寒冷地区土壤源热泵冷热源系统设计方案研究

第六章路面材料的力学强度特性目标1、认识各类材料在变形和强度方面的特点及其影响因素2、了解路面材料的极限强度与模量的测定方法3、掌握路基回弹模量的物理概念及其测定方法，并懂得地基反应模量和加州承载比的含义。第六节路面材料的力学强度特性路面所用的材料，按其不同的形态及成型性质大致可分为四类：⑴土和颗粒材料（嵌锁型碎石、碎石或砾石混合料）（2）沥青类材料（密级配沥青混凝土、开级配沥青混合料、SMA）（3）水硬性材料（石灰稳定土、二灰稳定粒料、水泥稳定土或粒料）（4）水泥混凝土类（贫混凝土等）路基路面结构的损坏：变形过大，应力超过材料强度第六节路面材料的力学强度特性一、抗剪强度路面结构层抗剪强度不足可导致路面整体结构发生剪切破坏、部分结构产生剪切破坏和材料层的各种剪切破坏。按摩尔(Mohr-Coulumb)强度理论，材料的抗剪强度包括摩擦阻力和粘结力两部分组成，即：tgc对于松散粒料无法进行直剪试验时，可以由三轴压缩试验，绘制摩尔圆和相应的包络线，按上式直线关系近似确定c、φ值。二、抗拉强度当路面结构层因收缩受到约束阻力而产生拉应力超过材料的抗拉强度时，路面结构会产生拉伸断裂。路面材料的抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供，可用直接拉伸或间接拉伸试验测定。间接拉伸试验抗拉强度由下式计算确定：hDPt2第六节路面材料的力学强度特性沥青混合料的抗剪强度影响因素：矿料的级配组成、形状和表面特性有关，也同沥青的粘结力和用量有关。沥青混合料粘结力取决因素：hDPt2三、抗弯拉强度水泥混凝土、沥青混凝土以及各种半刚性路面材料修筑的结构层，在车轮荷载作用下，处于受弯工作状态。由车轮荷载引起的弯拉应力超过材料的抗弯拉强度时，材料会产生弯曲断裂。路面材料的抗弯拉强度，大多通过简支小梁试验进行评定。采用三分点加载，抗弯拉强度按下式计算：2bhPlt第六节路面材料的力学强度特性三、疲劳特性疲劳：材料承受重复应力或重复应变作用时产生的材料强度降低现象。疲劳的出现，是由于材料微结构的局部不均匀，诱发应力集中而出现微损伤，在应力重复作用之下微量损伤逐步累积扩大，终于导致结构破坏。疲劳破坏：材料在低于极限应力下经受重复应力或应变作用而出现的破坏。疲劳强度：出现疲劳破坏的重复应力值。疲劳强度随重复作用次数的增加而降低。有些材料在应力重复作用一定次数（如106～107次）后，疲劳强度不再下降，趋于稳定值，此稳定值称为疲劳极限。当重复应力低于此值时，材料可经受无限多次的作用而不出现破坏。第七节路面材料的累积变形与疲劳特性三、疲劳特性2.沥青混合料此类材料的疲劳特性可通过小梁试验和圆柱体试验研究。试验控制方法有两种：控制应力和控制应变试验。控制应力试验是在试验过程中保持荷载或应力值始终不变，而应变量的增长速率不断增加，材料的疲劳破坏往往以试件出现断裂为标志。控制应变试验是在试验过程中不断调节所施加的荷载或应力值，使应变量始终保持不变，试验中材料的劲度仍不断下降，保持不变应变量所需要的力不断减小，一般不会出现明显的疲劳破坏现象，可以以劲度模量下降到初始模量值的50％作为疲劳破坏的标准。第七节路面材料的累积变形与疲劳特性三、疲劳特性2.沥青混合料可用以下方程估算材料的疲劳寿命：控制应力试验：控制应变试验：brfAN)1(drfCN)1(对于较厚的面层(15cm)，车辆施加在路面上的是轴载和接触压力，整个路面结构受应力控制，应采用控制应力的试验方法来研究其疲劳特性对于较薄的面层(5cm)，它本身不发挥承重作用，而是随基层共同产生位移，宜采用控制应变的试验方法来研究其疲劳特性；面层厚度处于5～15之间的路面结构，可采用控制应力或控制应变的试验方法。第七节路面材料的累积变形与疲劳特性哈尔滨理工大学荣成学院土木系3、一般路基设计12348路基设计的一般要求路基的类型与构造路基设计附属设施目录（contents）路基设计----路基基身、排水、防护与加固等方面路基基身设计---填料选择、压实标准、路基边坡及地基要求等。§3-1路基设计的一般要求一、概念一般路基:（1）工程地质与水文等条件良好。（2）填方高度与挖方深度不大的路基。（3）适用于通用图，不必作个别验算。路床：是指路面底面以下80cm范围内的路基部分。0～30cm称为上路床，30～80cm称为下路床。一般路基设计§3-1路基设计的一般要求二、路基设计的一般要求1.整体稳定性2.强度与刚度3水温稳定性一般路基设计概念：路堤：指用岩土填筑而成的结构物路堑：指全部在原地面开挖而成的结构物半填半挖横断面：指原地面横坡度较大，且路基较宽，往往需要一侧开挖，一侧填筑而成的结构物。较多适用于山区、丘陵区。一般路基设计§3-2路基的类型与构造§3-2路基的类型与构造一、典型横断面形式路堤路堑填挖结合路基一般路基设计路基横断面的典型形式第二节路基的类型与构造二、路堤设计的要点依据路堤高度分类矮路堤：h＜1.0～1.5m一般路堤：h＝1.5～18m高路堤：土质h≥18m岩质h≥20m适应于平坦地区或者取土困难地区需要设边沟需对土基作特殊处理：工作区深度压实度水砂垫层可在路基两侧设取土坑土方量特别大，占地多；行车条件差宜采用折线型或梯形边坡。一般路基设计第二节路基的类型与构造二、路堤设计的要点当地面边坡陡于1：5时当地面边坡陡于1：2时注意事项土质地面：须将原地面挖成台阶，台阶宽度大于1m，台阶向内倾斜1～2％坡度石质地面：凿毛宜设置石砌护脚－还起到减少填方数量和压缩路基占地宽度地作用。倾斜地面上方坡脚，须采取措施阻止地面水渗入路堤内。一般路基设计第二节路基的类型与构造路堤、路堑和半填半挖路基a:矮路堤：h1.0~1.5b:一般路堤：h=1.5~18（20）c:浸水路堤：d：护脚路堤e：挖沟填筑路堤第二节路基的类型与构造二、路堤设计的要点Bbh护坡道取土坑一般路堤a、护坡道宽度：当路基边缘与路侧取土坑高差h大于2m，b＝1m；h大于6m，b＝2m。b、取土坑放置应尽量少占耕地，当路基填土高度不大时，可只设边沟，不设取土坑。C、路堤边坡应根据填料种类，路堤高度来综合确定。d、护坡道作用：保护填方坡脚不受流水侵害，使填方边坡稳定一般路基设计第二节路基的类型与构造二、路堤设计的要点路堤常见的横断面形式沿河路堤a、路堤高度应高出设计洪水位0.5m（无波），设计洪水位＋澭水高度＋浪高＋0.5m。b、常水位以下路堤边坡不得陡于1：2c、路基边坡加固类型，应根据河流冲刷情况来确定。B常水位设计水位0.5m≯1：2一般路基设计第二节路基的类型与构造二、路堤设计的要点路堤常见的横断面形式护脚路堤当原地面的坡度陡于1：2时B＞15－20cm利用挖沟渠填筑路堤a、H应满足路基高出地下水位最小高度要求0.5m；b、在路堤与沟渠之间要设置1～2m护坡道；c、内边坡要求1：2。挡水坡bBH护坡道1－2m1：2一般路基设计第二节路基的类型与构造二、路堤设计的要点几种常见的特殊路堤软土路堤a、反压护道的高度h为整个路堤高度H的1/2;b、反压护道的宽度需要通过边坡稳定性验算进行确定；c、路堤下侧一般情况下应设砂垫层。BHh1:m1:m砂垫层淹没B沙漠路堤a、应作成流线型边沟b、路堤不宜太高黄土路堤a、直立性好高路堤，但应作力学验算b、湿陷性要求排水好一般路基设计高路堤土质：h＞18m；岩石：h＞20m高路堤的填方数量大，占地多，为保证路基的稳定性和横断面经济合理，需要进行个别设计。一般路基设计路堤设计要点边沟和截水沟等排水沟渠的设置取土坑的设置护坡道的设置浸水路堤的边坡形式路堤边坡的防护与加固软土地基上路堤的反压护道等加固措施横坡较陡的地面上填筑的路堤路堤的特点设计线高于原地面；排水、通风条件好；施工质量易控制，可控制填料选择、干湿类型、密实度等；受水文地质影响小。一般路基设计路堤质量的关键水温状况的调节地基承载力的要求填料的选择土基的压实排水防护与加固一般路基设计一般路堤和矮路堤的构造要求满足最小填土高度要求因工作区可能涉及到天然地面，除填方路堤需满足施工要求外，天然地基也必须进行压实，必要时需换土或进行加固可结合两侧排水沟进行挖土填筑路基，可在路基侧设置护坡道对地面纵、横坡较陡处必须挖台阶再填筑，从而保证路基不沿坡向有滑动可能性。必要时可设置时气护脚进行路基防护。高路堤及浸水路堤的构造要求必须进行个别设计边坡可采用上陡下缓的折线形式或台阶形式边坡表面需采取适当的防护或加固措施路堑横断面形式水边沟1：m2边沟截水沟（天沟）≥5m1：m1水B汇水面积小全挖路堑台口式路堑第二节路基的类型与构造二、路堑设计的要点一般路基设计一般路堑（h20m）深路堑（h20m）半山洞路堑适用于岩质稳定山坡第二节路基的类型与构造三、路堑设计的要点注意问题a、地质条件差，不宜修筑路堑b、水文条件，必须在路堑两侧设边沟，在路堑坡顶外5m处设置截水沟。c、边坡坡度大于0.3，应尽量大于0.5d、当挖方路堑位于土层上时，必须对土基压实处理e、当地下水位比较高时，还需在土基上加铺隔离层。f、尽量少用深路堑一般路基设计路堑设计要点挖方边坡坡脚必须设置边沟截水沟设置直线或折线边坡抹面防护或设置碎落台设置护墙或挡土墙设置路侧弃土堆的设置路堑特点设计线低于原地面；排水通风条件差；行车视距也差；破坏了原地层天然平衡，受水文地质条件影响较大，要注意边坡稳定性，路床位于上层时，要注意排水、压实，必要时可换土。一般路基设计路堑的质量关键边坡坡率的大小与形式设置必要的边沟、截水沟及地下排水结构物挖方路基的地基情况防护与加固一般路基设计四、半填半挖路基（填挖结合式）1.一般形式一般路基设计2.矮挡土墙路基一般路基设计3.护肩路基4.砌石护坡路基5.砌石护墙路基一般路基设计6.挡土墙支撑路基7.半山桥路基一般路基设计第二节路基的类型与构造四、半填半挖路基设计注意问题B路堑路堤≥1：5≥5mhb1：1～1：1.5一般挖填路基a、一般情况下，h、b≥0.5m，不需要作流量设计；b、如汇水面积较大时，应作流量设计；c、截水沟的水不能引入边沟，只能进入排水沟d、排水沟应作流量设计。一般路基设计第二节路基的类型与构造四、半填半挖路基设计的要点≥20cmh≤2m1：0.3～1：0.5h≤2mi＝1：580cm矮墙路堤护肩路堤砌石应作力学验算砌石路堤挡墙路基适应于土质非常疏松的地质条件下适应于岩石或坚实粗粒土路段，山边坡伸出不太远适应于岩石或坚实粗粒土路段，山边坡伸出较远一般路基设计兼有路堤和路堑两者的特点，土石方数量少。工程上经济，要注意填方部分与山坡结合（挖出），填挖分界处发生不均匀沉降。半填半挖路基特点半填半挖路基设计要点1、兼顾路堤和路堑的设计要点2、路基的形式和稳定性同原地面横坡密切相关3、填挖分界处的沉降一般路基设计§3-3路基设计一、路基设计的主要内容1.选择路基断面形式，确定路基宽度与高度；2.选择路堤填料与压实标准；3.确定边坡形状与坡度；4.排水系统系统布置与排水结构设计；5.坡面防护与加固设计；6.附属设施设计。二、组成宽度、高度、边坡一般路基设计路堤填筑高度或路堑开挖深度，是指原地面标高与路基设计标高之差。宽度的确定：根据道路的等级确定，《公路工程技术标准》一般公路：行车道＋硬路肩三、路基的宽度四、路基的高度一般路基设计路基设计标高：新建公路：设有中央分隔带的高速公路、一级公路，为中央分隔带的外侧边缘标高为路基标高；未设中央分隔带的公路，在设置超高、加宽地段，则为设置超高、加宽前的路基边缘标高。改建公路:可与新建公路相同，也可采用路中线。路基高度的确定（线型、地形、水文综合考虑）a、对于平原区，能否满足最小填土高度的要求b、浸水路堤、沿河路堤，设计水位＋0.5m澭水区：设计水位＋0.5m＋澭水高度有浪区：设计水位＋0.5m＋浪高一般路基设计边坡坡度确定1b1:1:mbbHiHH边坡高度＝边坡宽度1、定义：2、路堤边坡a、型式：直线型、折线型、台阶型直线型：堤顶到堤脚采用同一种坡度，适用于矮、中路堤；折线型：上陡、