弹性层状体系理论分析.ppt

§10－3柔性路面损坏现象与设计指标1、疲劳开裂
疲劳开裂是指路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次重复作用引起的沿行车轮迹带的纵向平行裂缝。开始细而短，逐渐发展成网裂。
原因：沥青面层受到荷载反复弯曲作用下，当在面层底面产生的弯拉应力超过材料的疲劳强度时，底面便开裂，并逐渐向表面发展。
2、反射裂缝和低温开裂
低温开裂是指寒冷地区，面层材料本身在低温时的收缩受到阻碍时会产生较大的拉应力，当拉应力超过材料的弯拉强度时，面层便会出现横向断裂（与荷载无关）。
反射裂缝是指稳定类基层因温度变化产生横向裂缝并反映到面层，使面层每隔一定距离也出现横向裂缝。
反射裂缝和低温开裂初期较细小，不影响行车，但在水份侵蚀下，缝隙会逐渐加大发展成网裂等其他破坏。
3、车辙
车辙是指在行车轮迹带处出现的纵向带状凹陷，属于累积永久变形，一般较两侧路面凹陷10～20mm。
原因：路面长期使用下荷载多次重复作用的结果。累积变形量与荷载大小、重复作用次数、结构层类型及土基的性质有关。
4、沉陷
沉陷是指路面在荷载作用下，其表面产生较大的凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象出现。严重时，超过路面结构的变形能力会产生纵向裂缝，并逐渐发展成网裂。
原因：路基土水文条件差，承载能力较低。
5、泛油、推移（拥包）
面层混合料中沥青含量偏多或空隙率太小（＜3％）时，沥青会在夏季高温天气下受行车荷载的作用而溢出路表面，形成一层有光泽的沥青膜，称为泛油。
这种沥青混合料的抗剪强度往往较低，在受到较大的车轮水平荷载作用时，面层材料会沿行车方向发生剪切或拉裂破坏而出现隆起甚至波浪现象，即为推移或拥包。多发生在车辆启动、制动频繁路段，如交叉口、停靠站及弯道处。
6、松散、坑槽
由于面层材料组合不当或施工质量原因，结合料含量太少或粘结力不足，使面层混合料的集料间失去粘结而成片散开，称为松散。
松散的材料被车轮后的真空吸力及风、雨等原因带离路面，便形成大小不等的坑槽；路面网裂后期，碎块被行车荷载继续碾碎并被带离路面，也会形成坑槽。二、设计指标及适用范围
由于沥青路面破坏模式和原因较为复杂，因此应选择既能反映沥青路面主要破坏特点，同时又能在路面结构设计中起到控制作用的临界破坏状态和设计标准。
上述损坏模式中，有些是由于面层材料组合不当或施工、养护质量欠佳而引起的（如松散、泛油），不属于结构设计考虑范围；有些损坏（如沉陷）可通过改善路基水温状况和加设垫层等措施来解决；还有些损坏（如反射裂缝）可通过合理的材料组合设计和结构措施，减轻或避免其危害程度。
目前，国内外的设计方法均以开裂和变形为沥青路面的两大主要破坏模式。我国柔性路面设计规定选取以下三项指标作为沥青路面设计标准：
1、容许回弹弯沉指标
2、容许弯拉应力指标
3、容许剪应力指标
上述指标中实际值和容许值的偏差应控制在5％以内。容许值采用经验公式计算；实际值通过弹性层状体系理论计算。
适用范围：
我国城市道路柔性路面设计采用上述三项指标进行控制，公路设计中暂未考虑容许剪应力指标的验算。
1、对沥青混凝土面层采用三项指标设计，但交通量小的支路可仅用容许回弹弯沉设计。
2、对沥青碎石面层采用容许弯沉和容许剪应力两项指标设计。
3、对沥青贯入式、沥青表处、粒料路面，只用容许回弹弯沉指标设计。
4、采用半刚性基层时，应对基层按容许弯拉应力指标设计。沥青路面是一种多层结构。如何正确合理地选择路面结构层层次及材料组成，是路面结构设计首先面临的问题，也是决定路面是否能在设计使用期完成其正常使用功能的关健。
路面结构组合应该结合交通荷载、环境因素和当地筑路材料等条件，从技术经济角度出发，选择经济合理的路面结构体系，以充分发挥路面各层及结构的整体效能。7设计原则设计原则设计原则设计原则设计原则二、设计步骤三、柔性路面结构组合示例路面结构形式§10－5新建柔性路面结构层计算一、路表回弹弯沉值ls计算

1、理论假设
将路面结构视为弹性半空间地基上由若干个具有一定厚度材料组成的弹性层状体系，假设：
①各路面结构层由均质、连续的、均匀的、各向同性的线弹性材料组成，各层的力学特性用弹性模量E、泊松比μ、厚度h表示；
②最下一层为水平方向和竖直向下方向无限延伸的半无限体。其上各层在水平方向为无限大，但竖向具有一定厚度；
③路面材料的应力和应变呈直线关系；各层在水平方向无限远处及最下层无限深处的应力、变形和位移为零；
④各路面结构层分界面上的应力和位移完全连续（称连续体系），或者仅竖向应力和位移连续，而层间无摩擦力（称滑动体系）；
⑤不计各层材料自重。
⑥将标准轴载一侧的双轮组荷载简化成两个圆形均布荷载。2、三层体系计算图式
弹性三层体系表面弯沉系数αL诺模图4、多层体系厚度等效换算二、容许回弹弯沉值lR的计算
1、概念：
回弹弯沉：路基或路面在行车荷载作用下产生