同济大学 铺面工程学 知识点归纳1

2.路面包括结构和路肩。

其中结构包括面层、基层、垫层、路基或路床。

面层：直接承受车辆荷载和外界环境作用，要求足够强度、抗变形、抗温度开裂、表面特性；

基层：承受、扩散、传递应力，要求足够的水稳定性，包括强度稳定、变形稳定和耐冲刷性；

垫层：改善土基的温度和温度状况，保证土基的强度和变形稳定性。

3.路面设计的基本要求：耐久、平整、抗滑。

4.路面设计的要求：

功能性要求——全天候、安全性、舒适性；

结构性要求——承载能力要求（尤其是变形性能或刚度性能）、耐久性（结构耐久性和材料耐久性）；

环境要求——噪声、环保、景观；

经济性要求——工程费用、使用者费用。

5.铺面工程的内容包括：规划、设计、施工、监测、维修、管理。

铺面设计：设法提供一个其性能衰减到最低可接受标准的时间不小于期望的路面寿命的铺面结构厚度组成和相应的材料要求。包括结构、构造、材料、表面特性等内容。

6.我国沥青路面设计寿命：15年；

水泥混凝土路面设计寿命：30年。

7.铺面工程的特点：

a)荷载大量反复作用、疲劳设计准则；；

b)有损伤设计和使用性能标准；

c)混合材料、复合结构；

d)设计安全度很小；

e)变异性大，不确定因素多。

1.车辆的静力作用：单圆图示、双圆图示。

2.车辆的动态作用：荷载作用的瞬时性、荷载的动态变动、水平力的作用。

荷载的动态变动：可用冲击系数反映，与行车速率、路面的平整度、车辆的振动特性有关。

3.轴载谱：不同大小的轴载在整个车辆组成中所占的比例。

4.我国现行标准轴载：单轴双轮100kN（BZZ-100）。

5.轴载等效换算的原则：同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的疲劳损坏程度时，不同轴载的相应作用次数被认为是等效的。

6.方向系数：一个行车方向的交通量占整个行车道交通量的比例。

7.车道系数：某一车道上的交通量占该方向的交通量的比例。

8.轮迹的横向分布频率：路面单位宽度上受到的作用次数同车道宽度范围内轮载总作用次数的比值。

轮迹的横向分布系数：轮迹宽度范围内的频率。

9.轮迹横向分布的影响因素：

a)道路断面形式、车道数、车道宽；

b)交通组织类型、交通密度、交通组成；

c)车速、司机的驾驶习惯和经验。

1.温度对路面结构的影响：

沥青路面——高温产生车辙、泛油、拥包；低温变脆开裂；

水泥混凝土路面——产生较大胀缩应力、翘曲应力等内应力。

2.温度对路基土影响：冻胀、冻融破坏，材料抗力降低。

3.湿度的影响：

a)影响沥青和集料的粘结作用；

b)降低材料模量；

c)产生干缩、湿胀引起开裂。

4.影响路面温度的因素：

a)外部因素（气候条件）：气温（最主要），太阳辐射（次主要），风速、降水、蒸发等；

b)内部因素（结构层材料的热特性）：热传导率、比热、对辐射热的吸收能力。

5.环境对温度影响的特点;

a)接近表面处：几乎同步；

b)结构下层温度：滞后性（延迟性），即气温、太阳辐射对路面温度变化的作用要过一段时间后才会显现，随深度增加而显著；

c)结构各层温度：累积性，即前一时段的热量将会在路面中形成累积，影响路面目前甚至下一时段的温度。

6.路面温度场预测的方法：

a)热传导方程法：均质半无限体沿深度方向的一维热传导方程，Barber公式，适用于估算路面表面或接近面层范围内的温度变化。

b)相关分析法：仅考虑气温和太阳辐射，忽略其他因素影响。

Superpave温度模型：最高、最低温度；

沥青路面温度场模型：路面温度=长周期变化因素所决定的基准温度+由气候短期波动所决定的周期性变化。

7.高湿度引起的问题：

a)路面结构层和路基长期饱和后的软弱化；

b)与水相互作用造成的材料性质恶化；

c)路面结构层饱和后的层间脱开。

8.平衡湿度：路面中部区域以下的湿度在结构修建好2-3年后将逐渐趋近于一个稳定的温度范围，称作平衡温度。

9.湿度积聚现象：季节性冰冻地区，路基在气温下降冻结的过程中，负温度区内水分结冰，土的吸湿能力增大，促使水分由高温处向上移动 ，造成上层路基湿度的大量积聚。可造成冻胀、翻浆。

10.影响冻胀、翻浆的主要因素：

a)土质条件：粉砂土和极细砂为冻胀土，砂性土和黏性土无水分积聚现象；

b)水文条件：排水好不产生；

c)气候条件；

d)行车条件；

e)养护条件。

11.路基湿度预估方法：

a)地下水相对高度法；

b)道路沿线现场调查法；

c)类似道路现场调查法。

1.路基变形的类型包括：

a)塑性累积变形——行车荷载反复作用下，如车辙的产生；

b)压密沉降——填土自重荷载作用下短期内产生的；

c)固结沉降——填土自重荷载作用下随时间而增长的。

2.路基土的变形特性：非线性的弹塑性体。

3.路基土的模量：

a)初始切线模量——加荷开始时的应力—应变状况；

b)切线模量——某一应力级位的应力—应变状况；

c)割线模量——某一工作应力范围内的应力—应变状况；

d)回弹模量——应力卸除阶段的应力—应状状况。

前三种包括回弹应变和塑性应变，反映变形特性；而回弹模量只包括回弹应变，反映弹性特性。

4.影响路基土回弹模量的因素：湿度、压实度、应力状态。

5.确定路基土回弹模量值的方法：重复加载的三轴压缩试验。

6.路基工作区：当路基中某一点处车辆荷载产生的垂直压应力/自重应力=1/10-1/15时，该点深度范围内的路基称为路基工作区。

7.当量模量：选取一个当量模量代表空间上变化的回弹模量，使两者在行车荷载作用下的路基顶面变形量相同。

8.当量模量确定方法：

a)圆形刚性承载板试验；

b)由弯沉测定：用弯沉仪测定双轮荷载作用下轮隙中心处的表面回弹弯沉；

c)由本构模型预估：新建道路；

d)查表法：由土的类型、含水量、压实度按区划查表。

9.表征路基力学性能的其他指标：

a)地基反应模量：文克勒弹性地基模型，用承载板试验测定；

b)加州承载比（CBR）：用标准贯入试验确定。

1.路面材料的分类：

a)颗粒材料；

b)半刚性材料；

c)沥青混合料；

d)水泥混凝土。

2.路面材料的模量及测试方法：

a)回弹模量：弹性特性，用三轴压缩、间接拉伸（劈裂）、小梁弯曲试验加载波形荷载测试，用于路面结构分析；

b)动态模量：流变特性，用单轴压缩加载正弦波形荷载测试，用于路面结构分析；

c)蠕变模量：表征抗塑性变形的能力，加载恒定的单轴或三轴荷载测试，分析车辙量。

3.摩尔库仑强度理论：

抗剪强度由两部分组成：一是摩擦阻力部分，与作用在剪切面上的法向应力成正比；二是粘结力，与法向力无关。即τ=c+σ*tanψ。

4.路面材料强度：

a)抗剪强度——三轴压缩试验（确定c、ψ），单轴贯入试验（得τ）；

b)抗拉强度——直接拉伸试验、间接拉伸（劈裂）试验；

c)抗弯拉强度——小梁试验；

d)松散材料承载能力——CBR试验。

5.材料变形特性：

a)颗粒类材料——重复三轴压缩试验；

b)沥青混合料——静态蠕变（单轴压缩）、重复三轴压缩试验。

6.疲劳：材料强度随重复荷载作用次数的增加而降低的现象。

疲劳寿命：材料达到破坏时荷载反复作用的次数。

疲劳强度：出现疲劳时的重复应力的大小（即所施加的重复应力大小）。

疲劳极限：当疲劳强度小于某一数值时，某些材料所能承受的重复作用次数可以非常大，甚至不会出现疲劳破坏，此时的疲劳强度称为该材料的疲劳极限。

7.疲劳试验方法：

a)小梁弯拉疲劳试验；

b)劈裂疲劳试验。

加载常用低应力为零的波形。

加载模式：

a)控制应力法；

b)控制应变法。

8.Miner定律：各级荷载（应力）作用下材料所出现的疲劳损耗可以线性迭加。

9.荷载等效换算原则：

a)相同的路面损坏状态；

b)对于同一个交通组成，无论以其中哪一种轴载作为标准进行等效换算，所得到的路面结构厚度计算结果应当是相同的。

10.颗粒材料的组成状态：

a)骨架结构；

b)骨架-填充结构；

c)悬浮结构。

11.颗粒类材料的回弹模量由三轴试验得到，Er=f（应力，形状，级配，密实度）。

12.黏性土、颗粒类材料、稳定类材料的应力-应变性能的区别：

a)黏性土的应力-应变曲线（横轴为Δσ、纵轴为ε）为上凸形，即回弹模量Er随偏应力的增大而减小；

b)颗粒类材料的应力-应变曲线（横轴为Δσ、纵轴为ε）为下凹形，即回弹模量Er随偏应力的增大而增大；

c)稳定类材料在应力级位较低（低于极限荷载的50%—60%）时，应力-应变曲线可以近似看作是线性的，即回弹模量为常数。

13.沥青的应力-应变特性：

随施加应力的级位和作用时间的不同，沥青混合料的应力-应变关系分别呈现出弹性、弹-黏性和弹-黏-塑性。

受温度影响较大，由低温、常温到高温依次呈现弹性、弹-黏性和弹-黏-塑性。

14.劲度：反映沥青和沥青混合料在给定的温度和加荷时间条件下应力-应变关系的参数。

15.时温等效原理：温度和加荷时间对劲度的影响的互换性，即高温、短时作用与低温、长时作用等效。

16.诺谟图：当沥青的劲度高于10MPa时，沥青混合料的劲度SB=f（沥青劲度、沥青含量、混合料中集料数量）。

17.沥青混合料的泊松比=f（温度、加荷时长、应力状态、沥青含量、集料特性）

18.沥青混合料永久变形的三个阶段：

a)初始阶段——压密变形；

b)变形速率阶段——剪切变形； 

c)加速阶段——剪切变形，直至破坏。

19.沥青混合料累积变形量=f（加荷时间、温度、应力大小、沥青含量、沥青劲度、集料棱角、级配、压实方法、侧限应力）。

20.沥青混合料强度特性：

a)抗剪强度=f（粒料级配、形状、表面特性、沥青含量、沥青粘度、温度、剪切速率、细料含量）；

b)抗拉强度=f（沥青含量、施载速率、针入度、温度、矿粉含量）

c)抗弯拉强度，同抗拉强度。

21.沥青混合料疲劳特性试验方法：

a)间接拉伸疲劳试验；

b)梯形梁旋转疲劳试验；

c)四点弯曲疲劳试验（趋势）。

22.控制应力法：试验过程中保持荷载或应力值始终不变，断裂为止。

控制应变法：试验过程中不断调节所施加的荷载或应力，使应变量始终保持不变，取劲度下降到时初始劲度的50%或40%作为疲劳破坏的统一标准。

控制应变法得到的疲劳寿命要比控制应力法大得多。

    破坏机理的差异：应力集中点产生微裂隙后，在应力控制试验中，随材料劲度的降低，裂隙迅速扩展，而在应变控制试验中，应力不断减小，裂隙的扩展便延续很长时间，材料的劲度越低，延续的时间越劲度低的材料其疲劳寿命越长。

对于厚的沥青面层宜采用控制应力法，对于薄的沥青面层应采用控制应变法。

23.影响沥青混合料疲劳寿命的因素：

1.弹性多层结构轴对称模型假设：

a)路面结构是由多个性能不同的层次组成，在圆形均布荷载作用下呈现轴对称特性；

b)每个层次都是均质的、各向同性的线弹性材料组成，材料性能可以用弹性参数E、μ表征；

c)结构的最下层为水平方向上无限大、z方向向下无限深的半无限体，且无限深度处的应力和位移均为0；其上各层为水平方向上无限大、z方向上有一定厚度的层次；

d)各层间接触条件可以有多种情况：连续体系（层间位移完全连续）、半连续体系（层间竖向应力和位移连续，水平摩擦力不为零）、滑动体系（层间竖向应力和位移连续、水平摩擦力为零）。