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第2章 行车荷载、环境因素与土基的承载能力(路基路面工程).

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路基路面工程思考题

路基路面工程思考题

路基路⾯⼯程思考题思考题汇总第1章总论1、路基、路⾯分别指的是什么？路基和路⾯在公路中各起什么作⽤？有哪些基本性能要求？答：路基：路基是在天然地表⾯按照道路的设计线形（位置）和设计横断⾯（⼏何尺⼨）的要求开挖或堆填⽽成的岩⼟结构物。

路⾯：路⾯是在路基顶⾯的⾏车部分⽤各种混合料铺筑⽽成的层状结构物。

作⽤：路基是路⾯结构的基础，坚固⽽⼜稳定的路基为路⾯结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，⽽路⾯结构层的存在⼜保护了路基，使之避免了直接经受车辆和⼤⽓的破坏作⽤，长期处于稳定状态。

基本性能要求:①承载能⼒（包括强度和刚度）；②稳定性；③耐久性；④表⾯平整度；⑤表⾯抗滑性能。

2、影响路基路⾯稳定性的因素主要有哪些？答：①地理条件；②地质条件；③⽓候条件；④⽔⽂和⽔⽂地质条件；⑤⼟的类别。

3、我国公路⽤⼟如何进⾏类型划分？答：我国公路⽤⼟依据⼟的颗粒组成特征，⼟的塑性指标和⼟中有机质存在的情况，分为巨粒⼟、粗粒⼟、细粒⼟和特殊⼟四类。

4、为何要进⾏公路⾃然区划，制定⾃然区划的原则⼜是什么?答：我国地域辽阔，⼜是⼀个多⼭的国家，从北到南分处于寒带、温带和热带。

从青藏⾼原到东部沿海⾼程相差4000m以上，因此⾃然因素变化极为复杂。

不同地区⾃然条件的差异同公路建设有密切关系。

为了区分各地⾃然区域的筑路特性，进⾏了公路⾃然区划。

原则：①道路⼯程特征相似的原则；②地表⽓候区划差异性的原则；③⾃然⽓候因素既有综合⼜有主导作⽤的原则。

5、路基湿度的⽔源有哪些⽅⾯？答：①⼤⽓降⽔；②地⾯⽔；③地下⽔；④⽑细⽔；⑤⽔蒸⽓凝结⽔；⑥薄膜移动⽔。

6、试述路基⽔温状况对路基的影响。

答：沿路基深度出现较⼤的温度梯度时，⽔分在温差的影响下以液态或⽓态由热处向冷处移动，并积聚在该处，积聚的⽔冻结后体积增⼤，使路基拱起⽽造成⾯层开裂，使路⾯遭受严重破坏7、路基⼲湿类型分为⼏种? 路基对⼲燥状态的⼀般要求是什么？答：分为四类，⼲燥、中湿、潮湿和过湿。

路基路面工程_李宇峙_第二章行车荷载、环境因素、材料力学性质

路基路面工程_李宇峙_第二章行车荷载、环境因素、材料力学性质



一、公路路面的温度状况
1 、影响机理
路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内 部的温度的升降而产生膨胀和收缩。
由于温度在路基路面结构内部的变化沿深度方向 是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。 当这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实 现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度 应力，进而对路基路面产生破坏。
二、公路路面的湿度状况
1.对路基的影响 冻胀翻浆（与温度作用共同进行） 过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性 2.做好路基路面排水的重要性
课后思考

1.在工程设计中，如何对接触压力进行简 化。

2.怎样考虑运动车辆对道路的影响。
§2-3 土基的力学强度特性
一、路基受力状况

路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。 汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂直荷 载，路基为一弹性均质半空间体。 路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力可以用 近似如下公式计算。

环境因素影响主要表现在温度和湿度。
§2-2
环境因素影响

温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环 境因素。 路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温 度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 路基土和路面材料的的体积随路面体系内的温度和 湿度升降而胀缩（胀缩因某种原因受到约束而不能 实现时，路基和路面结构内便会产生附加应力，即 温度应力和湿度应力）。
五、交通分析
1.交通量 交通量——在一定时间间隔内各类车辆通过某一断面 的数量。 年平均日交通量——在一年365天内的交通量之和除 以365天。 交通量调查方法——直接记录、自动记录仪。 交通量年平均增长率 设计年限内累计交通量 2.轴载组成与轴载换算 轴载换算——道路是行驶的车辆轴载与通行次数可以 按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数。 我国的标准轴载为BZZ-100。

02路基路面工程-行车荷载温度情况及资料力学性质 共52页

02路基路面工程-行车荷载温度情况及资料力学性质 共52页
辐射热），对记录的路面温度和气象因素进行逐年回归分析。
Tmax —路面某一深度处的最高温度，℃； Ta.max—相应的日最高气温， ℃；
Q—相应的太阳日辐射热，J/㎡； a.b.c—回归常数。
特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可在条件相似的地区 参考使用。
19
方法2： 理论法 应用热传导理论方程式推导出。 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程。 特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与实测有一定的误差。
表征参数——地基反应模量
k p l
形式简单，任一点的垂直压力p与弯沉l之比， 不涉及泊松比，适用于刚性路面分析
30
• 三、加州承载比（CBR ——California Bearing 承R载a能t力io以）材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征
19.35cm2标准压头，以0.127cm/min压入土体，记录每压入0.254cm时的单位压力 ，直至深度达到1.27cm为止。
12
• 2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴 载大于50KN的各级轴载换算。
•
C’1——轴载系数， C1=1+2（m-1),m是轴数。 C’2—轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09 3、轮迹横向分布：
1） 车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右 摇摆，并按一定的频率分布在车道横断面上，称为车轮的横向分布。
之下，表面岩石从坡面上剥落下来，向下滚落。 崩塌： 大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌。
崩塌：整体岩块在重力作用下倾倒、崩落。 原因：岩体风化破碎，边坡较高。 影响：危害较大的病害之一。
35
比较： 崩塌无固定滑动面。 崩塌体各部分相对位置在移动过程中完全打乱。

路基路面-行车荷载、环境因素、材料的力学特性 (1)

路基路面-行车荷载、环境因素、材料的力学特性 (1)

三、汽车对道路的静态压力
1、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。 行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水 平力、 振动力。 2、汽车对道路的静态压力 静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。 影响静态垂直压力大小的因素： （1）汽车轮胎的内压力pi； （2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状； （3）轮载的大小。



汽车货运朝大型重载方向发展，货车的 总重量有 增加趋势，超载运输问题在我 国日益突出。 要发展多轴多轮。 对超载的定义：2000年2月，交通部《超 限运输车辆行驶公路管理条例》规定： “单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单 轴（每侧双轮胎）载质 量10000kg，双联 轴（每侧双轮胎）载质量 18000kg。”附 则第二十九条规定，单轴轴载最 大不得 超过13000kg。
第二章 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
基本内容
第一节 行车荷载
第二节 环境因素影响 第三节 土基的力学强度特性 第四节 土基的承载能力 第五节 路基的变形破坏及防治
第六节 路面材料的力学强度特性
第七节 路面材料的累积变形及疲劳特性
第一节 行车荷载
研究行车荷载的原因：



1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成 路基路面结构损坏的主要成因。 2、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、 持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量 影响路面的使用性能。 3、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原 因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷 载进行分析。
行车荷载的主要研究内容：


车辆的种类； 汽车的轴型； 汽车对道路的静态压力； 运动车辆对道路的动态影响； 交通分析。

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性

土质路基湿度增大 ----模量 土质路基湿度增大 ----模量和强度降低 模量和强度降低
二、路面温度状况的影响因素 外部因素： 外部因素：( 主要为气候条件 ) 气温 太阳辐射 风速 降水和蒸发等 内部因素： 内部因素：( 路面结构层的热特性 ) 材料的导热系数 比热容 材料对辐射热的吸收率等
材料的种类、内部结构、孔隙率、 主要表现在 : 材料的种类、内部结构、孔隙率、 湿度及表面特性等方面
第二章 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
第二章 行车荷载、环境因素、 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 行车荷载 环境因素影响 土基的力学强度特性 土基的承载能力 路基的变形破坏及防治 路面材料的力学强度特性 路面材料的累积变形及疲劳特性
行车荷载的主要研究内容：
汽车的轮重与轴重； 不同车型的车轴布置； 设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量 的逐年变化； 汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。
一、车辆的种类
道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。 客车：小客车、中客车、大客车； 客车：小客车、中客车、大客车； 货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。 货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。
一. 车轮对路面的静态作用 1. 垂直接触压力（即接地压强） 垂直接触压力（即接地压强） 轮载大小 轮胎内压 (轮胎内的气压) 轮胎内的气压)
p
pi
有关
p 的大小与
轮胎的弹性 轮胎接触面的面积 轮胎的花纹
车辆在不同的行驶状态 p = (0.8 ~ 1.3) pi 通常轮胎内压 pi = 0.4 ~ 0.7 Mpa 考虑综合影响后,在路面结构设计中一般取 考虑综合影响后 在路面结构设计中一般取 p = pi

2章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质

2章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质

五. 交通分析（交通调查：车辆数/车辆类型/货车满载程度）
1. 交通量: 一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量 （年平均交通量、高峰小时交通量、日分布不均匀系数、年增长率）
（1）初始年平均日交通量：
365
Ni
N1
i1
365
（2）设计年限内累计交通量：
（2-6）
Ne
365N 1
1 t
P03
P13 P23
P02
P12 P22
P01
P11 P21
25 L1 L2 L3
B1 S1
B1 S1
B2 S2 B3 S2 B2
比较复杂的轮胎接地面积计算
四. 运动车辆对道路的动态影响
1. 动态力
水平力(滚动摩阻/加减速制动摩擦力/ 弯道侧向摩擦力) 、振动力
Qmax P
（2-4）
路面附着系数f与路面结构类型、干湿状态及车速有关
➢路表温度变化与气温大致同步，但温度较气温高
➢不同深度处的温度同样随气温变化呈周期变化，升降幅 度随深度增加而减小，峰值出现也随深度增加而滞后
一天内不同时刻沿水泥混凝土 面层深度的温度日变化曲线
观测结果分析：
水泥混凝土面层温度梯度与气 温的日变化曲线
➢顶面与底面之间的温差，在一天内经历了由负到正，再由正 到负的循环变化
《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》
第五十四条 机动车载物不得超过机动车行驶证上核定的载 质量，装载长度、宽度不得超出车厢，并应遵守下列规定：
(一)重型、中型载货汽车，半挂车载物，高度从地面起不 得超过4米，载运集装箱的车辆不得超过4.2米；
(二)其他载货的机动车载物，高度从地面起不得超过2.5米；

第2章 行车载荷

第2章 行车载荷

Tmax = a + bTa⋅max + cQ
Tmax —路面某一深度处的最高温度，℃； Ta.max—相应的日最高气温， ℃； 路面某一深度处的最高温度， 相应的日最高气温， 路面某一深度处的最高温度 相应的日最高气温 Q—相应的太阳日辐射热，J/㎡； a.b.c—回归常数。 相应的太阳日辐射热， ㎡ 回归常数。 相应的太阳日辐射热 回归常数
5、交通分析 、
（2）轴载组成与等效换算 ）
不同重量的轴载对路面结构的损伤程度不同，对于路面结构设计而言， 不同重量的轴载对路面结构的损伤程度不同 ，对于路面结构设计而言， 除 了设计期限内的累计交通量外， 了设计期限内的累计交通量外，设计人员普遍应该关注的另一个重要交通参数便 是各级轴载所占的比例， 轴载组成或轴载谱。 是各级轴载所占的比例，即轴载组成或轴载谱。 轴载谱调查：在交通量观测中，记录通行车辆的轴数和轴载大小， 轴载谱调查： 在交通量观测中， 记录通行车辆的轴数和轴载大小， 然后按 轴载大小分类统计累计轴载数，这种调查称为轴载谱调查。 轴载大小分类统计累计轴载数，这种调查称为轴载谱调查。 轴载谱：将轴载谱调查资料整理成表示各级轴载作用频数百分率直方图， 轴载谱：将轴载谱调查资料整理成表示各级轴载作用频数百分率直方图，作 为该类车辆的典型轴载谱。
(truck) 牵引车与挂车分离，铰接。 牵引式半挂车 牵引车与挂车分离，铰接。
第一节 行车荷载
2、汽车的轴型 、
轴重是路面设计的关键。 轴重是路面设计的关键。 是路面设计的关键 整车、客货车：1、前轴：两个单轮组成的单轴占约1/3。 前轴：两个单轮组成的单轴占约1/3。 整车、客货车： 极少数为双轴单轮。约占1/2。 极少数为双轴单轮。约占1/2。 2、后轴：有单轴、双轴、三轴类型。 后轴：有单轴、双轴、三轴类型。 大部分为双轴双轮。 大部分为双轴双轮。 我国的设计标准轴载为100kN 我国的设计标准轴载为

路基路面工程第二章行车荷载环境因素材料的力学性质

路基路面工程第二章行车荷载环境因素材料的力学性质

1.研究行车荷载的原因：1）汽车是路基路面的服务对象。

路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、平稳地通行。

2）汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。

要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。

2.对行车荷载的研究内容：汽车的轮重与轴重；不同车型的车轴布置；设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐年变化；汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。

3.车辆的种类：道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类；客车：小客车、中客车、大客车；货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。

4.汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以轴重作为荷载标准。

因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。

对于小客车，则主要对路面的表面特性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。

5.汽车的轴型：轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。

我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。

目前我国公路上行驶的车辆，后轴轴载一般在60～130kN 范围内。

汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。

对超载的定义：2000年2月，交通部《超限运输车辆行驶公路管理条例》规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单轴（每侧双轮胎）载质量10000kg，双联轴（每侧双轮胎）载质量18000kg。

”附则第二十九条规定，单轴轴载最大不得超过13000kg。

6.静态压力P的影响因素：汽车轮胎内压；轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；轮载的大小。

7.轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，在设计中以圆形接触面积来表示。

该圆称为当量圆。

标准轴载BZZ－100的设计参数：轮载P＝100／4kN，p=700kPa，双圆均布荷载的当量圆直径为：0.213m。

8.运动车辆对道路的动态影响：1）水平力：前进方向上的水平力和转弯时的侧向水平力。

水平力对路面造成的影响：当路面面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。

路基路面工程第2章行车荷载、环境因素与土基的承载能力-6

路基路面工程第2章行车荷载、环境因素与土基的承载能力-6

6
0.2401
80~100
144
0.6561
100~110
16
1.2155
110~120
1
1.749
<40
14
0.0032
40~80
21
0.0162
80~120
44
0.125
120~160
42
双轴
160~180
44
0.4802 1.044
180~200
21
1.629
200~220
101
2.431
220~240
（水平力、振动力）（瞬时性、重复性）
2019/7/9
中等平整度路面，
车速60km/h， 轮胎着地长23cm 通过时间0.0138s
1）汽车对道路的水平力作用 汽车运动形式不同，产生的水平力的大小和方向也不同。 上坡和加速—汽车对路面产生向后的水平力； 下坡制动及减速—产生向前的水平力； 在弯道上行驶—产生侧向水平力； 直线等速运动—克服各种阻力而对路面施加一定的水平力。 后果：水平力易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求 面层材料有足够的抗剪强度—城市道路 大小：与垂直压力P、轮与路面附着系数ψ有关
由交通量调查得到的 各类车辆的日交通量乘以 与相应的轴载谱百分率→ 各类车辆各级轴载的相应 日作用次数。 轴载谱的应用：轴载调查→轴载谱→各级轴载作用次数；
“实践→理论→实践”
2019/7/9
2）轴载换算
道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换 算为某一标准轴载的当量通行次数。我国水泥混凝土路面设 计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载100KN作 为标准轴载。
qmax≤p×ψ

路面路基工程 第二章 行车荷载环境因素材料力学性质

路面路基工程 第二章 行车荷载环境因素材料力学性质
不良地质条件：泥石流、溶洞等。 较大自然灾害：大暴雨地区。
二、路基病害防治 prevention
提高路基稳定性，防止各种病害产生，采取措施： For Improving subbase stability and preventing damage, we can use the following methods:
1]
2、轴载的组成与等效换算： component of axle load and equivalent converted 轴载谱axle load spectrum :各级轴载所占的比例. 等效原则换算：principle of equivalent converted
某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同的损坏程度为根据的。
六、交通分析：traffic analysis
1、交通量：traffic volume 一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。对于
路面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必须区分不同的车型。
365
Ni
N1
i1
365
Ne
365N1
[(1
)t
1]
Ne
365Nt
(1 )t1
[(1
)t
南方—雨季积水湿软路基 south: soft subbase by gathered water
第三节 土基的荷载变形特性 loading deformation in soil
一.土基的受力状况 1路基受力： 自重 weight 车辆荷载 vehicle load
P—车轮荷载换算的均布荷载 KN/㎡ D—圆形均布荷载作用面积的直径。 Z—应力作用点深度。 r—土的容重。
碎落dehris

【精品】第二章--行车荷载及环境作用教学资料

【精品】第二章--行车荷载及环境作用教学资料
o ①
④③
1
2
ε
土的应力－应变关系曲线②
➢ （1）初始切线模量：应力值为零时的应力-应变曲线的 正切，如图①代表加荷开始土的应力-应变关系。
➢ （2）切线模量：某一应力级位处应力-应变曲线斜率， 如图②反映土在该级位应力-应变变化精确关系。
➢ （3）割线模量：以某一应力值对应曲线上的点同起始 点相连的割线斜率，如图③反映在该应力级范围内的应 力-应变关系的平均情况。
Ns Ni
( Pi )n
Ps
4）累计轴载作用次数
初始年平均日交通量N1
365
Ni
N1
i1
365
设计年限内累计交通量
Ne
365N1
[(1
)t
1]
Ne
365Nt
(1 )t1
[(1
)t
1]
设计年限内一个车道内的累N计e 交通量
§2-2 环境因素影响
1、温度湿度对道路的影响概述
• 湿度
在多数情况下，试验曲线呈非线性。在确定模量时，可
以根据土基实际受的压力范围或可能产生的弯沉范围在
曲线上取值。
路面设计中，按1mm线性归纳法来确定土基回弹模量。
n
E0
a
2
1
2 0
i 1 n
pi li
i 1
5、地基反应模量 温克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程师温克勒
(Winkler)1876年提出的，其基本假定是地基上任一点 弯沉仅与作用于该点的压力p成正比，而与相邻点处压 力无关。用直径76cm的刚性板测定。当地基较软弱时， 取l=0.127cm时相对应压力p计算地基反应模量；当地基 较为坚硬时，取单位压力p=0.07MPa时相对应弯沉值l

第二章 行车荷载

第二章 行车荷载
道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效 原则换算为某一标准轴载的当量通行次数， 原则换算为某一标准轴载的当量通行次数，我国 水泥混凝上路面设计规范和沥青路面设计规范均 选用双轮组单轴轴载100kN作为标准轴载（BZZ作为标准轴载（ 选用双轮组单轴轴载 作为标准轴载 100）。 ）。
轮迹横向分布
8
17
加州承载比(CBR) 三、加州承载比(CBR)
加州承载比是早年由美国加利福尼亚州 （California ）提出的一种评定士基及路面 材料承载能力的指标。 材料承载能力的指标。承载能力以材料抵 抗局部荷载压人变形的能力表征， 抗局部荷载压人变形的能力表征，并采用 高质量标准碎石为标准， 高质量标准碎石为标准，以它们的相对比 值表示CBR值。 值表示 值 CBR试验设备有室内试验与室外试验两种。 试验设备有室内试验与室外试验两种。 试验设备有室内试验与室外试验两种
分散相—粗集料 分散相 粗集料 沥青混合料（粗分散系） 沥青混合料（粗分散系） 分散介质—砂浆（细 分散介质 砂浆（ 砂浆 分散系） 分散系） 分散相—细集料 分散相 细集料 分散相—填料 分散相 填料
分散介质—沥青胶结 分散介质 沥青胶结 微分散系） 物（微分散系） 分散介质—沥青 分散介质 沥青
11
二、路基工作区
在路基某一深度Z 在路基某一深度 a处，当车轮荷载引起的 垂直应力σ 与路基土自重引起的垂直应力 垂直应力 Z z与路基土自重引起的垂直应力 σB相比所占比例很小，仅为 相比所占比例很小，仅为1/10~1/5时， 时 该深度Z 范围内的路基称为路基工作区。 该深度 a范围内的路基称为路基工作区。 在工作区范围内的路基， 在工作区范围内的路基，对干支承路面结 构和车轮荷载影响较大， 构和车轮荷载影响较大，在工作区范围以 外的路基，影响逐渐减少。 外的路基，影响逐渐减少。 路基工作区内， 路基工作区内，土基的强度和稳定性对保 证路面结构的强度和稳定性极为重要， 证路面结构的强度和稳定性极为重要，对 工作区深度范围内的土质选择， 工作区深度范围内的土质选择，路基的压 实度应提出较高的要求。 实度应提出较高的要求。

2章

2章

面层的透水性对路基路面的湿度有很 大影响,若采用不透水的面层结构, 将减少降水和蒸发的影响. 路肩以下路基湿度的季节性变化对 路面结构及以下的路基也有影响.
§ 2-3土基的力学强度特性 土基的力学强度特性
一,路基的受力状况 路基承受路基自重和汽车荷载. 在路基上部靠近路面结构的一定深 度内,路基土主要承受车辆荷载的影响. 正确的设计应保证路基所受的力在路基 弹性限度以内,当车辆驶过后,路基能 立即恢复原状. 路基土在车轮荷载作用下所引起的 垂直应力σz的近度变化的因素: 影响温度变化的因素 内部:路面各结构层材料的热物理参数, 如热传导率,热容量,对辐射热的吸收能力 等; 外部:主要是气象条件:如太阳辐射, 气温,风速,降水,蒸发量等.
二,湿度的影响作用 1.对路基的影响 对路基的影响 冻胀翻浆(与温度作用共同进行) 过大的湿度直接降低路基土的强度 和稳定性.例如在北方季节性冰冻地区, 冰冻开始时,路基水分向冻结线积聚形 成冻胀,春暖融冻初期形成翻浆的现象 较普遍.而在南方非冰冻区,当雨季来 临时.未能及时排除的地面积水和离地 面很近的地下水将使路基土湿润而软化.
货车轮胎的标准静内压力Pi一般在0.4~0.7MPa范 围内.通常轮胎与路面接触面上的压力F略小于内 压力Pi,约为(0.8—0.9)Pi .车轮在行驶过程中,内 压力会因轮胎充气温度升高而增加,因此,滚动 的车轮接触压力也有所增加.达到(0.9—1.1)Pi . 轮胎的刚度随轮胎的新旧程度而有不同,接触面 的形状和轮胎的花纹也会影响接触压力的分布, 一般情况下,接触面上的压力分布是不均匀的. 不过在路面设计中,通常忽略上述因素的影响, 而直接取内压力作为接触压力,并假定在接触面 上压力是均匀分布的.
行车荷载,环境因素, 第二章 行车荷载,环境因素, 材料的力学特性
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14 21 44 42 44 21 101 43
1.749
0.0032 0.0162 0.125 0.4802 1.044 1.629 2.431 3.498
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0 0 6 20 46 34 246 150 619
累计当量轴次数 2018/10/15
2.2.4交通量预测分析(例题)
例2.2 某二级汽车专用公路，沥青路面，设计年限为 15 年。由交通量调查资料得到，初始年平均日交通量为 7000 辆，其中同路面损坏有关的各类车辆的交通量列于下 表中，方向系数为 0.5。请计算设计年限内标准轴载累计作 用次数。
设计年限 内累计作 用次数Ne 179,722 204,239 225,222 2,665,624 1,581,948 207,798 282,551 78,659 389,739
c、轮载的大小。
货车轮胎的标准静内压力pi一般在0.4～0.7MPa范围内。
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2.1.3 汽车对道路的静态压力(接触压力)
3）接触压力：
a、通常停驻时接触压力p约为(0.8～0.9) pi b、行驶→温度↑→内压力↑→ p约(0.9～1.1) pi c、轮胎新旧、接触面形状、轮胎的花纹→影响接触压力的 分布，一般接触面上的压力分布是不均匀的。 在路面设计中，通常忽略上述因素的影响，认为p=pi，并 假定在接触面上，压力是均匀分布的。
2.2.1交通量： 定义：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。对于路 面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必须区分不同的车型。 交通量观测调查： 1、直接观测：分车型 2、轴载谱调查： 交通量年平均增长率根据长期交通观测资料得到，设计年限内累计交 通量Ne：
N1为设计初始年平均日交通量；Nt=N1(1+γ)t-1
轴载谱的应用：轴载调查→轴载谱→各级轴载作用次数； “实践→理论→实践”
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2）轴载换算
道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换 算为某一标准轴载的当量通行次数。我国水泥混凝土路面设 计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载100KN作 为标准轴载。 换算原则：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同 的损伤程度。 注：其以结构损伤为基础 ( 区别道勘交通量折算→车辆 占用道路净空) n pi N 换算公式： i s
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2.1 行车荷载
2.1.1
客车
车辆种类
自重和满载重量小，车速高，120km/h 6~20个座位 20个座位以上，长途客运和城市公共交通 货箱与汽车发动机一体。 牵引车与挂车分离，牵引车提供动力，牵引 后挂的拖车 牵引车与挂车分离，铰接，牵引车的后轴也 担负部分货车的重量
小客车 中客车 大客车 整车 货车 牵引式挂车
后果：水平力易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求 面层材料有足够的抗剪强度—城市道路 大小：与垂直压力P、轮与路面附着系数ψ有关
qmax≤p×ψ
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2）汽车对道路的振动力作用
a、轮载振动力可近似地看作为呈正态分布，其变异系数 (标准离差/轮载静载)影响因素： 行车速度：车速越高，变异系数越大； 路面的平整度：平整度越差，变异系数越大； 车辆的振动特性：轮胎刚度，减振装置效果。 正常情况下，变异系数一般均小于0.3。 b、冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。在较平 整的路面上，行车速度不超过 50km/h 时，冲击系数不超过 1.30。 路面设计时，有时要计入冲击系数的影响。
Ni ps
式中：α—反映轴型(单轴、双轴或三轴)和轮组轮胎数(单轮或双 轮)影响的系数； n—同路面结构特性有关的系数。
不同路面结构换算公式不同，具体公式见相应规范章节。
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3）轮迹横向分布
a ）车辆在道路横断面上的分布，通常在中心线附近一 定范围内摆动，由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而车 道上的轴载作用次数既不会集中在横断面的某一固定位置， 也不可能平均分配到每一点上，而是按一定的规律在车道横 断面上分布，该现象称为轮迹横向分布→轮迹横向分布频率 曲线。
对于路面结构设计而言，主要考虑汽车的轴重。由于
轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，
为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对于轴重的 最大限度均有明确的规定。
据国际道路联合会1989年公布的统计数据，在141个
成 员 国 和 地 区 中 ， 轴 限 最 大 的 为 140KN ， 近 40% 执 行 100KN轴限。 我国公路与城市道路路面设计规范中均以 100KN作为 设计标准轴重。通常认为我国的道路车辆轴限为100KN。
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本章主要介绍道路上行车荷载的特点、道路交 通分析、环境因素对路面结构的影响、土基的力学 强度特性与承载能力等基础知识。 2.1 行车荷载 2.2 交通分析
2.3 环境因素对路面结构的影响
2.4 土基的力学强度特性
2.5 土基的承载能力
2.6 路基的变形、破坏及防治 2.7 路面材料的力学特性（选学）
动荷载作用时间短暂，应力来不及传递到较深的土层，路 面变形量减小；可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是 路面结构强度的相对提高。 重复作用：材料的疲劳/弹塑性材轴载的累积作用次数也是路面设计的重要参数。
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2.2 交通分析
牵引式半挂车
注：1）货车总的发展趋向是向大吨位发展（集装箱，40-50吨） 2）汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计 主要以轴重作为荷载标准， 3）在设计时：结构设计，主要考虑重型车 路面表面特性(平整性，抗滑性)：以小汽车为主要对象。
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2.1.2 汽车的轴型
注：Ne乘以方向系数和车道系数后即可得到车道交通量。
方向系数：一个行车方向的交通量与行车道交通量的比例。
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2.2.2 轴载组成与轴载换算
1)轴载组成/轴载谱
不同 重量的轴载给路 面结构带来的损伤程度是 不同的→各级轴载所占的 比例即为轴载组成/谱。 由交 通量调查得到的 各类车辆的日交通量乘以 与相应的轴载谱百分率 → 各类车辆各级轴载的相应 日作用次数。
车辆类型
初始 交通 量 48 25 1605 518 195 40 25 5 65
等效轴 载换算 系数 0.5123 1.1178 0.0192 0.7041 1.11 0.7108 1.5464 2.1525 0.8204
标准轴 载作用 次数N1 24.5904 27.945 30.816 364.723 216.45 28.432 38.66 10.7625 53.326
中等平整度路面， 车速60km/h， 轮胎着地长23cm 通过时间0.0138s
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1）汽车对道路的水平力作用
汽车运动形式不同，产生的水平力的大小和方向也不同。
上坡和加速—汽车对路面产生向后的水平力； 下坡制动及减速—产生向前的水平力； 在弯道上行驶—产生侧向水平力； 直线等速运动—克服各种阻力而对路面施加一定的水平力。
上节内容回顾： 1. 道路工程的发展概况→路基路面工程的科研成果； 2. 路基路面的功能和要求： (a)强度和刚度→ 抵抗荷载作用下产生的各种应力和长期荷载作用下产生 的变形； (b)足够的稳定性； (c)耐久性； (d)表面平整性；(e)表面抗 滑性. 3. 影响路基路面稳定性因素 (a)自然因素(地质和地理条件，气候条件，水文及水文地质，土的类别和 强度) (b)人为 因素(荷载作用，路基路面结构，施工方法与质量，养护措施) 4. 路基土的分类及工程性质(根据塑性指标、颗粒组成、有机质含量分为：巨 粒土、粗粒土、细粒土、特殊土) 5.公路自然区划 一级自然区划：根据地理、地貌、气候、土质等因素划分为7个区； 二级自然区划：以气候和地形为主导因素，以潮湿系数为主要标志体系； 三级自然区划：以行政区域作为界限，有两种区划方法：按照地貌、水文和 土类划分；按照水热、地理和地貌划分。
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6. 路基的水温状况和干湿类型(分界稠度)
7. 路面结构及层次划分(对面层、基层、垫层的要求)
8. 路面等级与分类 路面等级：高级、次高级、中级、低级；
路面分类：柔性路面、刚性路面、半刚性路面.
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路基路面工程
第2章 行车荷载、环境因素
与土基的承载能力
参考教材：路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，2005
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2.1.3 汽车对道路的静态压力(接触压力)
1）定义：汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。 当汽车处于停驻状态下，对路面的作用力为静态压力，主要是 由轮胎传给路面的垂直压力 p，其大小主要取决于车轮的总重。 2）影响因素：
a、汽车轮胎的内压力pi。 b、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。
2）轴载组成分析； 3）轴载换算，求当量轴载作用次数； 4）求N1； 5）求Ne
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2.2.4交通量预测分析(例题)
例2.1 某沥青路面，由交通调查资料得知，其中5轴和 5 轴以上的牵引式半拖车和拖车类车辆的日交通量为 165 辆， 由称重得到的这类车辆的轴载组成列于下表，请确定这类车 辆的等效轴载换算系数。
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[解]：由规范，取标准轴载为 100KN。
（1）交通调查，由题目给出； （2）轴载组成分析，如表： （ 3 ）计算各种轴载的换算系数， 结果如表： （ 4 ）轴载换算，计算各种轴载的 当量轴载次数；见表： （ 5 ）求和，可得累计当量轴载作 用次数； （6）则等效轴载换算系数为： 619.31/165=3.75 所以，其等效轴载换算系数为 3.75
以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。
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