中南大学路基路面工程课件 2.路基路面材料的力学性质.ppt

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1、路基路面工程2011.03主讲周建普2.1路基受力与路基工作区2.2土质路基的变形特性和强度指标2.3路基主要病害及其防治2.4路面材料的力学强度特性2.路基路面材料的力学性质2.1.1路基受力与路基工作区（1）路基受力状况路基所受荷载作用有两种：A）路基路面自重；B）车辆荷载。路基土中某一点的应力为（2-1-1）③的求解假定路基为弹性半空间体，车轮荷载为一圆形均布垂直荷载，则2.1路基受力与路基工作区2.1路基受力与路基工作区图2-1土基中应力分布图式中：—车轮荷载，kN；—系数，一般取0.5；—圆形均布荷载中心下作用点的深度，m。的求解（2-1-3）式中：—路基土容

2、重，KN/m3。（2-1-2）2.1路基受力与路基工作区2.1.2路基工作区路基自重应力随深度而增加，车辆荷载应力随深度而减小。当达到一定深度时，车辆荷载引起的应力与路基自重应力的比值很小（仅为1/5-1/10）可忽略不计。该深度以上的区域范围称为路基工作区或应力作用区。由得（2-1-4）2.1路基受力与路基工作区式中：—路基工作区深度，m；—车轮荷载，KN；—系数，取0.5；—系数，取5～10路基工作区随车辆荷载的增大而加深；随路面结构层的刚度和厚度的增加而减小。因此：（2-1-5）式中：—路面结构层折算为同性质路基土的当量厚度，m；—路基实际工作区深度，m。表2-1

3、列出了几种型号的汽车对应的路基工作区深度。路基工作区深度表2-1汽车型号工作区深度（m）汽车型号工作区深度（m）=5=10=5=10解放CA10B1.62.0上海SH1301.21.5北京BH1301.21.6黄河NJ1501.92.4跃进NJ1301.41.7红旗CA7731.01.32.1路基受力与路基工作区2.1路基受力与路基工作区就路堤而言，当路基工作区深度小于填土高度时，荷载作用全部由路堤承担；当路基工作区深度大于填土高度时，部分作用力传递给路堤下的地基承担。所以原地基的土质要符合要求，与路堤一样压实。;图2-2工作区深度和路基高度路堤高度大于；b)路堤高度小

4、于2.2土质路基的变形特性和强度指标2.2.1土质路基的变形特性（1）土基变形的非线形特征土基变形包括弹性变形和塑性变形。主要研究方法一般采用圆形刚性承载板法（图2-3a）和三轴试验法（图2-3b）。路基土的内部结构十分复杂，包括固相、液相和气相三部分，而固相部分又由不同成分、不同粒径的颗粒组成。所以在应力作用下的变形，从微观角度看，是土的颗粒之间的相对移动。当移动的距离超出一定限度时，即使应力解除，土颗粒也不能再恢复原位。从宏观角度看，土基将产生不可恢复的残余变形。因此，土基的应力-应变关系除了出现非线形特性之外，还表现出弹塑性质。由图2-3C可见，当荷载卸除，应力恢

5、复到零时，曲线由A回到B，0B即为塑性或残余变形。2.2土质路基的变形特性和强度指标图2-3土的应力—应变关系曲线用模量值E来评定土基的应力-应变状态，有四种模量值：①初始切线模量：应力值为零时的应力—应变曲线的斜率，如图2-3C中的①；②切线模量：某应力级位处应力—应变曲线的斜率，如图2-3C中的②，反映该级应力处应力—应变的精确关系。③割线模量：以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，如图2-3C中③所示，反映土基在工作应力范围内的应力-应变的平均状态；④回弹模量：应力卸除阶段，应力——应变曲线的割线斜率，如图2-3C中④所示。2.2土质路基的变形特性

6、和强度指标（2）重复荷载作用对路基土的影响一般呈如下规律：每一次荷载作用之后，回弹变形即行消失，而塑性变形不再消失，并随荷载作用次数的增加而累积逐渐加大，但随着荷载作用次数的增加，每一次产生的塑性变形逐渐减小。结果：①土粒进一步靠拢，土体进一步逐渐密实而稳定；②累积变形逐步发展成剪切破坏。出现哪一种结果取决于三种因素：①土的类别和所处的状态（含水量、密实度、结构状态）。②应力水平（亦称相对荷载）。相当于一次静载作用对的应力极限δ极重复作用的应力程度。如一次静载作用时的应力极限δ极为100，重复荷载应力极限δ极为65，则应力水平为0.65.③荷载作用的性质.即重复荷载的施

7、加速度、作用的的持续时间和重复作用频率。2.2土质路基的变形特性和强度指标2.2土质路基的变形特性和强度指标2.2.2土质路基的强度指标路基路面结构强度除了与路面材料的品质有关之外，路基的支撑起着决定性的作用。路基作为路面结构的基础，它抵抗车轮荷载能力的大小，主要决定于路基顶面的抗变形能力。所以，路基的承载能力都用其抗变形能力来表征，参数指标有:回弹模量、地基反应模量、加州承载比（CBR）等2.2土质路基的变形特性和强度指标（1）土基回弹模量（）为荷载作用应力与应变的比值。表征土基的荷载-变形特征，反映土基在瞬时荷载作用下可恢复变形的性质