路面设计原理与方法 车辆在路面上行使,车轮对路面下土基的作用时间随车辆行使的速度变化而变化,但通 常都是很小的,在这短暂的一瞬间,产生的塑性变形比之于静荷载长期作用下的塑性变形小 得多。因此,一般情况下,土基的流变性质可以不予考虑。 )重复荷载作用下土基的变形特性 土基承受着车轮荷载的多次重复作用,每一次荷载作用时,土基产生的变形均可分为弹 性变形和塑性变形两部分,弹性变形部分随着荷载的消失立即恢复,而塑性变形部分因不能 恢复而形成残余变形,这种残余变形会随着荷载重复作用次数的增加而累积。但是,随着荷 载重复作用次数的增加,每一次产生的塑性变形则逐渐减小。所以,它的变形累积速度是随 作用次灵敏的增加而减缓的 土基在荷载的重复作用下产生的变形累积,最终可导致两种不同的情况。一种是土体逐 渐压密,土的颗粒之间进一步靠拢,但是不会产生引起土体整体破坏的剪切面,土基被压实 而稳定,另一种是荷载的重复作用造成土体的剪切变形不断发展,形成整体破坏的剪切面, 最后达到破坏阶段,土基失去支承荷载的能力 土基在荷载重复作用下的变形累积,将导致哪一种最终结果,主要取决于: 1、土的性质(类型)和状态(含水量、密实度、结构状态): 2、重复荷载的大小,通常以相对荷载,即重复荷载产生的应力与静载极限强度之比表 3、荷载作用的速度、持续时间以及频率; 4、土基中侧向应力的大小。 实验表明,较干的土(相对含水量小于0.7),在相对荷载小于0.45~0.55的情况下 荷载的重复作用结果将使土固结硬化:而相对荷载大于此值时,土在荷载作用下达到(相对 含水量大于0.7至0.8),保持土在荷载重复作用下不发生破坏变形的安全相对荷载值急剧 降低,对于粘性土小于0.09,砂性土小于0.12~0.15,粉性土不超过0.10 在安全相对荷载重复作用下,土基的累积总变形与荷载作用次数之间在以对数坐标上呈 直线关系,以公式表示为 Ig Ln = lg li+nlg N (4-2) 或者 LN=LN (4-3) 式中L——荷载作用N次后的总变形(m) L——荷载作用一次后的总变形(m) N—一荷载作用次数 n—统计回归的系数 水泥混凝土路面在车轮荷载反复作用下,会产生不均匀的塑性变形累积(特别是在路面 板的边角部位),导致板下局部脱空而产生的附加应力,这是工程实践中水泥混凝土路面板 的边、角部位断裂破坏较多的重要原因之一。沥青路面上常见的破坏,如产生轮辙、波浪等, 也主要是由于土基及整个路面结构的塑性变形所引起的,因此,如何防止土基塑性变形累积 而造成的不均匀沉陷,是路面设计中一个重要的问题。 (四)土基的强度指标 土基的力学表征取决于采用何种地基模型表示土基的受力状态和性质。目前,世界各国 在路面力学计算中采用的地基模型主要是弹性半空间体地基模型和文克勒地基模型两种。前 者用反映土基应力应变特性的弹性模量E和泊松比μ作为土基的刚度指标;后者用地基反 应模量K表征土基受力后的变形性质,此外,用于表征土基承载能力和进行路面设计的强度 第30页路面设计原理与方法 第30页 车辆在路面上行使，车轮对路面下土基的作用时间随车辆行使的速度变化而变化，但通 常都是很小的，在这短暂的一瞬间，产生的塑性变形比之于静荷载长期作用下的塑性变形小 得多。因此，一般情况下，土基的流变性质可以不予考虑。 (三) 重复荷载作用下土基的变形特性 土基承受着车轮荷载的多次重复作用，每一次荷载作用时，土基产生的变形均可分为弹 性变形和塑性变形两部分，弹性变形部分随着荷载的消失立即恢复，而塑性变形部分因不能 恢复而形成残余变形，这种残余变形会随着荷载重复作用次数的增加而累积。但是，随着荷 载重复作用次数的增加，每一次产生的塑性变形则逐渐减小。所以，它的变形累积速度是随 作用次灵敏的增加而减缓的。 土基在荷载的重复作用下产生的变形累积，最终可导致两种不同的情况。一种是土体逐 渐压密，土的颗粒之间进一步靠拢，但是不会产生引起土体整体破坏的剪切面，土基被压实 而稳定，另一种是荷载的重复作用造成土体的剪切变形不断发展，形成整体破坏的剪切面， 最后达到破坏阶段，土基失去支承荷载的能力。 土基在荷载重复作用下的变形累积，将导致哪一种最终结果，主要取决于： 1、土的性质(类型)和状态(含水量、密实度、结构状态)； 2、重复荷载的大小，通常以相对荷载，即重复荷载产生的应力与静载极限强度之比表 示； 3、荷载作用的速度、持续时间以及频率； 4、土基中侧向应力的大小。 实验表明，较干的土(相对含水量小于 0.7)，在相对荷载小于 0.45～0.55 的情况下， 荷载的重复作用结果将使土固结硬化；而相对荷载大于此值时，土在荷载作用下达到(相对 含水量大于 0.7 至 0.8)，保持土在荷载重复作用下不发生破坏变形的安全相对荷载值急剧 降低，对于粘性土小于 0.09，砂性土小于 0.12～0.15，粉性土不超过 0.10。 在安全相对荷载重复作用下，土基的累积总变形与荷载作用次数之间在以对数坐标上呈 直线关系，以公式表示为 lg LN = lg L1 + lg N （4-2） 或者 LN = L1N  （4-3） 式中 LN——荷载作用 N 次后的总变形(m)； L1——荷载作用一次后的总变形(m)； N——荷载作用次数； η——统计回归的系数。 水泥混凝土路面在车轮荷载反复作用下，会产生不均匀的塑性变形累积(特别是在路面 板的边角部位)，导致板下局部脱空而产生的附加应力，这是工程实践中水泥混凝土路面板 的边、角部位断裂破坏较多的重要原因之一。沥青路面上常见的破坏，如产生轮辙、波浪等， 也主要是由于土基及整个路面结构的塑性变形所引起的，因此，如何防止土基塑性变形累积 而造成的不均匀沉陷，是路面设计中一个重要的问题。 （四）土基的强度指标 土基的力学表征取决于采用何种地基模型表示土基的受力状态和性质。目前，世界各国 在路面力学计算中采用的地基模型主要是弹性半空间体地基模型和文克勒地基模型两种。前 者用反映土基应力-应变特性的弹性模量 E 和泊松比μ作为土基的刚度指标；后者用地基反 应模量 K 表征土基受力后的变形性质，此外，用于表征土基承载能力和进行路面设计的强度