路面结构指标.pdf

交通部西部交通建设科技项目 交通编号：合同号：2008 318 000 99 单位编号：密级：分 类 号：基于多指标的沥青路面结构设计基于多指标的沥青路面结构设计 方法研究方法研究（总报告简本）（总报告简本）中交路桥技术有限公司 中交路桥技术有限公司 2012 年 3 月 2012 年 3 月 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1现行规范的结构设计方法，以路表回弹弯沉值、沥青面层和无机结合料层的层底拉应力作为控制路面结构总体刚度以及沥青层和半刚性层疲劳开裂损坏的设计指标。采用静态测试方法确定路基土和路面材料的模量值，以劈裂试验方法确定路面材料的强度值，并且未考虑温度和湿度变化对参数值的影响。这样的设计指标和参数值，不能如实反映路面结构的损坏现象和机理，也不能正确反映土和材料的力学性状。为了改善现行的沥青路面结构设计方法，2004 年交通运输部西部办开始立项开展研究，计划提出新的沥青路面结构设计方法。此研究共经历了两个阶段，20042007 和 20092011。本报告为第二阶段研究项目的总结，但也综合反映前阶段的相关成果。构建基于多指标的设计方法体系时，依据下述原则考虑：仍遵循力学-经验法的基本思路；针对层状复合结构和损坏类型多样化的特点，采用多设计指标体系，各指标分别控制对应的损坏类型；设计基准期内路面的累计损伤仍采用当量损坏法分析；对设计参数的采集要求分为三个层次，分别规定不同精细或准确程度的方法；材料性质参数应能反映行车荷载和环境因素对其性状的影响，并采用科学的试验方法测定；各种损坏模型的建立以室内试验为基础，室外验证和修正以路面加速加载试验（ALF）和部分长期性能观测数据为主；路面力学响应，仍利用弹性层状体系理论和相应的解析解程序进行分析。1.路面结构层组合和损坏类型路面结构层组合和损坏类型 按基层材料类型，将沥青路面结构层组合方案归纳成以下四类：（1）选用无机结合料类材料做基层的沥青路面；（2）选用沥青结合料类材料做基层的沥青路面；（3）选用无结合料类材料做基层的沥青路面；（4）以热拌沥青混合料做磨耗层和水泥混凝土做下面层的复合式路面。前三类沥青路面结构组合方案所需考虑的损坏类型，汇总于表 1-1。表 1-1 前三类沥青路面所需考虑的损坏类型 类型 沥青结合料类和无结合料类基层 无机结合料类基层 面层厚度(mm)厚(150)中厚(50)薄(50)厚(150)中厚、薄(150)主要损坏 面层永久变形 沥青层疲劳开裂 永久变形 面层永久变形 基层疲劳开裂 次要损坏 沥青层疲劳开裂 沥青层永久变形-面层反射裂缝 面层反射裂缝 季冻地区 面层低温缩裂 2.使用性能标准、设计寿命和设计可靠度使用性能标准、设计寿命和设计可靠度 2.1 使用性能标准使用性能标准 沥青结合料类结构层疲劳损坏沥青结合料类结构层疲劳损坏 张肖宁课题组提出采用轮迹带开裂率 10%和裂缝密度 1.0m/m2两种疲劳损坏标准，并认为二者具有较好的对等关系。无机结合料类结构层疲劳损坏无机结合料类结构层疲劳损坏 由于无机结合料类结构层主要用作基层或底基层，属于隐蔽工程，很难确定结构层顶面开裂的出现和开裂量的发展。因此，结构层疲劳性能的分析，暂且采用室内疲劳试验建立的预估模型。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 沥青路面永久变形损坏沥青路面永久变形损坏 沥青路面容许车辙标准，建议高速和一级公路采用低限值（1015mm），二级公路采用中间值（1520mm），三级和四级公路采用高限值（2025mm）。沥青面层低温缩裂损坏沥青面层低温缩裂损坏 冯德成课题组提出了低温缩裂指标的分级标准以及各冰冻区不同等级公路控制低温缩裂的设计标准，见表 2-1。表 2-1 各冰冻区各级公路低温缩裂设计标准 公路等级 特重冻区（冰冻指数2800C日）重冻区（冰冻指数28002000 C日）中冻区（冰冻指数2000800 C日）高速 级 级或级 级 一级 级 级或级 级或级 二级-级或级 级或级 2.2 设计可靠度设计可靠度 参照美国力学经验法路面设计指南规定的路面结构的设计可靠度以及水泥混凝土路面设计规范，提出表 2-2 所示的各级公路沥青路面的设计可靠度。表 2-2 沥青路面结构设计可靠度 公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 设计可靠度（%）8095 7595 7085 5075 可靠指标 0.841.65 0.671.65 0.521.04 00.67 2.3 沥青路面结构设计流程沥青路面结构设计流程 新建沥青路面结构设计可以参照图 2-1 所示流程进行。图 2-1 新建沥青路面结构设计流程 交通荷载 路基承载力 湿度|温度 路面材料性质 结构层组合 公路等级 材料设计 结构性能分析 材料性能测试 沥青层疲劳 半刚性层疲劳 路基永久变形 沥青层永久变形 沥青低温 使用性能标准 符合？选定路面结构组合和混合料组成 是 否 否 目标可靠度 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 33.交通荷载作用交通荷载作用 3.1 交通调查分析交通调查分析 车辆分类车辆分类 赵延庆课题组对江苏、山西等省公路车辆进行类型调查后，提出了基于车辆整体构成和轴型组合的新的车辆分类方法，共分为 11 类。车道分配系数车道分配系数 在对 4 省 25 条公路现场摄像分析的基础上，赵延庆课题组提出的货车交通量车道分配系数如表 3-1 所示。表 3-1 货车交通量的车道分配系数 单向车道数 1 2 3 4 车道分配系数 高速公路 1.00 0.700.85 0.450.60 0.400.50 其他等级公路*0.500.75 0.500.75-货车类型分布系数货车类型分布系数 基于 10 余省份 42 条公路交通数据分析，赵延庆课题组按提出了按卡车交通类型（TTC）进行公路分类的标准，并推荐了各类公路的货车类型分布系数。3.2 轴重调查分析轴重调查分析 轴重分布（轴载谱）轴重分布（轴载谱）轴重分级的级位按轴型的不同分别取为：前轴 2.5kN、单轴 4.5kN、双联轴9.0kN 和三联轴 13.5kN。通过对 10 余省份的动态称重数据分析，赵延庆课题组提出能反映我国整体交通情况的轴载谱典型值。轴重当量换算轴重当量换算 赵延庆课题组对 216 个由粒料基层沥青路面结构和 162 个无机结合料基层沥青路面结构，计算分析了以单轴-双轮组（100kPa）为设计轴重时各个路面结构相应的轮组系数和轴型系数，其平均值列示于表 3-2。表 3-2 轮组系数和轴型系数平均值 损坏控制指标 沥青结合料类结构层底面拉应变 路基顶面压应变 无机结合料类结构层底面拉应力 轮-轴型 单轮a1 双联轴a2 三联轴a2 单轮a1 双联轴a2 三联轴a2 单轮a1 双联轴a2 三联轴a2 系数 4.5 1.6 2.0 2.3 2.0 3.9 8.6 1.3 2.4 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 44.环境因素影响环境因素影响 4.1 路基平衡湿度路基平衡湿度 路基湿度状况分类和湿度指标路基湿度状况分类和湿度指标 观测资料表明，在路面完工后的 23 年内，路基的湿度变化逐渐趋近于某种平衡湿度状态，课题提出以路基平衡湿度来反映路面使用过程中路基的湿度状态，采用饱和度来表征路基土的湿度状态。依据路基的湿度来源，将路基的平衡湿度状况分为 3 类：（1）地下水控制类的路基（潮湿状态）；（2）气候因素控制类的路基（干燥状态）；（3）兼受地下水和气候因素影响的路基（中湿状态）。地下水控制类路基的平衡湿度地下水控制类路基的平衡湿度 受地下水影响的路基平衡湿度可以应用土的基质吸力以及土-水特性曲线来估算。土的基质吸力与离地下水位的距离成线性关系，可按式（4-1）计算确定。wmyh=（4-1）式中：hm基质吸力（kPa）；y计算点与地下水位之间的距离（cm）；w水的密度（g/cm3）。利用基质吸力和土的物性指标 wPI（0.075mm 筛通过率 P0.075与塑性指数PI 的乘积）或 D60（通过率为 60%时的粒径），可以由土-水特性曲线确定土的饱和度。气候因素控制类路基的平衡湿度气候因素控制类路基的平衡湿度 以 Thornthwaite 的湿度指标（简称 TMI）表征气候因素特性，可以在路基湿度与气候因素之间建立良好的相关关系。yyyyPEDFRTMI60100=（4-2）式中：Ryy 年的水径流量（cm）；DFy y 年的水不足量（cm）；PEy y 年的潜在蒸散量（cm）。凌建明课题组计算了全国 400 个气象站点的 TMI 值，并按所在地的公路自然区划归并后，得到各公路自然区划的 TMI 值变动范围。利用凌建明课题组简化的 Perera 关系式，可进一步计算得到各类土的基质吸力，并结合土-水特性曲线得到相应的饱和度、体积含水率和质量含水率。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 5兼受地下水和气候因素影响的路基平衡湿度 兼受地下水和气候因素影响的路基平衡湿度 路基工作区的上部，按土类和该地的 TMI 值确定其平衡湿度。路基工作区的下部，按土类和离地下水位的距离确定其平衡湿度。采用加权方法确定此类路基的平衡湿度。4.2 沥青层当量温度沥青层当量温度 沥青层的温度场沥青层的温度场 谈至明课题组基于对 5 地温度场共计 200 万组数据的观测分析，依据一维热传导偏微分方程和路表热流函数，求解得到沥青路面的温度场，建立了沥青层表面日最高温度和日最低温度估算模型。沥青层的温度当量系数沥青层的温度当量系数 谈至明课题组依据损伤等效原则，推演了沥青结合料类结构层疲劳和永久变形以及无机结合料类结构层疲劳三种情况下的沥青层等效温度计算式，并按全国 95 个地区的沥青层温度分布频谱提出了相应的沥青层等效温度。图 4-1 所示为标准工作状态下沥青层（18cm 厚）永久变形等效温度全国等值线图。参照不同地区各沥青层厚度的等效温度，可以计算得到相应路面结构的设计轴载作用次数 NTi，再按参照温度计算该路面结构的设计轴载作用次数 NTs，而后得到相应的温度当量系数。图 4-1 标准工作状态下沥青层永久变形有效温度全国等值线图 5.材料性质参数材料性质参数 5.1 沥青混合料动态模量沥青混合料动态模量 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 6张肖宁课题组在考察分析诸多影响因素的基础上，选取了 8 个影响变量，进行了 168 次动态模量测试和 188 次验证试验。在此基础上，建立了 6 个取用不同影响变量的沥青混合料动态模量预估模型，其中，含有沥青含量和空隙率变量的 3 个多元非线性动态模量预估模型，与试验实测数据的拟合效果最好。利用所建立的沥青混合料动态模量预估模型，给出了我国常用沥青混合料在 20C 和 10 Hz 标准条件下，采用不同沥青类型、沥青用量和空隙率的动态模量参考值。王林课题组对密级配沥青碎石 ATB 和开级配（透水性）沥青碎石 LSPM 进行了压缩动态模量试验，分析得到不同空隙率下ATB和LSPM在试验温度20、加载频率 10Hz 时的压缩动态模量值，由此建立动态模量和空隙率的相关关系式：ATB：avE3.89916364=（R2=0.887）（5-1）LSPM：avE9.57918100=（R2=0.322）（5-2）5.2 无机结合料类无机结合料类材材料料弹弹性性模模量和量和强强度度 弹弹性性模模量量 王林课题组采用4种试验方法对石灰-粉煤灰稳定碎石进行了弹性模量测定对比，以欧洲标准为基础制定了无机结合料压缩弹性模量试验规程（单调加载、中间段量测应变）。对山东滨州长深试验路的石灰-粉煤灰稳定碎石基层沥青路面结构进行了现场 FWD 测定，对比反算模量与室内测试模量，无机结合料层结构层的弹性模量约为试件弹性模量的 0.503 和 0.598。强强度度 王林课题组利用石灰-粉煤灰稳定碎石的弯拉强度和抗压强度测定数据建立了关系式，前者约为后者的 20%。5.3 路基和路基和粒粒料层的料层的回弹模回弹模量量 回弹模回弹模量的量的三参三参数数本本构构模模型型 凌建明课题组通过试验测定和相关文献数据的收集，修正了三参数复合模型中参数的预估公式，并整理分析得到常用的砂质土、粉质土和粘质土的路基土回弹模量三参数 k1、k2和 k3值。路基和路基和粒粒料层的当量料层的当量回弹模回弹模量量 基于室内反复加载三轴压缩试验结果、三参数经验关系式当量应力水平分析，提出了标准条件下粒料层和路基的回弹模量参考值范围。路基路基回弹模回弹模量湿度调量湿度调整整系数系数 对于不同湿度条件下的路基回弹模量值，需要按湿度差异程度对标准条件时的回弹模量值进行调整。凌建明课题组提出了不同区划和土质的回弹模量湿PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 7度调整系数数值。6.设计结构的使用性能分析设计结构的使用性能分析 6.1 沥青类结构层疲劳开裂沥青类结构层疲劳开裂 张肖宁课题组分别进行了 108 次常应力和 108 次常应变控制加载模式疲劳试验，并通过模式转换，建立了适用于不同沥青层厚度的沥青层疲劳模型。利用北京 3 个 ALF 试验路段、美国加州大学 Berkeley 分校 6 个重车模拟HVS 试验路段、美国西部环道 WesTrack 8 个试验路段、美国明尼苏达州MnROAD 10 个试验路段和美国沥青技术全国研究中心 NCAT 3 个试验路段，共26 个试验路段的沥青路面疲劳试验数据，对室内疲劳模型进行了验证和修正。杨学良对疲劳模型进行了协调、平衡和修正工作，得到下述沥青层疲劳寿命预估模型：()()333.3408.5237.0408.5237.0846.0433.0720.2579.1973.311151)(302.01)(1110316.6+=acachhTRaffeeVFAEVFAEkkkN（6-1）式中：Nf沥青层疲劳寿命；hac沥青层厚度（cm）；kaf反映沥青层厚度、层间实际接触条件的调整系数。kR可靠度系数；kT1温度调整系数；沥青层层底拉应变（10-6）；E沥青混合料参考温度 20下的动态模量（MPa）；VFA沥青饱和度（%）。6.2 无机结合料类结构层疲劳无机结合料类结构层疲劳开开裂裂 沙爱民课题组和王林课题组对水泥稳定砂砾、水泥稳定碎石、水泥稳定土和石灰-粉煤灰稳定碎石4类常用混合料进行疲劳试验，共得到148个有效样本，分析建立了各种无机结合料的室内疲劳方程。杨学良对比了室内疲劳模型与南非设计方法的计算结果，经过修正得到式（6-2）所示的无机结合料疲劳寿命预估模型。)/lg(lg21TRrtefkkkfkbaN+=(6-2)式中：Nf无机结合料层疲劳寿命（次）；t无机结合料层层底拉应力（MPa）；fr材料的弯拉强度（MPa）；ke考虑收缩裂缝影响的应力增大系数；k1考虑裂缝扩展的寿命增大系数；kT2温度调整系数；kR可靠度系数；a，b由试验回归得到的参数，根据材料类型，按表 6-1 选取。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 8表 6-1 无机结合料处治材料疲劳破坏模型参数 材料类型 a b 水泥稳定粒料 12.409 12.570 二灰稳定粒料 13.775 12.231 水泥稳定细粒土 12.179 12.788 6.3 沥青面层低温缩裂沥青面层低温缩裂 冯德成课题组对吉林和黑龙江省 4 条公路的 12 个路段进行了裂缝调查，对回收沥青进行了弯曲梁流变试验和直接拉伸试验，并计算了临界开裂温度，表明蠕变劲度 S、劲度曲线斜率 m 和断裂应变 3 项是适合的沥青低温性能指标。课题组进一步通过对 14 个路段低温开裂的调查结果，提出低温开裂量预估经验模型。6.4 沥青层永久变形沥青层永久变形 经过试验对比分析，课题以轮辙试验为基础构建沥青层永久变形预估模型。李立寒课题组进行了不同混合料类型和试验条件下 89 个试件的轮辙试验，白琦峰课题补充了 140 个试件的试验，建立了轮辙深度预估模型。白琦峰课题组利用美国力学经验法路面设计指南的沥青层永久应变预估模型，对该轮辙深度预估模型进行了轮辙深度与永久变形以及各影响因素的对比验证和修正，并利用 5 个试验路段的车辙量数据进行补充验证和修正，由此得到沥青层的车辙深度预估模型。（6-3）式中：R沥青层分层的车辙变形（mm）；T0、P0、N0、V0、h0、R0沥青混合料轮辙试验时对应的试验温度（）、压强（MPa）、加载次数、试件空隙率（%）、厚度（cm）和轮辙深度（mm）；T、P、N、V、h 沥青层分层的温度（）、竖向压应力（MPa）、荷载作用次数、初始空隙率（%）、沥青层分层的厚度（cm）；设计车道上轮迹的横向分布系数；K 修正系数 利用上述模型，按各级公路沥青层的容许永久变形量，制定出不同地区、不同交通荷载等级和不同沥青层厚度条件下，对沥青混合料在标准轮辙试验条件下的蠕变率要求，用以检验（评定）和控制沥青混合料的组成设计。6.5 粒料层和路基永久变形粒料层和路基永久变形 对粒料层和路基的永久变形量采用安定理论进行分析。()000.827604792.008000.109291.204792.0hhVV*117933.0RNNPPTTKR=PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 96.5.1 粒料层容许应力比控制指标粒料层容许应力比控制指标 王林课题组利用塑性安定区范围内不同围压应力和应力比的永久应变速率-荷载作用次数试验曲线，推演出达到 6mm 永久变形量容许标准时的荷载作用次数，并按下述模型建立粒料层应力水平（应力比）与设计轴载作用次数的关系式：BzAN=3 （6-4）式中：d、3路基顶面压应力和围压应力（MPa）；A、B与围压应力和材料性质有关的试验参数：()()2375291268091.158323+=A()()439.00145.01033234+=B 6.5.2 路基路基顶顶面面压应压应变控制指标变控制指标 王林课题组收集了 AASHO 试验路的 195 个路面结构资料以及现时服务能力指数 PSI 达 2.5 时的轴载作用次数，反算了各个结构的路基顶面竖向压应变值，建立了路基顶面容许压应变与 100kN 轴载作用次数之间的经验关系式。经杨学良协调与修正，确定的关系式如下：207.032z10753.0=）（eTRNkk (6-5)式中：z路基顶面容许压应变（10-6）；Ne设计基准期内设计车道上的累计当量轴载作用次数（次）；kT3温度调整系数；kR可靠度系数。7.沥青路面结构评定沥青路面结构评定 7.1 设计结构的路设计结构的路表弯沉表弯沉 虽然所建议的新结构设计指标体系中没有将路表弯沉作为一项设计指标列入，但为了给施工质量检验、工程验收以及路面结构状况和性能的评定提供手段和依据，仍有必要提供一套路表弯沉检测验收的方法。唐伯明课题组对 7 种室内试验路结构和 16 种室外试验路结构进行了 FWD弯沉测定以及各结构层材料和路基的模量测定、分析，得到的弯沉综合修正系数为：dcxbxEhaEF0=（7-1）式中：Ex路面结构的当量模量（MPa）；hx路面结构的当量厚度（cm）；E0路基回弹模量（MPa）；a、b、c、d回归参数，参照表 7-1 选取。表 7-1 弯沉修正系数关系式的参数值 基层类型 a b c d 无机结合料类基层 3.356 0.179-0.876-0.749 非无机结合料类基层和底基层 0.03 0.082-3.978-0.415 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 10 在对 80 个路面结构组合在不同温度时 7200 组弯沉数据的测定和回归分析后，构建了将 FWD 中心点测定弯沉值转换为基准温度（20C）时弯沉值的温度修正系数模型如下：()20(004.01ln0009.00ThETaek+=（7-2）式中：T弯沉测定时沥青层中点的实测或预估温度（C）；ha沥青层厚度（cm）；E0路基回弹模量（MPa）。7.2 现有结构的评定现有结构的评定 唐伯明课题组在分析比较了国内外 FWD 测试规程的基础上，结合工程实践制定了适合我国的 FWD 测试规程；并在分析比较了各种结构层模量反算程序后，建议选用偏差最小的 SIDMOD 反算程序。唐伯明课题组在室内试槽内修建了 3 种路面结构，室外试验路上修建了 8种路面结构，通过路面结构的 FWD 测定和结构层材料芯样的室内试验，对各结构层的反算模量与芯样的试验模量进行对比了分析，得到了不同材料结构层路基由 FWD 反算模量向室内测试模量的转换系数。8.小结小结 在评析我国沥青路面设计规范的结构设计方法，总结和吸收国内外沥青路面力学-经验法设计指标和参数的研究成果和使用经验的基础上，构建了一个沥青路面结构设计指标和参数体系，作为对我国现行结构设计方法的一个改进。1.沥青路面按基层类型的不同可以分为三大类：（1）无机结合料类基层沥青路面，（2）沥青结合料类基层沥青路面和（3）粒料类基层沥青路面。此外，还有复合式面层沥青路面。沥青路面的主要损坏，可归纳为开裂（疲劳开裂、低温缩裂和反射裂缝）和永久变形（沥青层、粒料层和路基）两大类。各类路面结构具有不同的结构特性，会表现出不同的损坏机理和形态。沥青路面结构设计，应依据路面结构类型和特性的不同，分别针对相应的损坏类型，提出结构设计对策，包括结构层组合及使用性能设计指标和标准等。2.沥青路面结构设计所考虑的结构性使用性能包括：（1）沥青结合料类结构层的疲劳寿命，（2）无机结合料类结构层的疲劳寿命，（3）沥青面层的低温缩裂和（4）路表车辙量（包括沥青层、粒料层和路基）。此外，还有沥青面层的反射裂缝。所建议采用的使用性能控制指标相应为：（1）沥青结合料类结构层的层底拉应变，（2）无机结合料类结构层的层底拉应力，（3）沥青和沥青混合料的低温性能指标（沥青的蠕变劲度、蠕变主曲线斜率和断裂应变以及沥青混合料的蠕变劲度和抗拉强度）和沥青面层开裂量，（4）沥青层的永久变形量和沥青混合料的蠕变率，（5）粒料类结构层的应力比和（7）路基顶面的竖向压应变。3.路基的湿度状况，按湿度来源分为：（1）受地下水位控制，（2）受气候因素控制及（3）兼受地下水和气候因素影响三类。路基在使用 23 年后，其湿度变化达到平衡状态。路基湿度以饱和度和含水量表征，按土的基质吸力由土-PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 11水特性曲线确定路基的平衡湿度。受地下水位控制类路基的基质吸力，与距地下水位的距离成正比。气候因素以湿度指数 TMI 表征。受气候因素控制类路基的基质吸力，按 TMI 与土基质吸力的经验关系式确定。兼受地下水和气候因素影响的路基的基质吸力（或平衡湿度），按工作区内地下水和气候因素两部分各占的深度比例确定。4.依据一维热传导偏微分方程和路表热流函数，采用有限差分法建立了沥青路面的温度场模型，并分析了各地区沥青路面有关特征点的年温度分布频率。按损伤当量的原则和交通荷载均匀分布的假设，分别为各种损坏类型计算确定了各地区沥青层的当量温度和温度当量系数。5.选用周期加载单轴压缩试验得到的动态模量，表征具有温度和加载频率依赖性的沥青混合料力学性状。对多种沥青混合料和不同组成的试件进行测定试验的基础上，建立了以温度、加载频率、沥青性质和含量、空隙率和矿料间隙率以及混合料级配为变量的动态模量预估模型，并提出了 AC、AK 和 SMA三种常用沥青混合料在基准状态（20C 和 10Hz）下的压缩动态模量参考值。6.鉴于试件制备的均质性以及弯拉试验的精度和可靠性问题，无机结合料类材料的弹性模量不宜采用弯拉弹性模量，而宜统一采用压缩弹性模量。压缩弹性模量试验可采用单调加载方式，并应在试件中间段量测应变，按 30%最大作用力时的应力和应变确定其模量值。室内试件的模量测定值与野外结构层的有效模量值之间，因结构层内裂隙的出现而存在差异，结构层模量值低于试件模量值，约为后者的 0.6 倍。7.粒料和土采用反复加载三轴压缩试验确定其应力-应变性状，并采用三参数本构模型表征其具有应力依赖性的回弹模量。利用三维有限元非线性分析，按弯沉等效原则，计算确定了采用粒料层和路基有效回弹模量进行结构响应分析时的当量应力水平。依据部分土组和级配碎石的测试数据，并参考国外的有关数据，拟定了标准条件下（最佳含水量和 95%最大干容重）粒料层和路基的回弹模量参考值。按三类路基随地下水位或湿度指数 TMI 变化的平衡湿度，分别计算分析了路基回弹模量的湿度调整系数。8.以室内常应变模式和常应力模式疲劳试验建立的疲劳寿命模型作为薄沥青层和厚沥青层的适用限界，采用 S 型曲线过渡函数得到适用于不同沥青层厚度的疲劳寿命模型。利用国内外 26 个试验路段的沥青路面疲劳试验数据，对室内模型进行了验证和修正，得到了沥青层疲劳寿命预估模型（疲劳寿命以轮迹带开裂面积达 10%或者裂缝密度达 1.0m/m2为标准）。经比较，其预估精度略高于国外其他预估模型。9.对水泥稳定类材料和石灰-粉煤灰稳定碎石进行的室内梁试件疲劳试验，相应建立了无机结合料类材料的疲劳寿命模型。鉴于室外验证和修正工作的困难，室内试件疲劳寿命向结构层疲劳寿命转换的函数关系难以建立，同时，结构层的疲劳损坏标准也难以确立。目前，只能应用室内疲劳模型（以试件断裂为疲劳寿命的标准），并吸纳国外的结构层裂缝扩展系数，以预估无机结合料类结构层的疲劳寿命。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 12 10.沥青面层的低温缩裂损坏，仍应以控制沥青的低温性能指标为主。经室内试验与试验路段的验证，沥青的蠕变劲度、劲度主曲线斜率和断裂应变，这3 项沥青低温性能指标可以有效地判别沥青层抗低温性能的优劣，其标准值与路面的实际开裂程度相吻合。通过对部分路段的沥青面层低温缩裂开裂量调查，建立了开裂量经验预估模型。11.沥青层永久变形的研究目标，一方面是提供可用以判别沥青混合料抗永久变形能力的试验方法，以设计出抗永久变形性能好的沥青混合料，另方面是建立能预估沥青层永久变形量预估模型，以判断能否满足路面使用性能的要求。而理想的方案是这两方面的目标能得到统一解决。轮辙仪试验及其指标（所谓动稳定度）在我国的使用很普遍，以此为基础来探讨实现上述目标的可能性较为现实。对不同类型沥青混合料的轮辙仪对比试验结果表明，轮辙试验的指标（蠕变率）可以有效地区分不同沥青混合料的抗永久变形能力。在多种试验条件（影响变量）下进行的轮辙试验结果，通过回归分析建立了轮辙深度预估模型。利用美国力学经验法路面设计指南的沥青层永久应变预估模型，对该轮辙深度预估模型进行了轮辙深度与永久变形（车辙深度）以及各影响因素的对比验证和修正，并利用 5 个试验路段的车辙量数据进行补充验证和修正，由此得到沥青层的车辙深度预估模型。利用上述模型，按各级公路沥青层的容许永久变形量，制定出不同地区（沥青层当量温度）、不同交通荷载等级（设计轴载作用次数）和不同沥青层厚度条件下，对沥青混合料在标准轮辙试验条件下的蠕变率要求，用以检验（评定）和控制沥青混合料的组成设计。12.应用安定理论的概念，通过限制应力或应变水平的方法，可使粒料层和路基不产生能引起面层或路面结构出现损坏的永久变形量。粒料层以主应力比为控制变量，通过粒料在不同应力比条件下的永久应变试验，建立粒料层永久变形处于安定状态并在容许永久变形量范围内时，应力比与轴载作用次数间的经验关系模型。路基以顶面竖向压应变为控制变量，利用 AASHO 试验路段资料，建立路面达到临界状态（PSI=2.5）时的路基顶面压应变与轴载作用次数间的经验关系模型。13.按各项使用性能要求设计出的路面结构，可通过路面结构计算得到路表弯沉值，供施工、监理、质检、养护和管理部门作为路面质量的检查和控制指标。但计算弯沉值需要经过弯沉修正系数修正后，才能作为实测弯沉时的检查或控制指标值。弯沉修正的主要影响因素是路基的非线性形状，而路面结构的刚度是影响路基应力状况和水平的关键因素，基于这个考虑，选取了弯沉修正系数模型的影响变量，并通过多种试验路面结构弯沉测定和计算分析，建立了弯沉修正系数经验模型。计算弯沉值是按基准温度时沥青层的有效模量计算得到的。实测弯沉时，应按测定时的温度（沥青层中点）进行弯沉测定值的温度修正。通过多种路面结构在不同测定温度和基准温度时的弯沉测定结果对比，建立了温度修正系数与测定时温度、沥青层厚度和路基回弹模量间的经验关系PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 13 模型。14.通过对室内试槽和野外石岩路段多种路面结构的FWD测定和结构层模量反算，并与室内试件的实测模量值进行对比后，得到了沥青层、无机结合料层、粒料层和路基在不同情况下的反算模量修正系数。所构建的沥青路面结构设计体系还需要今后继续不断地深入研究，通过设计实践和使用经验的积累，特别是试验路的系统试验研究及数据采集和积累，进一步验证、修正和充实。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建