路基路面工程材料特性.pptx

本章的结构和重点本章的结构和重点一个中心一个中心 两个特点两个特点三种材料三种材料四种主要参数四种主要参数BEA Confidential.|1一个中心 两个特点一个中心：一个中心：材料特性材料特性两个特点：两个特点：1 1：方法实验多：方法实验多 2 2：经验公式较多：经验公式较多三种材料：三种材料：1 1：沥青以及沥青混合料：沥青以及沥青混合料 2 2：粒状材料以及细：粒状材料以及细粒土粒土 3 3：钢筋混凝土：钢筋混凝土四种主要参数：回弹模量、动模量、疲劳特性、永久变形四种主要参数：回弹模量、动模量、疲劳特性、永久变形参数参数BEA Confidential.|2材料特性的概念梳理回弹模量：就是用于弹性理论的弹性模量。若荷载比之于材料强度小得多，且重复作用许多次，每次荷载作用下的变形几乎完全可以恢复，而变形与荷载又呈正比，则可以看作是弹性的。动模量：动模量又分为动复合模量和动劲度模量。疲劳特性永久变形参数：随着交通荷载和胎压的增加，多数永久变形出现在上层，而不是在土基。为了计算车辙深度，必须确定各层材料的永久变形参数。BEA Confidential.|37.1 回弹模量回弹模量BEA Confidential.|4d 在无侧限压缩实验中为轴向应力，而在三轴压缩实验中为超过侧限压力的那部分轴力。会弹模量是非破损实验7.1.1加载波形BEA Confidential.|5竖向应力脉冲再考虑惯性和粘性作用后，竖向应力脉冲再考虑惯性和粘性作用后，应力脉冲时间与车速和深度有关应力脉冲时间与车速和深度有关巴克斯达（Barksdale）马克林（Mclean）BEA Confidential.|6注意：KENLAYER中采用的结果得到了脉冲时间较长的反向曲线，这和路面中的实际应力脉冲较为吻合。由于车速变化很大，且在设计阶段材料的深度也是未知的，为此建议采用历时为0.1S和间歇时间为0.9S的半正弦荷载。应该指出，荷载历时对粒状材料的回弹模量影响很小，对细粒土视其含水量多少有一些影响，而对沥青材料影响很大。不清楚间歇时间有何影响，但可能影响不大。BEA Confidential.77.1.2 设备BEA Confidential.|8此为FHMA所推荐的实验装置。沥青混合料的回弹模量也可以用重复荷载间接拉伸试验确定。粒状材料和细粒土的回弹模量可用重复荷载的三轴试验确定。BEA Confidential.|97.1.3粒状材料 7.1.4细粒土AASHTO规定了对粒状材料和细粒土的回弹模量实验作了各种规定。试件的准备可用不同侧限压力和偏应力的不同组合完成。200次BEA Confidential.|107.1.5沥青混合料本身的性质压缩实验 和间接拉伸试验间接拉伸试验的优点是可以应用马歇尔试件，它很容易在实验室制备或从路面中钻取。压缩实验回弹模量由式7.1确定。间接拉伸试件回弹模量用式7.2计算，荷载历时为0.1S，每隔3S加载一次。BEA Confidential.|117.1.6各种实验之间的相互关系一 地基土回弹模量的实验与土承载力的实验区别加州R值实验：加州承载比CBR实验德克萨斯三周实验分级分组指数BEA Confidential.|12加州R值实验BEA Confidential.|13加州CBR承载比实验是一种贯入实验。BEA Confidential.|14德克萨斯三轴实验分级 分组指数德克萨斯三轴实验是根据莫尔包络线的位置对土进行分级。分组指数：在AASHTO土的分类方法中，分组指数变化为0-20，该值随通过200号筛的百分数、塑性指数和液限而变化。BEA Confidential.|15各种实验的关系图BEA Confidential.|16其他的关系式除图7.10之外，MR、CBR和R值还有其他相关的关系式。BEA Confidential.|17二：热拌沥青结构层系数：AASHTO设计方法中，HMA，基层和底基层的质量用其结构层系数表示，这些相互关系图本来是用来确定结构层系数的，但是也可以用来确定回弹模量。马歇尔实验：直径102mm和高64mm的圆柱形试件，温度为60度和加载速率为每分钟51mm时进行。量测两个值：稳定度，即试件破坏时所需的荷载；流值，即破坏时的竖向变形。由于加载速率很快，稳定度就是粘聚力，流值就是内摩阻力。粘聚力仪器：测量HMA的粘聚力。BEA Confidential.|18BEA Confidential.|19三：基层BEA Confidential.|20未稳定基层 沥青稳定基层BEA Confidential.|21水泥稳定基层回弹模量与无侧限抗压强度的相互关系7.2沥青混合料的动模量7.2.1动复合模量动复合模量和动劲度模量沥青混合料的回弹模量实验和复合模量试验的区别实数与虚数部 绝对值来表示动模量。可用测定回弹模量同样的设备进行复合模量实验。动模量随着加载频率而变化，应选用与实际交通荷载最接近的频率进行试验，这样确定的动模量相当于设计用的回弹模量。BEA Confidential.|227.2.2动劲度模量实验方法：类似于疲劳试验。三分点小梁实验，在三分点上施加半正弦重复荷载，荷载历时为0.1s,间歇为0.4s。BEA Confidential.|23BEA Confidential.|24与动模量的关系由于劲度模量随应力水平而变化，它不能在线弹性层状体系中用做动模量。为了得到E0 和【E*】的相互关系，威茨克和鲁特根据17种不同沥青混合料和温度组合用两种方法实验所得结果，进行了回顾分析，确定动模量所用荷载半正弦压缩荷载，对劲度模量为半正弦加载0.1s，间歇0.5s。回归公式是：BEA Confidential.|257.2.3shell诺馍图和AI公式实验确定沥青混合料的动模量耗费时间，还需要专门的设备。最好的方法是根据沥青性质和集料的密度，用诺馍图和公式计算模量。Shell诺馍图有两个，第一个是根据温度、加载时间（加载频率）、沥青的某些性质来推断沥青的劲度模量。第二个诺馍图则根据沥青劲度模量、沥青含量和矿料的体积百分含量确定沥青混合料的劲度模量。BEA Confidential.|26第一步沥青的性青的性质t 与与f的关系的关系BEA Confidential.|27例题7.7从混合料中回收的沥青，从混合料中回收的沥青，2525度时针入度为度时针入度为2222，环球法软化，环球法软化点为点为6464度。求温度为度。求温度为1111度和加载时间为度和加载时间为0.02s0.02s时的沥青劲时的沥青劲度模量。度模量。由式子由式子7.187.18由式子由式子7.167.16，PI=(20-500*0.04)/(1+50*0.04)=0PI=(20-500*0.04)/(1+50*0.04)=0低于标准针入度时的温度为低于标准针入度时的温度为64-11=5364-11=53度。如图度。如图7.197.19所示，所示，由于加载时间为由于加载时间为0.02s0.02s。如图所示。如图所示:BEA Confidential.|28BEA Confidential.|29第二步：例7.8有一沥青混合料，沥青含量为重量的5.5%毛体积比重为2.43.沥青的比重为1.02，集料的比重为2.85.若沥青的劲度模量为 2*108 N/m2,计算混合料的劲度模量。由公式 集料的体积百分率为80.6%，再由 沥青的体积百分率为13.1%，然后在图里面得到混合料的劲度模量。BEA Confidential.|30BEA Confidential.|31二、AI 地沥青学会公式黄先生和威茨克用回归公式得到黄先生和威茨克用回归公式得到BEA Confidential.|32诺馍图与AI公式方法的比较Shell诺馍图不考虑细颗粒通过200号筛的百分率。Shell所考虑的沥青粘度和针入度是用回收沥青或混合料中实际有的沥青确定的。Shell 采用环球标准温度的针入度AI公式考虑细颗粒通过200号筛的百分率。AI用原状沥青。AI考虑得是沥青的温度和粘度。BEA Confidential.|33有例题说明，动模量随着细粒含量的增加而增加，但是与其他因素比（温度，粘度、频率等），影响是很小的。三 常用范围给出HMA模量的常用范围。BEA Confidential.|347.3疲劳特性一、实验方法实验方法采用三分点加载小梁弯曲实验。优点。控制加载的方式：常应力方法和常应变法。常应力加载：主要承重层的较厚的路面；破坏发生快 常应变加载：小于2in的薄层路面；必须要人为假设的破坏准则，如应力等于初始应力的50%。为了缩短试验时间，通常采用半正弦加载，历时0.1s和间歇0.4s，而不用回单模量实验的0.9s。应力范围选择应使试件在重复作用1000至1000000次以内破坏。BEA Confidential.|35BEA Confidential.|36诺馍图及方程式原因：疲劳试验是一种破坏实验，它比非破损回弹模量实验耗费更多的试件，为了得到合适的结果，需要24个以上的试件进行实验。这就需要简单的诺馍图和方程式。来计算疲劳性质，无需要再做疲劳实验。Shell:对于常应力实验：对于常应变实验：BEA Confidential.|37例题7.12已知：Vb=13%Vb=13%，PI=-0.7PI=-0.7和和Sm=3.3Sm=3.3*108Pa,108Pa,用方程式和诺馍图求常用方程式和诺馍图求常应力应力106106和常应变作用和常应变作用105105次出现破坏的初始应变。次出现破坏的初始应变。BEA Confidential.|38诺馍图及方程式BEA Confidential.|397.3.2波特兰水泥混凝土BEA Confidential.|40波特兰水泥混凝土的疲劳寿命取决于应力比，即弯拉应力波特兰水泥混凝土的疲劳寿命取决于应力比，即弯拉应力与抗弯拉强度之商。专门为某一项目做疲劳试验是不实际与抗弯拉强度之商。专门为某一项目做疲劳试验是不实际的，因为试验结果的变异性要求大量的实验和需要大量的的，因为试验结果的变异性要求大量的实验和需要大量的费用，幸亏有大量数据可以用于设计。费用，幸亏有大量数据可以用于设计。PCAPCA设计准则十分保守，结果使疲劳寿命比年均寿命低很设计准则十分保守，结果使疲劳寿命比年均寿命低很多。多。BEA Confidential.|417.4永久变形参数永久变形是柔性路面设计的一个重要因素。随着交通荷载永久变形是柔性路面设计的一个重要因素。随着交通荷载和胎压的增加，多数永久变形出现在上层，而不是在土基。和胎压的增加，多数永久变形出现在上层，而不是在土基。为了计算车辙深度，必须确定各层材料的永久变形参数。为了计算车辙深度，必须确定各层材料的永久变形参数。多数方法是用重复荷载实验，它与会弹实验相似，知识荷多数方法是用重复荷载实验，它与会弹实验相似，知识荷载重复作用取载重复作用取1010万次，并记录作用一定次数之后的永久变万次，并记录作用一定次数之后的永久变形。形。BEA Confidential.|42直接法直接法VESYSVESYS法法BEA Confidential.|437.4.2实验种类增量静载试验：仅适用于粘滞流动其主要作用的混合料和增量静载试验：仅适用于粘滞流动其主要作用的混合料和细粒土。细粒土。动载试验动载试验蠕变实验（后面两种实验适用于所有材料）蠕变实验（后面两种实验适用于所有材料）BEA Confidential.|447.5其它性质7.5.1地基反应模量BEA Confidential.|45BEA Confidential.|46P为作用在板上的压力，为板的挠度由于承载版实验既费事，又费钱，所以经常用CBR和R值这样一些简单的实验的相互关系来计算K值。BEA Confidential.|477.5.2弹性模量不同材料的弹性模量的范围不同材料的弹性模量的范围BEA Confidential.|487.5.3泊松比影响较小，假设一个适当的值来设计影响较小，假设一个适当的值来设计BEA Confidential.|497.5.4波特兰水泥混凝土抗压强度、抗弯拉强度、间接拉伸强度、弹性模量之间的关系。BEA Confidential.|50Thank You Doctor Pitt