面的拉应力随面层的刚度的增大而急剧增大。

底面最大拉应力的位置，一般在荷载面的中轴处，对于双圆荷载，也是在某一荷载面的中轴处，但在面层很厚时，最大拉应力的位置随着层的增加而移向双圆荷载面的对称轴处。当面层较薄时，其底面也会出现较大的径向拉应力。

5、何为路面的结构损坏和路面的功能损坏？简述其发展过程及其相互之间的联系。

结构性破坏∶整个道面结构或某些组成部分已经不能再承受荷载作用的破坏，如断裂等；一般要彻底翻修。

功能性破坏∶道面结构在使用过程中，在荷载和自然因素的多次循环重复作用而出现的使用品质的逐渐降低，如车辙的加深，平整度和抗滑性能的降低，一般可通过维修而恢复。

特点：不一定同时发生，但都是经逐渐累积而成。

功能性破坏一般可通过维修而恢复； 结构性破坏一般要彻底翻修。

6、试述弹性层状体系的边界条件，层间完全连续和层间完全光滑分别应满足的条件怎样确定？（请分析我国沥青路面设计采用完全连续体系的合理性。请举例说明提高沥青路面层间连续状况的技术措施。）

弹性层状体系的边界条件：

在水平方向无穷远处和垂直方向无限深处的应力和位移都等于0。

在弹性层状体系中，顶面的边界条件：⎪⎩⎪⎨⎧=-===0)()(1

1j zr j z p τσ 在第j 层和第j+1层之间的结合面上，

若这两层是完全连续，则连续条件：⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧====++++1111)()()()()()()()(j j j j

j zr j zr j z j z w w u u ττσσ， 若这两层是完全光滑，则光滑条件：⎪⎩⎪⎨⎧====+++1

11)()(0)()()()(j j j zr j zr j z j z w w ττσσ，

在地基向下的无限深度和水平方向的无限远处，应力与位移都趋向于0，即

0),,,,(=∞

→∞→z r zr z w u τσσϑ

7、试分析轴重的改变、轮胎压力的改变对路面面层强度与结构层总厚度的敏感性。（提示：可利用应力—深度分布曲线）

在刚性路面中，路面厚度随着轮胎压力的增大，轴重的增加而增加，计算表明，轮胎压力增大70kpa ，则需增加板厚约。

在沥青路面中，垂直应力的大小取决于荷载轮胎压力的大小，轮胎压力对表层的垂直应力影响很大，当深度达90cm （3.6in.）以下时，轮胎压力对垂直应力就没有影响了。因此，为适应高压轮胎的作用，沥青路面上层应采用高质量的材料。轮胎数量对沥青路面体系的垂直应力也有影响，采用双轮比单轮（即轴重减少）可以显著改善路面体系的垂直应力状态。而沥青路面所需的总厚度，受轮胎压力的影响不大。