中南大學(xué)路基路面工程課件 2.路基路面材料的力學(xué)性質(zhì).ppt

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1、路基路面工程2011.03主講周建普2.1路基受力與路基工作區(qū)2.2土質(zhì)路基的變形特性和強(qiáng)度指標(biāo)2.3路基主要病害及其防治2.4路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性2.路基路面材料的力學(xué)性質(zhì)2.1.1路基受力與路基工作區(qū)（1）路基受力狀況路基所受荷載作用有兩種：A）路基路面自重；B）車輛荷載。路基土中某一點(diǎn)的應(yīng)力為（2-1-1）③的求解假定路基為彈性半空間體，車輪荷載為一圓形均布垂直荷載，則2.1路基受力與路基工作區(qū)2.1路基受力與路基工作區(qū)圖2-1土基中應(yīng)力分布圖式中：—車輪荷載，kN；—系數(shù)，一般取0.5；—圓形均布荷載中心下作用點(diǎn)的深度，m。的求解（2-1-3）式中：—路基土容

2、重，KN/m3。（2-1-2）2.1路基受力與路基工作區(qū)2.1.2路基工作區(qū)路基自重應(yīng)力隨深度而增加，車輛荷載應(yīng)力隨深度而減小。當(dāng)達(dá)到一定深度時(shí)，車輛荷載引起的應(yīng)力與路基自重應(yīng)力的比值很?。▋H為1/5-1/10）可忽略不計(jì)。該深度以上的區(qū)域范圍稱為路基工作區(qū)或應(yīng)力作用區(qū)。由得（2-1-4）2.1路基受力與路基工作區(qū)式中：—路基工作區(qū)深度，m；—車輪荷載，KN；—系數(shù)，取0.5；—系數(shù)，取5～10路基工作區(qū)隨車輛荷載的增大而加深；隨路面結(jié)構(gòu)層的剛度和厚度的增加而減小。因此：（2-1-5）式中：—路面結(jié)構(gòu)層折算為同性質(zhì)路基土的當(dāng)量厚度，m；—路基實(shí)際工作區(qū)深度，m。表2-1

3、列出了幾種型號(hào)的汽車對(duì)應(yīng)的路基工作區(qū)深度。路基工作區(qū)深度表2-1汽車型號(hào)工作區(qū)深度（m）汽車型號(hào)工作區(qū)深度（m）=5=10=5=10解放CA10B1.62.0上海SH1301.21.5北京BH1301.21.6黃河NJ1501.92.4躍進(jìn)NJ1301.41.7紅旗CA7731.01.32.1路基受力與路基工作區(qū)2.1路基受力與路基工作區(qū)就路堤而言，當(dāng)路基工作區(qū)深度小于填土高度時(shí)，荷載作用全部由路堤承擔(dān)；當(dāng)路基工作區(qū)深度大于填土高度時(shí)，部分作用力傳遞給路堤下的地基承擔(dān)。所以原地基的土質(zhì)要符合要求，與路堤一樣壓實(shí)。;圖2-2工作區(qū)深度和路基高度路堤高度大于；b)路堤高度小

4、于2.2土質(zhì)路基的變形特性和強(qiáng)度指標(biāo)2.2.1土質(zhì)路基的變形特性（1）土基變形的非線形特征土基變形包括彈性變形和塑性變形。主要研究方法一般采用圓形剛性承載板法（圖2-3a）和三軸試驗(yàn)法（圖2-3b）。路基土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，包括固相、液相和氣相三部分，而固相部分又由不同成分、不同粒徑的顆粒組成。所以在應(yīng)力作用下的變形，從微觀角度看，是土的顆粒之間的相對(duì)移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)的距離超出一定限度時(shí)，即使應(yīng)力解除，土顆粒也不能再恢復(fù)原位。從宏觀角度看，土基將產(chǎn)生不可恢復(fù)的殘余變形。因此，土基的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系除了出現(xiàn)非線形特性之外，還表現(xiàn)出彈塑性質(zhì)。由圖2-3C可見(jiàn)，當(dāng)荷載卸除，應(yīng)力恢

5、復(fù)到零時(shí)，曲線由A回到B，0B即為塑性或殘余變形。2.2土質(zhì)路基的變形特性和強(qiáng)度指標(biāo)圖2-3土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線用模量值E來(lái)評(píng)定土基的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，有四種模量值：①初始切線模量：應(yīng)力值為零時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線的斜率，如圖2-3C中的①；②切線模量：某應(yīng)力級(jí)位處應(yīng)力—應(yīng)變曲線的斜率，如圖2-3C中的②，反映該級(jí)應(yīng)力處應(yīng)力—應(yīng)變的精確關(guān)系。③割線模量：以某一應(yīng)力值對(duì)應(yīng)的曲線上的點(diǎn)同起始點(diǎn)相連的割線的斜率，如圖2-3C中③所示，反映土基在工作應(yīng)力范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變的平均狀態(tài)；④回彈模量：應(yīng)力卸除階段，應(yīng)力——應(yīng)變曲線的割線斜率，如圖2-3C中④所示。2.2土質(zhì)路基的變形特性

6、和強(qiáng)度指標(biāo)（2）重復(fù)荷載作用對(duì)路基土的影響一般呈如下規(guī)律：每一次荷載作用之后，回彈變形即行消失，而塑性變形不再消失，并隨荷載作用次數(shù)的增加而累積逐漸加大，但隨著荷載作用次數(shù)的增加，每一次產(chǎn)生的塑性變形逐漸減小。結(jié)果：①土粒進(jìn)一步靠攏，土體進(jìn)一步逐漸密實(shí)而穩(wěn)定；②累積變形逐步發(fā)展成剪切破壞。出現(xiàn)哪一種結(jié)果取決于三種因素：①土的類別和所處的狀態(tài)（含水量、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）。②應(yīng)力水平（亦稱相對(duì)荷載）。相當(dāng)于一次靜載作用對(duì)的應(yīng)力極限δ極重復(fù)作用的應(yīng)力程度。如一次靜載作用時(shí)的應(yīng)力極限δ極為100，重復(fù)荷載應(yīng)力極限δ極為65，則應(yīng)力水平為0.65.③荷載作用的性質(zhì).即重復(fù)荷載的施

7、加速度、作用的的持續(xù)時(shí)間和重復(fù)作用頻率。2.2土質(zhì)路基的變形特性和強(qiáng)度指標(biāo)2.2土質(zhì)路基的變形特性和強(qiáng)度指標(biāo)2.2.2土質(zhì)路基的強(qiáng)度指標(biāo)路基路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度除了與路面材料的品質(zhì)有關(guān)之外，路基的支撐起著決定性的作用。路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它抵抗車輪荷載能力的大小，主要決定于路基頂面的抗變形能力。所以，路基的承載能力都用其抗變形能力來(lái)表征，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2.2土質(zhì)路基的變形特性和強(qiáng)度指標(biāo)（1）土基回彈模量（）為荷載作用應(yīng)力與應(yīng)變的比值。表征土基的荷載-變形特征，反映土基在瞬時(shí)荷載作用下可恢復(fù)變形的性質(zhì)