第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)第一頁，共五十三頁。*目的要求1了解車輛的分類。2掌握軸載的換算、累計軸載的計算。3掌握環(huán)境因素對路基路面的影響。4掌握土基力學(xué)強度特性以及路基土的應(yīng)力－應(yīng)變特性。5掌握影響土基的承載能力。6掌握路面材料的力學(xué)強度特性。7掌握路面材料的累積變形與疲勞特性。*課時：4學(xué)時第二頁，共五十三頁。*授課內(nèi)容一、行車荷載二、環(huán)境因素的影響三、土基的力學(xué)強度特性四、土基的承載能力五、路基的變形、破壞與防治六、路面材料的力學(xué)強度特性七、路面材料的累積變形與疲勞特性第三頁，共五十三頁。*重點 1.環(huán)境對路基路面使用性能的影響2.土基的力學(xué)特性3.路基的常見破壞4.路面材料的力學(xué)特性*難點土基的力學(xué)特性路面材料的力學(xué)特性*教學(xué)方法利用多媒體以課堂講授為主，結(jié)合課堂討論。第四頁，共五十三頁。一、行車荷載1.車輛的種類小客車中客車根據(jù)：座位整車牽引式掛車牽引式半掛車車大客車客車貨車第五頁，共五十三頁。汽車荷載主要是考慮軸重。我國設(shè)計標準軸載——100kN。前輪一般單軸，單輪組。后軸有單軸、雙軸、三軸等。所謂雙軸、三軸指多個軸非常靠近。輪組：一個軸的單側(cè)的輪數(shù)，一般有單輪組，雙輪組。我國常用汽車路面設(shè)計參數(shù)。2.汽車的軸型第六頁，共五十三頁。第七頁，共五十三頁。移動荷載——實際施加的是大小和位置均變化的，比較復(fù)雜。

目前成熟方法——將車輛荷載視作靜態(tài)荷載。1）大小與分布2）輪胎與路面的接觸面形狀實際橢圓形——簡化成當(dāng)量圓3.汽車對道路的靜態(tài)壓力第八頁，共五十三頁。4.運動車輛對道路的動態(tài)影響水平力——路面結(jié)構(gòu)承受剪力，車輛在啟動或制動時水平力很大。垂直力——大小和位置均變化的移動荷載?？紤]動荷載有幾種方法：（1）大小不變的移動荷載；（2）大小變化、位置不變的動態(tài)荷載；（3）靜態(tài)荷載修正法：加入沖擊系數(shù)，將靜態(tài)荷載修正后成為設(shè)計荷載。即動荷載的峰值大于靜載。動荷載的反復(fù)作用：塑性累積變形，疲勞等。第九頁，共五十三頁。第十頁，共五十三頁。第十一頁，共五十三頁。圖2-5車速與路面變形的關(guān)系第十二頁，共五十三頁。逐年增加。

式中：為設(shè)計的初始年平均日交通量；為設(shè)計年限。

5.交通分析確定公路等級。交通組成很復(fù)雜，要進行換算。即在設(shè)計年限內(nèi)以固定的增長率一般依據(jù)設(shè)計年限內(nèi)累計交通量1）交通量第十三頁，共五十三頁。2）軸載組成與等效換算軸載譜：各級軸載所占的比例，即軸載組成。軸載換算：標準軸載－雙輪組單軸軸載100kN。換算原則－等效破壞原則，即同一路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達到相同的損傷程度。第十四頁，共五十三頁?！獦藴瘦S載作用次數(shù)；——級軸載作用次數(shù)；——級軸載換算為標準軸載的換算系數(shù)?！禂?shù)，反映軸型和輪組輪胎數(shù)；——級荷載重；——標準軸載重；——系數(shù)，與路面結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。換算公式式中：第十五頁，共五十三頁。3）輪跡橫向分布所有交通量并不是作用在同一點上，也不是全斷面上，而是按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上，稱作輪跡橫向分布?；旌闲旭偟碾p車道上輪跡橫向分布頻率曲線。第十六頁，共五十三頁。第十七頁，共五十三頁。1．溫度和濕度的影響（1）對材料力學(xué)性質(zhì)的影響一般隨溫度和濕度的增加強度和剛度下降。（2）脹縮變形受阻產(chǎn)生溫度和濕度應(yīng)力。二、環(huán)境因素第十八頁，共五十三頁。2．路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度（1）影響因素：太陽輻射、氣溫、風(fēng)速、降雨量和蒸發(fā)量等。主要：太陽輻射和氣溫（2）路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度確定方法第十九頁，共五十三頁。第二十頁，共五十三頁。第二十一頁，共五十三頁。第二十二頁，共五十三頁。第二十三頁，共五十三頁。式中：——路面某一深度處的最高溫度；——相應(yīng)的日最高氣溫；①統(tǒng)計方法測路面內(nèi)溫度，收集太陽輻射和氣溫等資料，回歸得出②理論法。熱傳導(dǎo)方程。參數(shù)難以確定，假設(shè)太多。Q——相應(yīng)的太陽輻射熱；a,b,c——回歸常數(shù)第二十四頁，共五十三頁。1.路基受力狀況路基承受路基自重和汽車輪重。2.路基工作區(qū)從汽車荷載引起的垂直應(yīng)力隨深度的變化情況引出路基工作區(qū)。1）定義：當(dāng)汽車荷載引起的垂直應(yīng)力僅為路基自重引起的垂直應(yīng)力的1/10～1/5對應(yīng)的深度范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)時。此區(qū)之外，汽車荷載的影響忽略不計。三、路基受力狀況第二十五頁，共五十三頁。2）路基工作區(qū)深度式中：－系數(shù)，P－一側(cè)輪重；K－系數(shù)，取第二十六頁，共五十三頁。3.路基土的應(yīng)力－應(yīng)變特性1）土的特性（1）非線性（2）彈塑性（3）流變特性非線性的考慮用局部線性化方法，純彈性的考慮用回彈模量的方法。2）土的模量（1）初始切線模量：應(yīng)力為零時的應(yīng)力－應(yīng)變曲線的斜率；（2）切線模量：某應(yīng)力處應(yīng)力－應(yīng)變曲線的斜率；（3）割線模量：某某應(yīng)力處應(yīng)力－應(yīng)變曲線上的點同起始點相連的割線的斜率；（4）回彈模量：應(yīng)力卸除階段，應(yīng)力－應(yīng)變曲線的割線模量4.重復(fù)荷載對路基土的影響主要是塑性累積變形，一種是壓密，一種是造成土體剪切破壞。

第二十七頁，共五十三頁。四、土基的承載能力常用的指標有：回彈模量、地基反應(yīng)模量和加州承載比1.土基回彈模量適用范圍：彈性半空間地基（一般柔性路面采用），參數(shù)有回彈模量E和泊松比測定方法：柔性承載板法和剛性承載板法（1）柔性承載板法（2）剛性承載板法一般直徑為第二十八頁，共五十三頁。第二十九頁，共五十三頁。。

地基反應(yīng)模量：壓力與彎沉之比。2、地基反應(yīng)模量適用范圍及定義：適用于溫克勒（E.Winkler）地基。假定土基頂面任一點的彎沉僅同作用于該點的垂直壓力成正比，而同其相鄰點處的壓力無關(guān)。即地基可以認為由許各不相連的彈簧組成。一般剛性路面下路基采用溫克勒（E.Winkler）地基。第三十頁，共五十三頁。測定方法承載板法——與回彈模量的測法相似，區(qū)別在于是一次加荷到位，承載板的半徑不同，為76cm。兩種加載方法：（1）當(dāng)?shù)鼗^軟弱時，控制彎沉值為0.127cm（2）當(dāng)?shù)鼗^硬時，控制單位壓力為70KPa測定方法承載板法——與回彈模量的測法相似，區(qū)別在于是一次加荷到位，承載板的半徑不同，為76cm。兩種加載方法：（1）當(dāng)?shù)鼗^軟弱時，控制彎沉值為0.127cm（2）當(dāng)?shù)鼗^硬時，控制單位壓力為70KPa第三十一頁，共五十三頁。3、加州承載比（CBR）定義——早年由美國California提出的一種評定土基及路面材料承載能力的指標。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標準碎石為標準，以它們的相對比值表示CBR值。測定方法標準壓頭——面積為19.35cm2加載速率——0.127cm/min

記錄每貫入取0.254cm對應(yīng)貫入深度為時的單位壓力。第三十二頁，共五十三頁。第三十三頁，共五十三頁。1）路基沉陷2）邊坡滑塌（1）溜方（2）滑坡3）碎落和崩塌4）.路基沿山坡滑動5）.不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞5.路基的主要病害第三十四頁，共五十三頁。第三十五頁，共五十三頁。二、路基病害防治路基病害防治措施包括：1.正確設(shè)計路基橫斷面，如坡度和高度等；2.選擇良好的填料，必要時對上層填土作穩(wěn)定處理；3.正確的進行填筑，確保壓實度；4.適當(dāng)提高路基，改善路基的干濕狀況；5.正確進行排水設(shè)計；6.設(shè)置隔離層和隔溫層；7.邊坡防護與加固。第三十六頁，共五十三頁。1.抗剪強度1)定義：為材料受剪切時的極限或最大應(yīng)力。2)原因：車輛行駛，特別是剎車時會產(chǎn)生較大的水平力，即剪力。3)抗剪不足會產(chǎn)生如下破壞：（1）路面結(jié)構(gòu)層厚度較薄，路基中的剪應(yīng)力過大，土基中剪切破壞；（2）無機結(jié)合料基層剪切破壞；（3）面層剪切破壞，造成推移等破壞。4)公式：摩爾－庫侖強度理論。5）測定直剪試驗或三軸壓縮試驗。六、路面材料的力學(xué)強度特性

第三十七頁，共五十三頁。第三十八頁，共五十三頁。2.抗拉強度1)原因：溫縮、干縮，及車輪緊急制動時，車輪后側(cè)的路面受到較大的拉應(yīng)力。2)試驗方法：（1）直接拉伸試驗。（2）間接拉伸試驗，即劈裂試驗。第三十九頁，共五十三頁。3.抗彎拉強度1）原因：在車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)處于彎曲工作狀態(tài)。因此需要有抗彎拉強度。2）試驗：簡支小梁試驗，三分點加載。第四十頁，共五十三頁。1）顆粒材料的應(yīng)力－應(yīng)變特性無機結(jié)合料碎（礫）石材料。用三軸試驗。應(yīng)力應(yīng)變呈現(xiàn)非線性。用回彈模量表征。4.應(yīng)力應(yīng)變特性應(yīng)力應(yīng)變特性的含義，可以用應(yīng)力－應(yīng)變曲線表征，但多用模量隨應(yīng)力或應(yīng)變的變化來表征。2）水泥穩(wěn)定類材料的應(yīng)力－應(yīng)變特性包括水泥混凝土，水泥土，水泥穩(wěn)定碎石等。單軸試驗，三軸試驗（最好是三軸試驗）和室內(nèi)承載板試驗：測抗壓回彈模量。小梁試驗：測抗折彈性模量。和測抗彎拉強度的設(shè)備相同，主要要測撓度。第四十一頁，共五十三頁。3）瀝青混合料的應(yīng)力－應(yīng)變特性特性：低溫，荷載較小，作用時間較短時，彈性；粘性：與溫度和時間有關(guān)系。塑性：與溫度和荷載大小有關(guān)系。

高溫，荷載較大，作用時間較長時，彈粘塑性參數(shù)：勁度第四十二頁，共五十三頁。七、路面材料的累積變形與疲勞特性1.累積變形1）病害：產(chǎn)生沉陷或車轍，即永久變形。2）影響因素：荷載的大?。ā?，↑）和作用次數(shù)（↑，↑），路面路基材料特性3）碎礫石混合料累積變形試驗：三軸壓縮試驗。影響因素：荷載的大小和作用次數(shù)，級配（↑，↑），細料含量（↑，↓）。4）瀝青混合料累積變形試驗：單軸或三軸壓縮試驗影響因素：荷載的大小和作用次數(shù)，溫度（↑，↑），集料的狀況（棱角（↑，↓），密實級配比開級配的累積變形小。第四十三頁，共五十三頁。2．疲勞特性1）定義：（1）疲勞：對于彈性狀態(tài)的路面材料承受重復(fù)應(yīng)力作用時，可能在低于靜載一次作用下的極限應(yīng)力值時出現(xiàn)破壞，這種材料強度降低的現(xiàn)象稱為疲勞。（2）疲勞強度：出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)應(yīng)力值。（3）疲勞極限：疲勞強度隨重復(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)后，疲勞強度不再下降，趨于穩(wěn)定值，此穩(wěn)定值稱為疲勞極限。（4）應(yīng)力比：重復(fù)應(yīng)力與一次加載得出的極限應(yīng)力之比稱為應(yīng)力比。（5）疲勞曲線：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。（6）疲勞壽命：達到破壞的應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)。第四十四頁，共五十三頁。2）研究疲勞特性的目的（1）了解其影響因素，以便改進材料；（2）尋求疲勞強度同反復(fù)應(yīng)力作用次數(shù)間的定量關(guān)系（即疲勞方程），以便估計路面的疲勞壽命。第四十五頁，共五十三頁。第四十六頁，共五十三頁。第四十七頁，共五十三頁。第四十八頁，共五十三頁。第四十九頁，共五十三頁。第五十頁，共五十三頁。第五十一頁，共五十三頁。第五十二頁，共五十三頁。內(nèi)容總結(jié)第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)。4掌握土基力學(xué)強度特性以