道路壓實(shí)雪力學(xué)性質(zhì)分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u17000道路壓實(shí)雪力學(xué)性質(zhì)分析綜述 117581.1道路冰雪分類 1172901.2道路壓實(shí)雪的形成原因 1194641.3壓實(shí)雪影響因素 284411.4除雪作業(yè)評(píng)價(jià) 264231.5路面壓實(shí)雪的力學(xué)與機(jī)械性質(zhì) 4道路冰雪分類依照日本冰雪協(xié)會(huì)對(duì)路面冰雪的調(diào)查研究，可以從中知曉按照路面堆積冰雪的大致情況分類,本文從其中一項(xiàng)節(jié)選一個(gè)部分,如圖2-1所示。圖2-1 道路積雪分類道路壓實(shí)雪的形成原因根據(jù)我國的氣候條件和交通情況，路面形成壓實(shí)雪的原因共可以歸納為三類：（1） 碾壓。冬季降雪過后，由于道路行駛車輛和出行路人的不斷碾壓，新降積雪會(huì)從密度較小的狀態(tài)變成密度高且緊湊的壓實(shí)雪。（2） 反復(fù)融凍。冬季晝夜溫差，一次除雪殘留等其他因素，都會(huì)導(dǎo)致路面積雪會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)融化—凍結(jié)—再融化—再凍結(jié)的過程，導(dǎo)致最后形成堅(jiān)硬的冰層。（3） 凍雨。凍雨剛剛降落在巨大沉積地面之下的冰即可迅速下降形成巨大沉積冰層,雨量越大，所形成的冰層也就愈厚實(shí)。壓實(shí)雪在路面的存在形式如下圖所示圖2-2壓實(shí)雪存在形式簡(jiǎn)圖壓實(shí)雪影響因素壓實(shí)雪形成的影響因素包括：外界壓力、溫度、路面表面特征等因素有關(guān)。（1） 外界壓力外界壓力會(huì)通過影響水分的析出和路面積雪的密度和強(qiáng)度來影響壓實(shí)雪的性能，壓力的作用會(huì)使雪轉(zhuǎn)化成水，同時(shí)增加冰雪的密度和強(qiáng)度，導(dǎo)致界面處與路面的接觸更加緊密，增加了整體的強(qiáng)度。（2） 路面表面特征道路上的灰塵廢物可以作為冰雪的凝結(jié)核，幫助路面積雪向冰塊轉(zhuǎn)變，同時(shí)也會(huì)使水的凍結(jié)程度不均勻，增大壓實(shí)雪中粘連層的強(qiáng)度。除此之外道路表面的粗糙程度以及其導(dǎo)熱能力和表面潤濕性、熱膨脹性都可以影響壓實(shí)雪的強(qiáng)度。（3） 溫度和凍結(jié)時(shí)間溫度變化影響包括積雪凍結(jié)中的冷凝水含量分析和溢出和積雪凍結(jié)、快慢速度；同時(shí)凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，壓實(shí)雪的強(qiáng)度越大，直至系統(tǒng)進(jìn)入熱量平衡狀態(tài)。除雪作業(yè)評(píng)價(jià)（1）除凈率除凈率是指除冰機(jī)械在一次除冰工作后路面積雪的清除程度，是評(píng)價(jià)除冰機(jī)械的重要性能指標(biāo)。其計(jì)算公式可定義為：λ=式中：λS'—清除干凈路面面積，mS—待清除路面面積，m2一般來說，當(dāng)λ≥90%,就可以認(rèn)為路面冰雪已基本除凈，不會(huì)給交通出行帶來影響。因此除凈率的閾值為90%。（2）工作效率其指的是在冬季道路形成積雪之后，除雪機(jī)械在一定時(shí)間內(nèi)清除道路積雪，并且恢復(fù)正常的道路通行所具備的能力。工作效率越高，帶來的后期投入也越少。該指標(biāo)可以從兩個(gè)方面去度量：行駛速度和所能清除道路積雪的最大寬度。為了獲得更高的工作效率，因此設(shè)計(jì)方案需要在此施加一定限制。在除冰過程中，因?yàn)槌鳂I(yè)的阻力較大，因此行駛速度勢(shì)必會(huì)受到很大影響。但是，正常情況下，依然要保持不低于5km/h的行駛速度。除雪車在工作中的所能清除道路積雪最大寬度是指一次作業(yè)中能夠推雪的最大寬度，不宜過大或過小。過大會(huì)給駕駛員行車帶來隱患，也會(huì)增大行車所遇阻力；反之則會(huì)降低除雪車的工作效率，因此，正常情況下該參數(shù)在2～3m之間即合理范圍。本文選擇2.5m。（3）清除厚度根據(jù)我國氣候條件分析，可知我國大部分地區(qū)一次降雪超過15cm的情況十分罕見，并且路面的積雪在壓實(shí)過后，其厚度一般在4cm之下，而且由于壓實(shí)雪厚度不均勻的現(xiàn)象存在，所以除雪車的能夠清除積雪的厚度一定要超過4cm，按照設(shè)計(jì)要求，本文所設(shè)計(jì)的除雪車，最大的清除積雪厚度的能力為10cm。（4）避障能力在正常的道路除冰作業(yè)過程中，很難避免發(fā)生的是遇到凍結(jié)在冰塊之中的碎石，或是大塊石子等障礙物，因此避開障礙的能力也是考核除雪車性能的重要指標(biāo)，除此之外如果無法合理避障勢(shì)必會(huì)對(duì)除雪車帶來一定程度的損壞。（5）路面保護(hù)在清除路面積雪和壓實(shí)冰的同時(shí)不傷害路面是基本要求，否則禁止上路工作。（6）經(jīng)濟(jì)效益如果需要工業(yè)化開發(fā)，成本也是不得不考慮的重要因素。路面壓實(shí)雪的力學(xué)與機(jī)械性質(zhì)（1）抗壓強(qiáng)度影響冰雪的抗壓強(qiáng)度有多種因素，包括冰雪所處的道路環(huán)境，自身密度，當(dāng)天的溫度等環(huán)境因素。圖2-3壓實(shí)雪的抗壓強(qiáng)度圖2-4不同密度下積雪的抗壓強(qiáng)度與溫度的變化關(guān)系ρ（2）抗切強(qiáng)度抗切強(qiáng)度KQK式中： KQ—冰雪的抗切強(qiáng)度，Pa Fq—鏟刃所受切削阻力，N b—切削刃寬度，m； h—切削層厚度，m。該參數(shù)便于計(jì)算清楚冰雪的阻力即需要提供的牽引力。根據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者研究：圖2-5積雪的抗切強(qiáng)度系數(shù) 單位kPa（3）相關(guān)系數(shù)如下：圖2-6積雪與鋼鐵的摩擦系數(shù)圖2-7積雪的內(nèi)摩擦系數(shù)路面壓實(shí)雪的存在很大程度上降低了路面原來的使用性能，具體路況下輪胎附著系數(shù)和行駛阻力如下：圖2-8冰雪路面的附著系數(shù)圖2-9冰雪路面的行駛阻力系數(shù)（4）莫氏強(qiáng)度理論及莫爾-庫倫準(zhǔn)則該理論是1900年由莫爾等人提出來的，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程之中。莫氏理論認(rèn)為材料中某點(diǎn)受到破壞與其受到的中間主應(yīng)力無關(guān)，而是由主應(yīng)力σ1和σ3共同決定的。在圖2-10極限應(yīng)力圓的包絡(luò)線抗拉試驗(yàn)，2-抗剪試驗(yàn)，3-抗壓試驗(yàn)，4，包絡(luò)線，5-三軸試驗(yàn)在應(yīng)用莫氏強(qiáng)度理論時(shí)，可以單向拉伸和單向壓縮兩個(gè)極限應(yīng)力圓的公切線來代替包絡(luò)線，將包絡(luò)線進(jìn)行簡(jiǎn)化。將該直線形式的包絡(luò)線稱為莫氏-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，如下圖2-11所示。莫氏-庫倫準(zhǔn)則認(rèn)為：當(dāng)