行車荷載環(huán)境因素及材料力學(xué)性質(zhì)ppt課件

《行車荷載環(huán)境因素及材料力學(xué)性質(zhì)ppt課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《行車荷載環(huán)境因素及材料力學(xué)性質(zhì)ppt課件（117頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

,,第二章 行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì),1,§2-1 行車荷載,汽車是路基路面的服務(wù)對(duì)象，路基路面的主要功能是長(zhǎng)期保證車輛快速、安全、平穩(wěn)地通行。汽車荷載又是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷的主要成因。 因此，為了保證設(shè)計(jì)的路基路面結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)計(jì)的功能，具有良好的結(jié)構(gòu)性能，首先應(yīng)對(duì)行駛的汽車作分析，包括汽車輪重與軸重的大小與特性；不同車型車軸的布置；設(shè)計(jì)期限內(nèi)，汽車軸型的分布以及車軸通行量逐年增長(zhǎng)的規(guī)律；汽車靜態(tài)荷載與動(dòng)態(tài)荷載特性比較等。,2,一、車輛的種類,道路上通行的汽車車輛主要分為客車與貨車兩大類。 客車又分為小客車、中客車與大客車。 小客車自身重量與滿載總重都比較輕，但車速高； 中客車一般包括6個(gè)座位至20個(gè)座位的中型客車； 大客車一般是指20個(gè)座位以上的大型客車（包括鉸接車和雙層客車),主要用于長(zhǎng)途客運(yùn)與城市公共交通。,3,4,5,6,貨車又分為整車、牽引式掛車和牽引式半掛車。 整車的貨廂與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為一整體； 牽引半掛車的牽引車與掛車也是分離的，但是通過(guò)鉸接相互連接，牽引車的后軸也擔(dān)負(fù)部分貨車的重量，貨車廂的后部有輪軸系統(tǒng)，而前部通過(guò)鉸接懸掛在牽引車上。 牽引式掛車的牽引車與掛車是分離的，牽引車提供動(dòng)力，牽引后掛的掛車，有時(shí)可以拖掛兩輛以上的掛車；,7,貨車---整車,8,牽引式半掛車,9,10,牽引式半掛車,11,牽引式掛車(拖車),12,13,14,汽車的總重量通過(guò)車軸與車輪傳遞給路面，所以路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要以軸重作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。 在道路上行駛的多種車輛的組合中，重型貨車與大客車起決定作用，輕型貨車與中、小客車影響很小，有時(shí)可以不計(jì)。但是在考慮路面表面特性要求時(shí)，如平整性、抗滑性等，以小汽車為主要對(duì)象，因?yàn)樾≤嚨男旭偹俣雀?，所以要求在高速行車條件下具有良好的平穩(wěn)性與安全性。,15,二、汽軸軸型,對(duì)于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，更加重視汽車的軸重。 據(jù)國(guó)際道路聯(lián)合會(huì)1989年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在141個(gè)成員國(guó)和地區(qū)中，軸限最大的為140kN，近40％執(zhí)行100kN軸限，我國(guó)公路與城市道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中均以100kN作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重。通常認(rèn)為我國(guó)的道路車輛軸限為100kN。,16,整車形式的客、貨車車軸分前軸和后軸。絕大部分車輛的前軸為二個(gè)單輪組成的單軸，軸載約為汽車總重力的1/3。極少數(shù)汽車的前軸由雙軸單輪組成，雙前軸的載重約為汽車總重的一半。汽車的后軸有單軸、雙軸和三軸三種。大部分汽車后軸由雙輪組組成，只有少量輕型貨車由單輪組成后軸。每一根后軸的軸載大約為前軸軸載的兩倍。 目前，在我國(guó)公路上行駛的貨車的后軸軸載，一般在60－130kN范圍內(nèi)，大部分在100kN以下。,17,多軸貨車,由于汽車貨運(yùn)向大型重載方向發(fā)展，貨車的總重有增加的趨勢(shì)，因此出現(xiàn)了各種多軸的貨車。 平板掛車，采用多軸多輪，以便減輕對(duì)路面的壓力。,18,,19,20,三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力,汽車對(duì)道路的作用可分為停駐狀態(tài)和行駛狀態(tài)。當(dāng)汽車處于停駐狀態(tài)下，對(duì)路面的作用力為靜態(tài)壓力．主要是由輪胎傳給路面的垂直壓力，它的大小受下述因素的影響。 汽車輪胎的內(nèi)壓力pi ； 輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀； 輪載的大小；,21,汽車輪胎的內(nèi)壓力,貨車輪胎的標(biāo)準(zhǔn)靜內(nèi)壓力：一般在0.4－0.7MPa范圍內(nèi)。 通常輪胎與路面接觸面上的壓力p略小于內(nèi)壓力pi,約為(0.8－0.9)pi。 在輪胎軟而舊，或輪載超荷，或?qū)嶋H內(nèi)壓力比標(biāo)準(zhǔn)低很多，接觸壓力p才達(dá)到(1.1－1.3)pi. 車輪在行駛過(guò)程中，內(nèi)壓力會(huì)因輪胎充氣溫度升高而增加，因此，滾動(dòng)的車輪接觸壓力也有所增加，達(dá)到(0.9－1.1)pi.,22,輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀,影響輪胎的剛度的因素：輪胎的新舊程度，接觸面的形狀和輪胎的花紋等等。 接觸面上的壓力分布是不均勻的。 輪胎與路面的接觸面形狀輪廓近似于橢圓形，因其長(zhǎng)軸與短軸的差別不大，在工程設(shè)計(jì)中以圓形接觸面積來(lái)表示。 將車輪荷載簡(jiǎn)化成當(dāng)量的圓形均布荷載，并采用輪胎內(nèi)壓力作為輪胎接觸壓力.,23,24,雙圓荷載當(dāng)量圓的直徑和半徑,當(dāng)量圓半徑： P －作用在車輪上的荷載 p－輪胎接觸壓力 δ－接觸面當(dāng)量圓半徑,,,25,對(duì)于雙輪組車軸，每一側(cè)的雙輪用一個(gè)圓表示，稱為單圓荷載；如用二個(gè)圓表示，則稱雙圓荷載。其當(dāng)量圓直徑分別按下式計(jì)算： 雙圓荷載當(dāng)量圓直徑 單圓荷載當(dāng)量圓直徑 在標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100的P=100/4kN，p=700kPa，則d=0.213m，D=0.302m。,26,四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響,行駛狀態(tài)的汽車除了施加給路面垂直靜壓力之外，還給路面施加水平力、振動(dòng)力。這些動(dòng)力影響還有瞬時(shí)性的特征。 汽車在道路上等速行駛，車輪受到路面給它的滾動(dòng)摩阻力，路面也相應(yīng)受到車輪施加于它的一個(gè)向后的水平力； 汽車在上坡行駛，或者在加速行駛過(guò)程中，為了克服重力與慣性力，需要給路面施加向后的水平力，相應(yīng)在下坡行駛或者在減速行駛過(guò)程中，為了克服重力與慣性力的作用，需要給路面施加向前的水平力。 汽車在彎道上行駛，為了克服離心力，保持車身穩(wěn)定不產(chǎn)生側(cè)滑，需要給路面施加側(cè)向水平力。汽車起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中，施加于路面的為水平力。,27,附著系數(shù),車輪施加于路面的各種水平力值與車輪的垂直壓力，以及路面與車輪之間的附著系數(shù) 有關(guān)，其最大值不會(huì)超過(guò)垂直力P與 的乘積，即： 的最大值一般不超過(guò)0．7－0．8，同路面類型和濕度以及行車速度有關(guān)。 路面表面必須保持足夠的附著系數(shù)，這是保證正常行車的重要條件。但是從路面結(jié)構(gòu)本身來(lái)看，附著系數(shù)的大小直接關(guān)系結(jié)構(gòu)層承受的水平力荷載。在水平荷載的作用下，結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，特別是面層結(jié)構(gòu)，直接遭受水平荷載作用，若是抗剪強(qiáng)度不足，將會(huì)導(dǎo)致推擠、擁包、波浪、車轍等破壞現(xiàn)象。,28,軸載波動(dòng),汽車在道路上行駛，由于車身自身的振動(dòng)和路面的不平整，其車輪實(shí)際上是以一定的頻率和振幅在路面上跳動(dòng)，作用在路面上的輪載時(shí)而大于靜態(tài)輪載，時(shí)而小于靜態(tài)輪載，呈波動(dòng)狀態(tài) 輪載的這種波動(dòng)，可近似地看作為呈正態(tài)分布，其變異系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)離差與輪載靜載之比）主要隨下述三因素而變化： 1）行車速度：車速越高，變異系數(shù)越大； 2）路面的平整度：平整度越差，變異系數(shù)越大； 3）車輛的振動(dòng)特性：輪胎的剛度低，減振裝置的效果越好，變異系數(shù)越小。 正常情況下，變異系數(shù)一般均小于0.3. 振動(dòng)輪載的最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)，在較平整的路面上，行車速度不超過(guò)50km／h對(duì)，沖擊系數(shù)不超過(guò)1.30。,29,輪載瞬態(tài)作用,行駛的汽車對(duì)路面施加的荷載有瞬時(shí)性。車輪通過(guò)路面上任一點(diǎn)，路面承受荷載的時(shí)間大約只有0.01－0.10s左右。在路面以下一定深度處，應(yīng)力作用的持續(xù)時(shí)間略長(zhǎng)一點(diǎn)。 美國(guó)AASHO試驗(yàn)路的試驗(yàn)結(jié)果： 當(dāng)行車速度由3．2km／h提高到56km／h，瀝青路面的總彎沉減少36％；當(dāng)行車速度由3.2km／h提高到96.7km／h，水泥混凝土路面的板角撓度和板邊應(yīng)變量減少29％左右. 動(dòng)荷載作用下路面變形量的減?。梢岳斫鉃槁访娼Y(jié)構(gòu)剛度的相對(duì)提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對(duì)增大。,30,31,輪載的循環(huán)重復(fù)作用,汽車荷載對(duì)路面的多次重復(fù)作用也是一項(xiàng)重要的動(dòng)態(tài)影響。 1、彈性材料在重復(fù)荷載作用下，呈現(xiàn)出材料的疲勞性質(zhì)，也就是材料的強(qiáng)度將隨荷載重復(fù)次數(shù)的增加而降低。 2、彈塑性材料，如土基和柔性路面，在重復(fù)荷載作用下，將呈現(xiàn)出變形的逐漸增大，稱為變形的累積。 所以對(duì)于路面設(shè)計(jì)，不僅要重視軸重靜力與動(dòng)力的量值，道路通行的各類軸載的通行數(shù)量也是重要的因素。,32,五、交通分析,路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要考慮設(shè)計(jì)年限內(nèi)，車輛對(duì)路面的綜合累計(jì)損傷作用，必須對(duì)現(xiàn)有的交通量、軸載組成以及增長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行調(diào)查和預(yù)估，并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞綄⑺鼈儞Q算成當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)。,33,,,,34,1、交通量,交通量是指一定時(shí)間間隔內(nèi)各類車輛通過(guò)某一道路橫斷面的數(shù)量。 可以通過(guò)現(xiàn)有的交通流量觀測(cè)站得到調(diào)查資料，也可以根據(jù)需要，設(shè)臨時(shí)設(shè)站進(jìn)行觀測(cè)。 根據(jù)月分布不均勻系數(shù)、日分布不均勻系數(shù)和小時(shí)分布換算系數(shù)，將臨時(shí)觀測(cè)結(jié)果按相應(yīng)的換算系數(shù)換算成年平均日交通量。,35,對(duì)于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要收集交通總量，還必須區(qū)分不同的車型。目前各地觀測(cè)站進(jìn)行交通量調(diào)查，將車輛分成11類：小型貨車、中型貨車、大型貨車、小型客車、大型客車、拖掛車、小型拖拉機(jī)、大中型拖拉機(jī)、自行車、人力車和畜力車。 小型貨車、小型客車、拖拉機(jī)和非機(jī)動(dòng)車可忽略不計(jì)，這些車輛所占的比例應(yīng)從總量中扣除。其余各類列入統(tǒng)計(jì)范疇的車輛按軸型和軸載大小分類（單后軸貨車、雙后軸貨車、牽引拖掛車、牽引半拖掛車等）和分級(jí)統(tǒng)計(jì)。,36,有交通量觀測(cè)站配置有自動(dòng)化的軸載儀直接記錄通行車輛的軸數(shù)和軸載大小，然后按軸載大小分類統(tǒng)計(jì)累計(jì)軸載數(shù)，這種調(diào)查稱為軸載譜的調(diào)查。軸載譜調(diào)查與交通量的統(tǒng)計(jì)相互進(jìn)行校核與補(bǔ)充。 道路路面承受的年平均日交通量是逐年增長(zhǎng)的，要確定路面設(shè)計(jì)年限內(nèi)的總交通量，還需要預(yù)估該年限內(nèi)交通的發(fā)展。 交通量調(diào)查，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度,37,交通量的計(jì)算,初始年平均交通量,每日實(shí)際交通量,然后通過(guò)調(diào)查研究，分析論證，以確定交通量年平均增長(zhǎng)率。,設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)交通量,設(shè)計(jì)的初始年平均日交通量,設(shè)計(jì)的末年年平均日交通量,設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量年平均增長(zhǎng)率,設(shè)計(jì)年限,38,2．軸載組成與等效換算,不同重力的軸載給路面結(jié)構(gòu)帶來(lái)的損傷程度是不同的。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了設(shè)計(jì)期限的累計(jì)交通量之外，另一個(gè)重要的交通因素便是各級(jí)軸載所占的比例在軸載組成或軸載譜。 由交通調(diào)查得到某類車輛每日通行的軸載數(shù)，乘以相應(yīng)的軸載譜百分率，即可推算出所有車輛各級(jí)軸載的作用次數(shù)。,39,,40,道路上行駛的汽車軸載與通行次數(shù)可以按照等效原則換算為某一標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量通行次數(shù)，我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范和瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范均選用雙輪組單軸軸載l00kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。 各種軸載的作用次數(shù)進(jìn)行等效換算的原則是，同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的損傷程度。 瀝青路面、水泥混凝土路面和半剛性路面的結(jié)構(gòu)特性不同，損傷的標(biāo)準(zhǔn)也不相同，因而系數(shù)a和n取值各不相同。,41,軸載換算系數(shù)公式,42,3．輪跡橫向分布,車輛在道路上行駛時(shí)，車輪的軌跡總是在橫斷面中心線附近一定范圍內(nèi)左右擺動(dòng)，由于輪跡的寬度遠(yuǎn)小于車道的寬度，因而總的軸載通行次數(shù)既不會(huì)集中在橫斷面上某一固定位置，也不可能平均分配到每一點(diǎn)上，而是按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上，稱為輪跡的橫向分布。,,43,44,軸載通行次數(shù)分布頻率曲線中的直方圖條帶寬為25cm，大約接近輪跡寬度，以條帶上受到的車輪作用次數(shù)除以車道上受到的作用次數(shù)作為該條帶的頻率。 輪跡橫向分布頻率曲線圖形隨許多因素如：交通量、交通組成，車道寬度、交通管理規(guī)則等而變化，需分別各種不同情況，通過(guò)實(shí)地調(diào)查，才能確定。 在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，用橫向分布系數(shù)η來(lái)反映輪跡橫向分布頻率的影響。通常取寬度為二個(gè)條帶的寬度，即50cm，因?yàn)殡p輪組每個(gè)輪寬20cm，輪隙寬10cm。這時(shí)的二個(gè)條帶頻率之和稱為輪跡橫向分布系數(shù)。,45,§2-2 環(huán)境因素的影響,路基路面結(jié)構(gòu)直接暴露在大氣之中，經(jīng)受著自然環(huán)境因素的影響。溫度和濕度是對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)有重要影響的自然環(huán)境因素。 圖2－9給出了瀝青混凝土的動(dòng)彈性模量隨溫度升高而降低的情況，圖2－l0所示為路基回彈模量隨濕度增長(zhǎng)而急劇下降的情況。,46,47,48,路基土和路面材料的體積隨路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度和濕度的升降而引起膨脹和收縮。 溫度和濕度： 1 隨環(huán)境而變 2 沿著結(jié)構(gòu)的深度呈不均勻分布 因此材料漲縮也是變化的。 如果不均勻的脹縮受到約束而不能完全實(shí)現(xiàn)時(shí)，路基和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，即溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力。,49,如不能充分估計(jì)這種因自然環(huán)境因素變化產(chǎn)生的后果，則路基路面結(jié)構(gòu)在車輪荷載和自然因素共同作用之下，將提前出現(xiàn)損壞，縮短路面的使用年限。 因此，應(yīng)考慮自然因素的影響。,50,溫度因素 大氣的溫度在一年四季和一晝夜之間發(fā)生著周期性的變化，受大氣直接影響的路面溫度也相應(yīng)地在一年之間和一日之間發(fā)生著周期性的變化。 圖2-11和圖2-12分別顯示了夏季晴天，瀝青面層和水泥混凝土面層內(nèi)溫度的晝夜變化觀測(cè)結(jié)果。 瀝青路面，由于吸熱量高，溫度增值的幅度超過(guò)水泥混凝土路面。面層結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處的溫度同樣隨氣溫的變化呈周期性變化，升降的幅度隨深度的增加而減小，其峰值的出現(xiàn)時(shí)間也隨深度的增加而滯后。,51,溫度因素 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度隨深度的分布狀況，可以從一天內(nèi)不同時(shí)刻的路面溫度隨深度的分布曲線圖中看到。見(jiàn)圖2-l3與圖2-14。 溫度梯度的變化與氣溫的變化大致是同步的，具有周期性特點(diǎn)。 除了日變化之外，一年四季面層不同深度處的溫度還隨氣溫的變化而經(jīng)歷著年變化，圖2－15所示為瀝青面層不同深度處的月平均氣溫變化的情況，可以看出，平均氣溫最高和最低的7月和二月份，面層的平均氣溫也相應(yīng)為最高值和最低值。,52,53,54,溫度因素 影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度狀況的因素很多，可分為外部和內(nèi)部?jī)深悺?外部條件主要是氣象條件，如太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)速、降水量和蒸發(fā)量等。太陽(yáng)輻射和氣溫是決定路面溫度狀況的二項(xiàng)最重要的因素。 內(nèi)部因素則為路面各結(jié)構(gòu)層材料的熱物理特性參數(shù)，如熱傳導(dǎo)率、熱容量和對(duì)輻射熱的吸收能力等。,55,56,路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度狀況，可通過(guò)在外部和內(nèi)部影響因素之間建立聯(lián)系的方法來(lái)預(yù)估。這種方法有兩類，即統(tǒng)計(jì)方法和理論方法。 統(tǒng)計(jì)方法就是在路面結(jié)構(gòu)層的不同深處埋設(shè)測(cè)溫元件，連續(xù)觀測(cè)年循環(huán)內(nèi)不同時(shí)刻的溫度變化，同時(shí)收集當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，包括對(duì)應(yīng)的氣溫和輻射熱等，對(duì)記錄的路面溫度和氣象因素進(jìn)行逐步回歸分析。選擇符合顯著性檢驗(yàn)要求的因素，分別建立不同深度處各種路面溫度指標(biāo)的回歸方程式，如式所示。,57,由于統(tǒng)計(jì)方法不可能包含所有的復(fù)雜因素，所以計(jì)算的精確度有地區(qū)局限性，只可以在條件相似的地區(qū)參考使用。理論法是應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論方程式推演出各項(xiàng)氣象資料和路面材料熱物理特性參數(shù)組成的溫度預(yù)估方程式。通常，由于參數(shù)確定的難度大、理論假設(shè)的理想化，預(yù)估的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有一定的差距。,58,濕度因素 大氣濕度的變化，通過(guò)降水、地面積水和地下水浸入路基路面結(jié)構(gòu)，是自然環(huán)境影響的另一個(gè)重要方面。它除了影響路基土濕度的變化，使路基產(chǎn)生各種不穩(wěn)定狀態(tài)之外，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層也有許多不利的影響。 路基路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性在很大程度上取決于路基的濕度變化。例如在北方季節(jié)性冰凍地區(qū)，冰凍開(kāi)始時(shí)，路基水分向凍結(jié)線積聚形成凍脹，春暖融凍初期形成翻漿的現(xiàn)象較普遍。而在南方非冰凍區(qū)，當(dāng)雨季來(lái)臨時(shí)，未能及時(shí)排除的地面積水和離地面很近的地下水將使路基土浸潤(rùn)而軟化。,59,濕度因素,保持路基干燥的主要方法是設(shè)置良好的地面排水設(shè)施和路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)施，經(jīng)常養(yǎng)護(hù)，保持暢通。 地下水對(duì)路基濕度的影響隨地下水位的高低與土的性質(zhì)而異。通常認(rèn)為受地下水影響的高度對(duì)粘土為6m，砂質(zhì)粘土或粉土約為3m，砂土為0.9m。在這個(gè)深度范圍內(nèi)，路基濕度受地下水位控制，其影響程度隨土質(zhì)而異。在這個(gè)范圍以上部分，路基濕度主要受大氣降水，蒸發(fā)以及地面排水控制。對(duì)于干旱地區(qū)，路基的濕度主要受空氣相對(duì)濕度的控制，受降水的影響很小，相當(dāng)于當(dāng)?shù)馗采w土相同深度處的濕度。,60,61,面層的透水性對(duì)路基路面的濕度有很大影響。不透水的面層結(jié)構(gòu)，將減少降水和蒸發(fā)的影響。在道路完工二、三年內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)與路基上部中心附近的濕度逐漸趨向穩(wěn)定。對(duì)于透水的面層結(jié)構(gòu)，若不作專門處理，則路面結(jié)構(gòu)和上層路基的濕度狀況將受到降水和蒸發(fā)的影響而產(chǎn)生季節(jié)性的變化。 路肩以下路基濕度的季節(jié)性變化對(duì)路面結(jié)構(gòu)及以下的路基也有影響。通常在路面邊緣以內(nèi)lm左右，濕度開(kāi)始增大，直至路面邊緣與路肩下的濕度相當(dāng)。路肩如果經(jīng)過(guò)處治，防止雨水滲入，則路面下的土基濕度將趨向于穩(wěn)定，與路基中心濕度相當(dāng)。,62,§2-4 土基的承載能力,用于表征土基承載力參數(shù)指標(biāo)有:回彈模量、地基反應(yīng)模量、加州承載比（CBR）等 一、土基回彈模量 回彈模量能較好地反映土基所具有的部分彈性性質(zhì)，所以，在以彈性半空間體地基模型表征土基的受力特性時(shí)，可以用回彈模量表示土基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)。我國(guó)公路路面和公路剛、瀝青路面設(shè)計(jì)方法中，都以回彈模量E作為土基的剛度指標(biāo)，為了模擬車輪(或車輪)印跡的作用，通常都以圓形承載板壓入土基的方法測(cè)定回彈模量。,63,柔性承載板和剛性承載板測(cè)定土基回彈模量,,圖2-20土基在圓形承載板下的壓力與撓度分布曲線,（a）柔性承載板 （b）剛性承載板,64,用柔性承載板測(cè)定土基回彈模量時(shí)，土基與承載板之間的接觸壓力為常量，如圖2-20a)所示，即： 承載板的撓度l(r)與坐標(biāo)r有關(guān)，在承載板中心處(r=0)，即：,,,65,在柔性承載板邊緣處(r=a)，其撓度可以按下式計(jì)算 ：,,66,用剛性承載板測(cè)定土基回彈模量時(shí)，承載板上土基頂面的撓度為等值，不隨坐標(biāo)r而變化。但是板底接觸壓力則隨r值而變化，成鞍形分布，如圖4-6b)所示，其撓度l值和接觸壓力p(r)值可分別按式(4-7)與(4-8)計(jì)算。,,,67,式中各項(xiàng)：l——承載板撓度(m)； p(r)——接觸壓力(MPa)； r——計(jì)算點(diǎn)離承載板中心的距離(m)； P——總壓力(MN)： p——單位壓力(MPa)； a——承載板半徑(m)。,68,二、地基反應(yīng)模量,土基回彈模量是表征彈性半空間體地基荷載與變形的關(guān)系，地基反應(yīng)模量是表征文克勒地基的變形特性。文克勒地基模型基本假定是地基上任一點(diǎn)的彎沉l，僅與作用于該點(diǎn)的壓力p成正比，而與相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)，反映壓力與彎沉值關(guān)系的比例常數(shù)k稱為地基反應(yīng)模量，即： （4-9） 式中 k——地基的反應(yīng)模量(MPa/m或MN/m3)； p——單位壓力(MPa)； l——彎沉值(m)。,,69,根據(jù)假定，可以把地基看作是無(wú)數(shù)彼此分開(kāi)的小土柱組成的體系，或者是無(wú)數(shù)互不相聯(lián)的彈簧體系，如下圖所示。文克勒地基又可稱為稠密液體地基，地基反應(yīng)模量k相當(dāng)于液體的密度，地基反力相當(dāng)于液體的浮力。,,圖2-22文克勒地基模,70,地基反應(yīng)模量k值，用剛性承載板試驗(yàn)測(cè)定，通過(guò)逐級(jí)加載測(cè)定相應(yīng)的總彎沉值，得到荷載-彎沉曲線，如圖所示。,,地基反應(yīng)模量k同承載板直徑D的關(guān)系,71,三、加州承載比CBR,加州承載比CBR是美國(guó)加利福尼亞州提出的一種評(píng)定基層材料承載能力的試驗(yàn)方法。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用標(biāo)準(zhǔn)碎石的承載能力為標(biāo)準(zhǔn)，以相對(duì)值的百分?jǐn)?shù)表示CBR值。這種方法后來(lái)也用于評(píng)定土基的強(qiáng)度。,72,CBR試驗(yàn)方法,CBR室內(nèi)試驗(yàn)裝置如圖所示。在直徑15.24cm、高17.78cm的金屬筒內(nèi)，放入12.70cm高的試樣。試樣安土基施工時(shí)的含水量和密實(shí)度在試筒內(nèi)制備。并將試樣浸水四晝夜，以模擬土基的最不利工作狀態(tài)。為模擬路面結(jié)構(gòu)對(duì)土基的作用，在試樣浸水過(guò)程中及壓入試驗(yàn)時(shí)，在其頂面施加環(huán)形砝碼，其大小根據(jù)路面結(jié)構(gòu)狀況確定，但不得小于45.3N，通常情況下采用111.2N，壓入的金屬圓柱壓頭底面積為19.35cm。,,CBR室內(nèi)試驗(yàn)裝置,73,,試驗(yàn)時(shí)，荷載按試件頂面每分鐘壓入變形0.127cm的速度施加，記錄每壓入0.254cm時(shí)的單位壓力p值，直至壓入變形量達(dá)到1.27cm時(shí)為止。標(biāo)準(zhǔn)碎石的承載力由試驗(yàn)測(cè)得，見(jiàn)下表。,74,CBR值按下式計(jì)算： 式中 p——試件材料在一定貫入值情況下的單位壓力(MPa)； p0——標(biāo)準(zhǔn)碎石要相同貫入值情況下的單位壓力(MPa)；,,75,§2-5 路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性,路面材料，按其不同的形態(tài)及成型性質(zhì)大致可分為三類： 1）松散顆粒型材料及塊料； 2）瀝青結(jié)合料類； 3）無(wú)機(jī)結(jié)合料類； 路面材料在車輪荷載和環(huán)境因素的作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)強(qiáng)度特性，對(duì)路面的使用品質(zhì)和使用壽命有重大影響。,76,一、抗剪強(qiáng)度,路面結(jié)構(gòu)層因抗剪強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞的情況有以下三種： 1）路面結(jié)構(gòu)層厚度較薄，總體剛度不足，車輪荷載通過(guò)薄層結(jié)構(gòu)傳給土基的剪應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致路基路面整體結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞； 2）無(wú)結(jié)合料的粒料基層因?qū)游徊缓侠?，?nèi)部剪應(yīng)力過(guò)大而引起部分結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生剪切破壞； 3）面層結(jié)構(gòu)的材料抗剪強(qiáng)度較低，如高氣溫條件下的瀝青面層；級(jí)配碎石面層等，經(jīng)受較大的水平推力時(shí)，面層材料產(chǎn)生縱向或橫向推移等各種剪切破壞。,77,摩爾強(qiáng)度理論,材料的抗剪強(qiáng)度包括摩擦阻力和粘結(jié)力兩部分組成，摩擦阻力同作用在剪切面上的法向正應(yīng)力成正比；粘結(jié)力為材料固有性質(zhì)，與法向正應(yīng)力無(wú)關(guān)，即：,一材料的內(nèi)摩阻角。,一抗剪強(qiáng)度，kPa；,C 一材料的粘結(jié)力，kPa；,一法向正應(yīng)力，kPa；,78,用 3 ～ 4 個(gè)相同的土樣，采用不同的垂直壓力，測(cè)得 3 ～ 4 組 ( s 、 t max ) 的數(shù)據(jù)，繪制 s - t曲線，由此 求得抗剪強(qiáng)度指標(biāo) c 、 值、 。,,79,C和φ是表征路面材料抗剪強(qiáng)度的兩項(xiàng)參數(shù)，可以通過(guò)直接剪切試驗(yàn)，繪出曲線后，按上式確定。對(duì)于松散粒料無(wú)法進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，可以由三軸壓縮試驗(yàn)，繪制摩爾圓和相應(yīng)的包絡(luò)線，按上式直線關(guān)系近似確定C、 φ值。 三軸試驗(yàn)試件的直徑應(yīng)大于集料中最大粒徑的4倍，試件的高度和直徑之比不小于2。目前普遍使用試件直徑為10cm，高為20cm，粒料最大粒徑不應(yīng)大于2.5cm。 瀝青混合料經(jīng)受剪切時(shí)，除了礦質(zhì)顆粒之間存在摩擦阻力之外，還有粒料與瀝青的粘結(jié)力以及瀝青膜之間的粘滯阻力共同形成抗剪強(qiáng)度。因此瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度與瀝青的粘度、用量、試驗(yàn)溫度、加荷速率等因素有關(guān)。,80,,81,82,二、抗拉強(qiáng)度,瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時(shí)產(chǎn)生收縮，水泥混凝土路面和各種半剛性基層在大氣濕度變化時(shí)，產(chǎn)生明顯的干縮，這些收縮變形受到約束阻力時(shí)，將在結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉力，當(dāng)材料的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗上述拉應(yīng)力時(shí)，路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生拉伸斷裂。 路面材料的抗拉強(qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供?？梢圆捎弥苯永旎蜷g接拉伸試驗(yàn)，測(cè)繪應(yīng)力一應(yīng)變曲線，取曲線的最大應(yīng)力值為抗拉強(qiáng)度。,83,直接拉伸試驗(yàn): 是將混合料制成圓柱形試件，試件兩端粘結(jié)在有球形鉸結(jié)的金屬蓋帽上，通過(guò)安裝在試件上的變形傳感器，測(cè)定試件在各級(jí)拉應(yīng)力下的應(yīng)變值。,84,間接拉伸試驗(yàn):即劈裂試驗(yàn)，是將混合料制成圓柱形試件，直徑為D，高度為h，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)壓條，沿直徑方向按一定的速率施加荷載，直至試件開(kāi)裂破壞,85,水泥混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試采用邊長(zhǎng)為150m的立方塊試件， 瀝青混合料是溫度敏感性材料，其抗拉強(qiáng)度與溫度有關(guān)，在常溫條件下，隨著試驗(yàn)溫度增加，抗拉強(qiáng)度減??；在負(fù)溫條件下，隨著溫度降低，抗拉強(qiáng)度增大。,86,三、抗彎拉強(qiáng)度,用水泥混凝土，瀝青混合料以及半剛性路面材料修筑的結(jié)構(gòu)層，在車輪荷載作用下，處于受彎曲工作狀態(tài)。由車輪荷載引起的彎拉應(yīng)力超過(guò)材料的抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生彎曲斷裂。 路面材料的抗彎拉強(qiáng)度，大多通過(guò)簡(jiǎn)支小梁試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。小梁截面邊長(zhǎng)的尺寸應(yīng)不低于混合料中集料最大粒徑的4倍。通常采用三分點(diǎn)加載。 我國(guó)現(xiàn)行水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程（JTJ053－94）規(guī)定，混凝土抗折強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸為150mmx150mmx550mm，集料粒徑應(yīng)不大于40mm。如確有必要，允許采用 100mmx100mmx400mm試件，集料粒徑應(yīng)不大于30mm。,87,,88,四、應(yīng)力－應(yīng)變特性,路面結(jié)構(gòu)層在車輪荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移量，不僅同荷載狀態(tài)有關(guān)，還取決于路面材料的應(yīng)力一應(yīng)變特性。 無(wú)結(jié)合料碎、礫石材料可以由三軸壓縮試驗(yàn)所得到的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線求得表征其應(yīng)力一應(yīng)變特性的回彈模量值． 無(wú)結(jié)合料碎、礫石材料的應(yīng)力一應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征，即彈性模量隨偏應(yīng)力的增大而減小，隨側(cè)壓力的增大而增大。根據(jù)大量試驗(yàn)，碎、礫石材料的回彈模量值可以用下列形式表示：,89,由回歸分析得到，一般情況下碎石集料的K1變動(dòng)于7.0－15.7；K2變動(dòng)于0.46－0.64之間。,90,碎、礫石材料的回彈模量值同材料的級(jí)配、顆粒形狀、密實(shí)度等因素有關(guān)，取值范圍為100－700MPa。 水泥混凝土混合料抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量測(cè)定用的單軸試驗(yàn)取150mm X 150mm X300mm的直角棱柱體試件。先測(cè)定抗壓強(qiáng)度然后取同樣的試件施加 40％的抗壓強(qiáng)度用于測(cè)定抗壓回彈模量，用傳感器或千分表記錄軸向壓縮變形量?；炷恋目箟簭椥阅Ａ堪聪率接?jì)算：,91,92,無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)出非線性狀，其彈性模量是三向主應(yīng)力的函數(shù)。在應(yīng)力級(jí)位較低時(shí)（低于極限應(yīng)力50％),應(yīng)力一應(yīng)變曲線可近似看作是線性的。按回彈應(yīng)變量確定的回彈模量值，可以近似看作為常數(shù)。 在不具備三軸壓縮試驗(yàn)條件時(shí)，可以采用室內(nèi)承載板法測(cè)定無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料早期抗壓回彈模量。用于承載板法試驗(yàn)的試件取直徑 x高＝150mm x 150mm，承載板直徑 37．4mm，面積11cm。試驗(yàn)時(shí)取承載板的單位壓力為200－700kPa，分級(jí)加載，同時(shí)記錄承載板的沉降量，回彈模量值按式計(jì)算：,93,94,水泥混凝土路面與無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的混合料基層，在車輪荷載作用下處于彎曲受力狀態(tài)，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，采用相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)抗折彈性模量。測(cè)量抗折彈性模量所用的試件尺寸與測(cè)量抗折強(qiáng)度時(shí)所用的小梁試件相同，加載方法也相同。取抗折強(qiáng)度對(duì)應(yīng)荷載的50％，作為最大荷載，加載時(shí)同時(shí)記錄小梁跨中的撓度。,95,瀝青混合料應(yīng)力一應(yīng)變特性的測(cè)試方法與以上各種材料所用的方法相類似，在低溫條件下可以用單軸試驗(yàn)或小梁試驗(yàn)，在高溫條件下，由于瀝青材料的溫度敏感性強(qiáng)，用三軸壓縮試驗(yàn)更能符合實(shí)際受力狀態(tài)。 瀝青混合料的應(yīng)力一應(yīng)變特性同上述材料有很明顯的不同。由于混合料中的瀝青材料具有依賴于溫度和加荷時(shí)間的粘一彈性性狀，因此，瀝青混合料在荷載作用之下的應(yīng)力一應(yīng)變具有隨溫度和荷載作用時(shí)間而變化的特性。,96,對(duì)瀝青混合料進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，在不變應(yīng)力的作用下，可以得出應(yīng)變同應(yīng)力作用時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖2－31所示。,97,考慮到溫度與加荷時(shí)間對(duì)瀝青混合料力學(xué)特性的影響，用勁度模量表征其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。瀝青混合料的勁度模量是在給定溫度和加荷時(shí)間條件下的應(yīng)力一應(yīng)變比值，用式表示：,98,99,瀝青混合料的勁度模量實(shí)質(zhì)上就是在特定溫度與特定加荷時(shí)間條件下的常量參數(shù)。 圖2-32：時(shí)溫等效效應(yīng)：溫度對(duì)勁度的影響與加荷時(shí)間對(duì)勁度的影響具有等效互換性。利用這一個(gè)重要性質(zhì)可以廣泛研究它的各項(xiàng)性能以及相互之間的關(guān)系.,100,,101,§2-7路面材料的累積變形與疲勞特性,路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞極限狀態(tài)有二類： 第一類，若路面材料處于彈塑性工作狀態(tài)，則重復(fù)荷載作用將引起塑性變形的累積，當(dāng)累積變形超出一定限度時(shí)，路面使用功能將下降至允許限度以下，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)； 第二類，路面材料處于彈性工作狀態(tài)，在重復(fù)荷載作用之下雖不產(chǎn)生塑性變形，但是結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生微量損傷，當(dāng)微量損傷累積達(dá)到一定限度時(shí)，路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞斷裂，出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。 累積變形與疲勞破壞這二種破壞極限的共同點(diǎn)就是破壞極限的發(fā)生不僅同荷載應(yīng)力的大小有關(guān)，而且同荷載應(yīng)力作用的次數(shù)有關(guān)。,102,,103,水泥混凝土路面在重復(fù)荷載作用之下易出現(xiàn)疲勞破壞；瀝青路面在低溫環(huán)境中，基本上處于彈性工作狀態(tài)，因此出現(xiàn)疲勞破壞，而在高溫環(huán)境中，處于彈塑性工作狀態(tài)，因此出現(xiàn)累積變形。 在季節(jié)性溫差很大的地區(qū)，瀝青路面兼有疲勞破壞和累積變形兩種極限狀態(tài)。 無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的半剛性路面材料，在早期（1至3個(gè)月）處于低塑性的彈塑性狀態(tài)，在此之后，基本處于彈性狀態(tài)，因此，在使用期間，主要的極限狀態(tài)是疲勞破壞。 以粘土為結(jié)合料的碎、礫石路面，由于混合料中的細(xì)粒粘土受大氣濕度影響，因此路面結(jié)構(gòu)處于彈塑性狀態(tài)，塑性變形的累積是極限狀態(tài)的主要形式。,104,1、累積變形,路面結(jié)構(gòu)在車輪荷載重復(fù)作用下因塑性變形累積而產(chǎn)生沉陷或車轍，是路面結(jié)構(gòu)的主要病害。這種永久性的變形是路基路面各結(jié)構(gòu)層材料塑性變形的綜合。它不僅同荷載的大小，作用次數(shù)以及路基土的性狀有關(guān)，也受路面各結(jié)構(gòu)層材料變形特性的影響。,105,A、碎、礫石混合料,碎、礫石混合料在重復(fù)應(yīng)力作用下的塑性變形累積規(guī)律同細(xì)粒土相似。圖2-33所示是一種級(jí)配良好的混合料的重復(fù)加載試驗(yàn)結(jié)果。由圖可見(jiàn)，當(dāng)偏應(yīng)力內(nèi)低于某一數(shù)值時(shí)，塑性變形隨作用次數(shù)增加而增加，且逐漸趨向穩(wěn)定。重復(fù)次數(shù)大于104次后，達(dá)到一平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)的應(yīng)變量同比值大小有關(guān)。當(dāng)偏應(yīng)力較大時(shí)，塑性變形量隨作用次數(shù)增加而不斷增長(zhǎng)，直至破壞。 級(jí)配不良、顆粒尺寸單一的混合料，在應(yīng)力重復(fù)作用很多次以后，塑性變形仍有增大趨勢(shì)。含有細(xì)粒過(guò)多的混合料，由于混合料密實(shí)度降低，變形累積過(guò)大，因此均不宜用于修筑路面。,106,107,B、瀝青混合料,由圖2－34(密實(shí)型瀝青碎石混合料)可以看出塑性應(yīng)變量隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而增加的情況。溫度越高，塑性應(yīng)變累積量越大。許多試驗(yàn)結(jié)果表明，在同一溫度條件下，控制累積應(yīng)變量的是加荷時(shí)間的總和，而不僅是重復(fù)作用的次數(shù)；加荷頻率以及應(yīng)力循環(huán)的間隔時(shí)間對(duì)累積應(yīng)變一時(shí)間關(guān)系的影響不大。 影響累積變形的因素，除了溫度、施加應(yīng)力大小以及加荷時(shí)間之外，同集料的狀況也有關(guān)系。有棱角的集料比圓角的集料能獲得較高的勁度模量，因此累積變形量較?。幻軐?shí)級(jí)配的瀝青混合料比開(kāi)級(jí)配瀝青混合料的累觸形量?。淮送鈮簩?shí)的方法，壓實(shí)的程度對(duì)變形累積的規(guī)律都有一定影響。,108,2、疲勞特性,對(duì)于彈性狀態(tài)的路面材料承受重復(fù)應(yīng)力作用時(shí)，可能在低于靜載一次作用下的極限應(yīng)力值時(shí)出現(xiàn)破壞，這種材料強(qiáng)度的降低現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞的出現(xiàn)，是由于材料微結(jié)構(gòu)的局部不均勻，誘發(fā)應(yīng)力集中而出現(xiàn)微損傷，在應(yīng)力重復(fù)作用之下微量損傷逐步累積擴(kuò)大，終于導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，稱為疲勞破壞。 出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)應(yīng)力值（即疲勞強(qiáng)度），隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而降低。有些材料在應(yīng)力重復(fù)作用一定次數(shù)（例如106－107次）后，疲勞強(qiáng)度不再下降，趨于穩(wěn)定值，此穩(wěn)定值稱為疲勞極限。當(dāng)重復(fù)應(yīng)力低于此值時(shí)，材料可經(jīng)受無(wú)限多次的作用而不出現(xiàn)破壞。 研究疲勞特性的主要目的是探索提高疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)路面使用年限，為路面設(shè)計(jì)提供參數(shù)。,109,A. 水泥混凝土及無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的混合料,此類材料的疲勞性能研究，可通過(guò)對(duì)小梁試件施加重復(fù)應(yīng)力來(lái)進(jìn)行。將重復(fù)彎拉應(yīng)力與一次加載得出的極限彎拉應(yīng)力（抗折強(qiáng)度）值之比稱為應(yīng)力比。繪制應(yīng)力比與重復(fù)作用次數(shù)的關(guān)系曲線，稱為疲勞曲線，由疲勞曲線，可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律： 1）隨著應(yīng)力比的增大，出觀疲勞破壞的重復(fù)作用次數(shù)Nf降低； 2）重復(fù)應(yīng)力級(jí)位相同時(shí)，Nf的變動(dòng)幅度較大，表明試驗(yàn)結(jié)果離散，但其概率分布基本符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，因此，若要得到可靠的均值必須進(jìn)行大量的試驗(yàn)；,110,3）通過(guò)回歸分析，可得到描述應(yīng)力比和作用次數(shù)關(guān)系的疲勞方程。 4）當(dāng)重復(fù)作用次數(shù)為Nf=107時(shí)，應(yīng)力比＝0.55，此時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)有疲勞現(xiàn)象； 5）當(dāng)應(yīng)力比＜0.75時(shí)，重復(fù)應(yīng)力施加的頻率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果(即疲勞方程）的影響很微小。 無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的混合料其疲勞特性同水泥混凝土相類似，但疲勞方程的系數(shù)值則有所不同，疲勞極限明顯比水泥混凝土低。,111,B.瀝青混合料,瀝青混合料疲勞特性的室內(nèi)試驗(yàn)可以用簡(jiǎn)支小梁或圓柱體試驗(yàn)等方法進(jìn)行。由于瀝青混合料的勁度模量較低，在應(yīng)力反復(fù)加荷過(guò)程中，試件的受力狀態(tài)不斷發(fā)生變化，為此根據(jù)不同的要求有兩種試驗(yàn)方法：控制應(yīng)力和控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)。 控制應(yīng)力試驗(yàn)是在試驗(yàn)過(guò)程中保持荷載或應(yīng)力值始終不變，而應(yīng)變量的增長(zhǎng)速率不斷增加；控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)，是在試驗(yàn)過(guò)程中不斷調(diào)節(jié)所施加的荷載或應(yīng)力值，使應(yīng)變量始終保持不變。在試驗(yàn)中材料的勁度仍不斷下降，保持不變應(yīng)變量所需要的力不斷減小。,112,控制應(yīng)力試驗(yàn)，材料的疲勞破壞往往以試件出現(xiàn)斷裂為標(biāo)志。控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)，并不會(huì)出現(xiàn)明顯的疲勞破壞現(xiàn)象，可以以勁度模量下降到初始模量值的5O％作為疲勞破壞的標(biāo)準(zhǔn)。在條件相同的試驗(yàn)中，控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)所得到的材料疲勞壽命比控制應(yīng)力試驗(yàn)所得的結(jié)果大得多。 采用控制應(yīng)力試驗(yàn)方法得到的重復(fù)彎拉應(yīng)力和疲勞破壞作用次數(shù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上呈直線型，即可以用以下方程估算材料的疲勞壽命： 式中參數(shù)為由試驗(yàn)得到的回歸常數(shù)，與混合料性質(zhì)、溫度和其它試驗(yàn)條件有關(guān)。 采用控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)方法，也可得到同式相似的疲勞方程式。但是從試驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，有同控制應(yīng)力試驗(yàn)方法相反的規(guī)律，即隨著溫度的升高（即勁度降低），材料的疲勞壽命反而增加。,113,行駛在路面上的車輛，對(duì)路面施加的是軸載和接觸壓力，不是變形，從這個(gè)意義來(lái)看，整個(gè)路面結(jié)構(gòu)受應(yīng)力控制，因而對(duì)于較厚的瀝青面層，它的強(qiáng)度在路面結(jié)構(gòu)體系中起主要作用，應(yīng)采用控制應(yīng)力試驗(yàn)方法； 而對(duì)于較薄的瀝青面層，它本身不發(fā)揮承重層作用，而是隨基層共同產(chǎn)生位移，挪用控制應(yīng)變?cè)囼?yàn)方法。 莫尼史密斯（Monisndth）等人提出，厚面層厚度的下限約為15cm，薄面層厚度的上限約為5cm，處于兩者之間的厚度，可采取其中任何一種方法進(jìn)行試驗(yàn)。,試驗(yàn)方法的選擇,114,,115,3、Miner定律,在疲勞試驗(yàn)中，為了簡(jiǎn)化，通常都采用單一不變的應(yīng)力或應(yīng)變作為重復(fù)加載的基本模式。而實(shí)際路面受到的是重力不同的車輛荷載，要把室內(nèi)單一加荷基本模式得到的疲勞方程式應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)分析，還需解決如何綜合不同荷載的疲勞作用問(wèn)題。 目前，常用曼諾在研究金屬疲勞時(shí)所作出的假定來(lái)處理以上的問(wèn)題：各級(jí)荷載作用下材料所出現(xiàn)的疲勞損壞可以線性疊加。假設(shè)某一級(jí)荷載pi作用Ni次后使材料達(dá)到疲勞破壞，則該級(jí)荷載作用一次相當(dāng)于消耗了材料疲勞壽命的1／Ni。現(xiàn)有P1，P2…Pi級(jí)荷載，分別作用N1，N2…Nj次后，材料均可達(dá)到疲勞破壞，而實(shí)際上各級(jí)荷載的作用次數(shù)分別為n1,n2…nj次，則相應(yīng)于各級(jí)荷載消耗的材料疲勞壽命分別為n1／N1,n2／N2… n3/Nj.在各級(jí)荷載作用之下．材料的綜合疲勞損傷為其加權(quán)之和：,116,提高路面抗疲勞性能,疲勞破壞是路面結(jié)構(gòu)損傷的主要現(xiàn)象，路面材料的抗疲勞性能直接關(guān)系到路面的使用壽命。 提高路面的抗疲勞性能應(yīng)該注意從兩方面加強(qiáng)配合: 一是合理的材料設(shè)計(jì)，使混合料達(dá)到最佳配合比和最大密度，使混合料具有較高的強(qiáng)度； 另一方面是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得各結(jié)構(gòu)層的層位與厚度達(dá)到理想的程度，在車輛荷載作用之下，確保結(jié)構(gòu)層的最大應(yīng)力和應(yīng)力比在控制范圍以內(nèi)。,117,