关于弹性层状体系理论假设的几点讨论

第43卷第8期•142 • 2 0 1 7 年 3 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol. 43 No. 8
Mar. 2017
文章编号：1009-6825 (2017) 08-0142-02
关于弹性层状体系理论假设的几点讨论
余华
(西安铁路工程职工大学，陕西西安710000)
摘要:通过研究弹性层状体系理论，探讨了几点关于弹性层状体系理论假设的看法,提出这些假设的理论依据及其与实际应用 之间的差距，为沥青路面施工及设计提供参考依据。

关键词:沥青路面，弹性层状体系，弹性力学假设,层状体系假设
中图分类号:U416 文献标识码:A
〇引言
弹性层状体系由多个弹性层构成，上部各层拥有一定厚度，最下层为弹性半空间体。

路面结构由不同材料结构层和土基层 构成，车轮荷载下路面结构的应力一应变关系一般呈现非线性特 征，此外，应变随应力具有很强的时变特性，且在卸载之后存在残 余变形。

所以，从力学性质方面严格而言，沥青路面属于非线性 弹一黏一塑性体的范畴。

然而，由于车轮加载的瞬时特性，其在 路面结构中所能产生的黏一塑性变形量通常较小，故对于具有较 大厚度、高强度的路面结构，可以将其作为线性弹性体进行处理，并采用弹性层状体系理论开展相关的分析计算[1]。

2.3设置搭板
目前大部分的桥梁都设置了钢筋混凝土搭板，它可以使桥台 与路基相接的部位形成一个过渡区域，从刚性基础逐步过渡到半 刚性基础，搭板的长度一般为6 m~8m,厚度为30 cm,在搭板上 预留一■定尚度，一■般为15 cm ~ 20 cm,在其上足够铺筑一■层水泥稳定碎石，使其与路基形成一个整体，保证路基的连续性,使沉降 量逐步过渡到桥台，从而控制桥头跳车的发生。

2.4回填质量的控制
在施工中，施工单位必须重视台背回填质量，将其作为一个 重点工作来抓。

由于开挖后的基底情况千变万化,所以在开挖后 要对基底进行钎探，确定其承载力是否满足设计要求，如无法满 足设计，则应请相关设计人员到现场确定合理的处理方案。

在回 填过程中，要对一些边角等薄弱部位，采取相应的加固措施，以保 证其压实度。

在检验检测时，要适当增加对薄弱部位的检测，以保证整体回填质量。

在回填时要采用错台搭接的方法逐步加宽 工作面，当工作面达到大型机械施工的条件时，要及时更换碾压 设备。

在回填至路基顶面以下1.5 m以内时，可适当进行土工格 栅的使用，增加土体的摩擦力和稳定性，增加土体的抗剪能力。

2.5减轻交通负荷
交管部门应对大部分的市内道路实行大型车辆交通管制，限
霍格于1938年针对弹性地基无限大薄板给出了求解方法[2],1945年,泊米斯特针对双层及多层弹性体系的应力应变关 系进行推导，但由于过程较为繁琐，故其仅给出了 M取值为〇.5 时的双层弹性体系中心弯沉值[3]。

在后续的研究中，英国学者福 克斯与阿克姆于1948年一 1951年间，借助泊米斯特方法，针对层 见连续滑动的双层体系、三层体系，取;a值为〇. 5，就应力数值给 出了大量分析结果[4]。

法国学者乔弗洛等又于1957年一1959年 间，在其相关研究称给出了三层体系应力及位移的计算诺谟图，其中M的取值仍为〇.5[5]。

1957年一1962年间，希夫曼在研究成 果中对三层体系理论求解方法进行了叙述，并讨论了数值求解的
制其在市内的通行。

对于必须在市内通行的大型、重型车辆，应 该限时通行或者按照规定线路通行。

对于一些宽度较窄的道路，可适当采用单行的方式控制交通流量，保证道路质量的同时，还 可缓解交通拥堵。

2.6做好排水处理
路面积水会对沥青路面产生侵蚀，加速路面破坏。

如果路面 破坏积水下渗到路基，又会对路基产生影响，造成路基下沉，特别 是在湿陷性黄土路基，影响特别大。

因此对于桥头两侧要根据地 形做好排水设施，在沥青路面摊铺时要对桥头的高程进行合理布 设，保证路面积水能够顺利排人收水设施之中。

3结语
对于桥头跳车的问题，应该是一个由来已久但又一直未能很 好解决的顽固问题，从目前国内外的资料来看，包括我国高速公 路施工，也在探索解决这个问题，大家都提出了很多针对性的解 决方案，但并不完全通用，在这里笔者也仅仅是针对本地区遇到 的情况予以分析并提出一些建议，以期能合理减小桥头跳车这一 病害发生的可能性。

参考文献：
[1]张银海.浅谈高速公路桥头跳车问题[J].科学之友,2009
(3) ：55,57,
The causes and prevention measures of bump at bridge head
Lu Lifang
(T a iy u a n M u n ic ip a l E n g in e e r in g C o rp o ra tio n f T a iy u a n 030002, C h in a)
Abstract ：Through analysis on the causes of bump at bridge head, from the foundation treatment, approach slap setting, backfill quality, reduc­ing traffic load, drainage treatment, elaborated the control measures of bump at bridge head, conducive to improve the road quality, ensured the driving safety and comfort.
Key words：bump at bridge head, foundation, approach slap, drainage treatment
收稿日期=2017-01-08
作者简介:余华（1981-),女，讲师
第43卷第8期
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方法与技巧，同时包括数值分析具体步骤及误差分析结果[6’7]。

在 福克斯和阿克姆采用计算机求解出三层体系的应力方面大量数据 后，英国及荷兰壳牌实验研究室于1962年由桑顿研究中心琼斯博
士发表了三层体系参数范围较广的计算图表，其中M取值仍为 0.5。

该数据及图表结果对刚性及柔性路面设计理论的发展影响 显著[8]。

此后，交通部交通科学研究所、同济大学公路研究所、湖 南交通科学研究所和西安公路研究所等单位，先后在公路现场和 室内试槽、环道上，开展了一系列关于路面结构应力、应变计位移 方面的测试工作，对弹性层状体系理论以及该理论在路面结构设 计中的实用性、适用性进行验证[9]。

但是，在实践的过程中，发现按理论法计算的厚度与经验厚度
有出人，一般是理论计算结果偏厚，造成这一现象的主要原因是理
论假设与路基路面的性质及其工作条件不完全相符。

假设是系统
的理论支撑，是联系理论与实践的桥梁，如果假设太脱离实际，则得不到合理的结果;如果假设与实际情况基本一致，则得不出结果。

因此，假设是否恰当，对利用理论指导实践工作影响较大。

本文针 对上述弹性层状体系理论中的假设提出自己的一些认识和看法。

1弹性层状体系的五个力学假设
弹性层状体系的假设主要基于弹性力学五项基本假设。

1)连续性假设，即整个物体被组成该类物体的介质充满，无空隙存
在。

该假设的引人，可以将物体中应力、应变与位移等物理量进行
连续性处理，构件弹性力学基本方程并采用关于自变量的连续函 数对其变化规律进行呈现。

2)完全弹性假设，即认为物体的变形 完全满足胡克定律，该假设的引人将认为形变及其对应的应力满 足正相关的含义，从而使对应的物理方程成为线性方程。

3)均匀 性假设，该假设认为物体的内部构成是均匀的，整个物体由特性相 同的材料构成,均匀性假设的引人即意味着与物理性质相关的主 要弹性参数，如弹性模量与泊松比，不会随着位段坐标的改变而产 生变化。

4)各向同性假设，认为物体是各向同性的，物体内任意一 点的弹性性质在各个方向完全相同且弹性常数不随方向的变化而 改变。

5)小变形假设，假定位移和形变是微小的，该假设的引人将 意味着在研究物体受力后的平衡问题是，物体自身几何尺寸的变 化可以不予考虑。

基于小变形假设，在讨论物体的变形与位移关 系时,二次项可以忽略不计，进而将弹性力学微分方程简化为对应 的线性微分方程。

基于以上假定，所涉及的弹性力学问题将完全 转化为线性问题，并可以采用叠加原理进行问题的处理。

在弹性层状体系理论的十个假设中，弹性力学的五个假设属
于对材料变形的假设，在实际的应用中，线弹性对柔性基层并不满
足;弹性力学中的连续假设规定材料是连续的，即质点必须紧挨，
而在实际应用中材料之间都有一定的空隙;将弹性力学的假设应
用到沥青混凝土路面中时，施工方法导致其均匀性与各向同性较
难满足;小变形不同于沥青混凝土在实际应用中的小应变。

2层状体系假设
除了弹性力学中的五个基本假设以外，其余五个层状体系假
设分别为:1)车辆轴载形式的假设，车轮荷载在求解时简化为包含
垂直、水平荷载在内的均布荷载，并在圆柱坐标系中完成对各个分量的分析。

2)对于不是轴对称的情况，将双圆均布垂直荷载转换
为单圆进行叠加。

3)为便于求解，假设各层在水平无限远及最下
层无限深处的应力、应变计位移均为零，由于沥青路面模量小，将
路肩、边坡假设掉使得在路上行驶的车形成的弯沉盆的半径较小。

4)关于层间接触情况，假定各层间仅存在竖向应力且位移连续，无
摩阻力存在。

5)假设最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限 大，其上各层厚度有限且每层对应的厚度相等。

由于到路面在整
个体系中数量小，垂直压力小，影响小，在实际计算中，不计自重，
由于其自重对路基沉降有影响，因此在边坡分析中须考虑重力。

3结论
通过对弹性层状体系理论及其假设的探讨，从弹性力学的五
个基本假设及五个层状体系假设的角度出发，简要分析了提出这
些假设的依据及其与实践的差距。

1)弹性力学的五个假设中,线弹性对柔性基层并不满足，因此
不能直接应用在柔性基层上;连续假设规定材料是连续的，材料中
的质点之间不能留有空隙，即是紧挨的，而在实际应用中材料之间
都存在一定的空隙；由于施工方法的差异，使得沥青混凝土路面并
不能较好地满足均匀性与各向同性;力学假设中的小变形不同于
沥青混凝土在实际应用中的小应变。

2)在采用层状体系假设时，
对于非轴对称的沥青混凝土路面，将双圆均布垂直荷载中的双圆
转换为单圆;假设各层平面无限大后，路肩、边坡等被假设掉，由于
沥青路面模量小，使得在路上行驶的车辆形成的弯沉盆的半径较 小;在应用弹性层状体系进行力学计算时,大多数情况下不计重 力，但是，在边坡分析时要加以考虑重力的影响。

参考文献：
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[9]刘红坡.层间接触对半刚性沥青路面力学响应的影响[D].
成都：西南交通大学，2006.
Discussion on theoretical hypothesis of elastic layered system
Yu Hua
(X i’an Railway Engineering Staff University，X i’an71Q Q Q Q，China)
Abstract：By studying the theory of elastic layered system, we discuss some ideas about the theoretical hypothesis of elastic layered system, and put forward the theoretical basis of these hypothesis and the gap between them and practical application, and provide reference for asphalt pave­ment construction and design.
Key words：asphalt roadbed, elastic layered system, elastic mechanics hypothesis, layered system hypothesis。