道路工程常见问题解答第二篇第九章路基路面材料的性质

第二篇路基路面工程第九章路基路面材料的力学性质1．路基的变形可区分为哪三种类型？答：路基的变形可区分为三种类型：行车荷载反复作用下产生的塑性累积变形；填土自重荷载作用在短期内产生的压密沉降；填土自重荷载作用下随时间而增长的固结沉降。2．路面所用的材料，可大致分为哪三大类型？答：路面所用的材料，可大致分为三大类型：（1）颗粒型材料及块料；（2）沥青类；（3）水硬性结合料类。3．按土基应力——应变曲线上应力取值方法的不同，赋以模量哪些不同的定义？答：按土基应力——应变曲线上应力取值方法的不同而赋以不同的模量定义如下：（1）初始切线模量tiE：应力值为零时的应力——应变曲线的斜率，代表加荷开始时的应力——应变状况。（2）切线模量tE：某一应力级位处应力——应变曲线斜率，反映该级位应力——应变变化的关系。（3）割线模量sE：反映土在某一工作应力范围内应力——应变的平均状况。（4）回弹模量rE：应力卸除阶段应力——应变曲线的割线模量。前三种模量中的应变量为包括塑性（永久）和回弹（可恢复）应变部分在内的总应变。这三项模量指标，特别是割线模量sE（又称作形变模量），常用于路基沉降计算。回弹模量rE则仅包括可恢复应变，它部分反映了土的弹性性质。由于采用弹性理论分析路基和路面结构内的应力和应变，并且由于在沥青路面中回弹应变量的大小同面层的疲劳损坏有关，回弹模量便成为路面结构分析与设计中一项重要的参数。4．土基的应力—应变特性如何？答：路基土是非线性弹——塑性变形体。表征其应力——应变关系的参数：形变模量和回弹模量，是一项随应力取值方法和范围而变的条件性指标。从应变的瞬时性和可恢复性的意义上，可以把回弹模量看作是反映路基土在动轮载作用下弹性性质的一项指标，但它仍然是一个同重复应力大小有关的变量。进行结构分析时，应按路基土实际受到的应力级位来选取回弹模量值。同时，试验条件还应符合路基的实际湿、密度状态。5．影响路基土回弹模量的因素有哪些？答：路基土的回弹模量值除了随作用压力大小而变外，显然还取决于路基土本身的类型和湿密状态。回弹应变值随重复应力值的增大而增加。回弹模量值通常随密实度增加而增大，而随含水量增加而减小。其中，含水量对模量值的影响特别大。路面结构分析时，应采用按照路基土的实际湿密状态制备的试件测定的回弹模量值。6．如何处理“土基各点模量值是各不相同”给路面结构分析带来的复杂性？答：比较可行的办法是选取一个均一的当量模量值（可称为平均模量值）以代表变化的模量，使二者得到相同的路基顶面变形量，这个平均模量值可通过在路基顶面进行承载板试验得到，也即直接研究路基顶面在局部荷载作用下的荷载——弯沉关系，据此确定代表整个路基的模量值。7．颗粒类材料的应力——应变特性如何？答：颗粒类材料的应力——应变特性具有同路基土相似的非线性特性。除了受应力状况的影响外，颗粒类材料的模量值同材料的级配、颗粒形状、密实度等因素有关，变动在100～700MPa范围内。通常，密实度越高，模量值越大；颗料棱角多者较高的模量；当细料含量不多时，含水量的影响很小。8．水泥稳定类材料的应力——应变特性如何？答：水泥稳定类材料包括水泥土和水泥稳定碎石或砾石粒料，常用作路面的基层和底基层。其应力——应变关系也呈现出非线性状，表征其关系的模量值，同路基土一样，是应力状态的函数。然而，在应力级位较低（低于极限荷载的50%～60%）应力——应变曲线可近似看作是线性的。按回弹应变量确定的回弹模量值，基本上可看作为一个常数。9．沥青混合料的应力——应变特性如何？答：沥青混合料的应力——应变特性同上述材料有很大差别。由于沥青混合料中所含沥青具有依赖于温度和加荷时间的弹——粘——塑性性状，沥青混合料在荷载作用下的变形也具有随温度和荷载作用时间而变化的特性。反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件下的应力——应变关系的参数，称为劲度。10．何谓强度？路面材料可能出现的强度破坏有哪些？答：强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载（或应力）。组成各路面结构的混合料，往往具有较高的抗压强度，而抗拉或抗剪强度较弱，特别是缺乏结合料或结合料粘结力较低时。因而，路面材料可能出现的强度破坏通常为：①因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位；②因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。11．何谓抗剪强度？抗剪强度由哪两部分组成？什么情况下会出现剪切破坏？答：抗剪强度为材料受剪切时的极限或最大应力。按Mohr-Coulumb强度理论，抗剪强度由两部分组成，其一是摩擦阻力部分，同作用在剪切面上的法向应力成正比；另一是同法向应力无关的粘结力部分。面层厚度较薄而刚度较低时，传给土基的应力较大，有可能出现因土基承载力不足而引起的剪切破坏。对于等级较高的路面，这种情况一般不大会出现。面层较厚但刚度较低（如高温下的沥青类面层）时，如果受到较大的水平力（如紧急制动），就有可能因沥青混合料的抗剪强度不足而出现推移等破坏。12．材料的抗拉强度由什么试验确定？什么情况下面层会由于抗拉强度不足而出现断裂？答：材料的抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力所提供。其大小可采用直接拉伸或间接拉伸试验，由所测到的应力——应变曲线上的最高应力或破坏力值确定。车辆紧急制动时，车轮后侧的路面将受到很大的径向应力；面层温度随气温骤降，其收缩受下卧层的摩阻约束时，也会产生较大的拉应力。当材料的抗拉强度不足以抵抗上述荷载或非荷载应力时，面层会出现断裂。13．什么情况下会由于材料的抗弯拉强度不足而出现断裂破坏？答：整体性材料（如水泥混凝土、水泥稳定土或工业废渣）及常温下和低温下的沥青混合料，具有一定的抗弯刚度，在超过允许荷载的作用下，有可能在结构层底面产生较大的拉应力，而在材料的抗弯拉强度不足时出现断裂破坏。14．何谓疲劳？出现疲劳的原因是什么？何谓疲劳极限？答：材料承受重复应力作用时，会在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，材料强度的这种降低现象，称作疲劳。疲劳的出现，是由于材料内部存在局部缺陷或不均质，荷载作用下在该处发生应力集中而出现微裂隙；应力的反复作用使微裂隙逐步扩展，从而不断减少有效的承受应力的面积，终于在反复作用一定次数后导致破坏。有些材料在应力反复作用一定次数（例如106～107次）后，出现破坏时的反复应力值不再下降或趋于稳定值，此稳定值称作疲劳极限。反复应力低于此值时，材料可经受应力无限多次的作用而不出现破坏。15．水泥混凝土和水泥稳定类材料的疲劳特征如何？答：由疲劳曲线可发现下述规律：（1）随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次数Nf降低。（2）相同反复应力级位时，出现疲劳破坏的作用次数Nf变动幅度较大，也即试验结果的离散性较大，但其概率分布近似服从对数正态分布。这说明要得到一可靠的均值必须进行大量的试验。（3）通过回归分析，可得到描述应力比和作用次数关系的疲劳方程。（4）当作用次数为Nf=107次时，应力比55.0fr，此时，尚未发现有疲劳极限。（5）当应力比75.0fr时，反复应力施加的频率对试验结果（所得到的疲劳方程）的影响很微小。16．沥青混合料的疲劳特性如何？答：沥青混合料的疲劳特性：沥青混合料的疲劳特性表明，决定沥青路面寿命长短的关键因素是路面材料所承受的最大主拉应力或应变值。主拉应力或应变值越大，出现疲劳破坏时所能经受的反复作用次数越少。在相同的荷载级位下，材料的劲度大小对所产生的主拉应变值往往有决定性影响。因而，混合料的劲度对于材料的疲劳性状也有关键性作用，任何影响混合料劲度的因素也同样会影响到材料的疲劳性状。一般来说，沥青含量多，针入度低和空隙含量少的密实型沥青混合料，其劲度高，对疲劳开裂的抵抗能力强，使用寿命长，而空隙含量多，沥青含量少的沥青混合料疲劳寿命低。17．土基回弹模量Eo值的重要意义及影响因素？答：土基回弹模量Eo值的重要意义及影响因素：（1）Eo是路面结构设计的重要参数；（2）其值大小对路面结构厚度有较大影响；（3）Eo与土的性质，密实度，含水量，路基干湿类型及测定方法密切相关。