_格栅加筋沥青路面作用机理及抗车辙能力研究(8)

东南大学硕士学位论文 第三章 国产玻纤格栅加筋沥青路面抗车辙性能的研究

o??2(arctanS?45) (3-11)

本试验最后得出的二种试件的C、θ值如表3-8：

表3-8 格栅加筋沥青混合料的三轴试验结果

指标 C（MPa） 试件 （0） （1） 0.305 0.313 34.5 37.0 0.305+σtan34.5° 0.313+σtan37.0° φ（°） τ（MPa） 从表中可以看出，加筋沥青混合料的η值大于不加筋沥青混合料。

图3.9 c.?值的摩尔-库仑图

7、初步认识

从格栅加筋沥青混合料三轴试验结果可以得出，格栅加筋沥青混合料的剪切强度较大，这主要是因为加入格栅后，格栅的网孔增加了粒料间的嵌锁能力，使得混合料的内摩擦角增大，故而提高混合料的抗剪稳定性。 §3.5小结

本章通过室内车辙试验、单轴压缩蠕变试验及三轴压缩试验，研究了格栅加筋沥青混合料抗高温变形的能力，分析格栅的加入对沥青混合料高温稳定性的影响和改善，可得出如下结论：

1、格栅的加入，增加了粒料的嵌锁能力，使沥青混合料的结构更加稳定，其永久变形减小、动稳定度提高，能有效地减小沥青路面的车辙深度。

2、加与不加格栅，其应变变化规律是一致的，即当温度不变时，应变随荷载作用时间增大而增大。

3、粘性劲度模量Smix.v是反映沥青混合料高温稳定性的一个有效指标，Smix.v

与抗高温能力成正比。

4、从三种试件的车辙、蠕变试验结果说明，格栅离沥青面层顶面较近，其

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抗车辙效果较显著。结合路面施工的实际情况，仅从抗车辙出发，格栅宜铺设在沥青上、中面层之间。

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东南大学硕士学位论文 第四章 格栅加筋沥青路面车辙深度的理论计算

第四章 格栅加筋沥青路面 车辙深度的理论计算

沥青混合料是一种粘弹性体，其强度和模量随温度升高而急剧下降，在大量重车的反复作用下形成车辙，车辙达到一定的深度，车辙槽内就会积水影响行车舒适和安全。一些国家常限制车辙深度在一定范围内，一旦车辙达到规定的深度，就要采取处治措施。例如，在英国，当行车道上车辙深度达到10mm时，就认为路面已进入临界状态，就要进行加铺面层以恢复路面原有的结构质量和延长其使用寿命；当车辙深度达到20mm时，就认为路面已进入破坏状态。美国地沥青协会的设计方法的容许车辙深度为13mm。在美国AASHTO路面设计方法中，对主要干道的现时服务能力指数规定为PSI＞2.5，各类的大量路况调查表明，当PSI=2.5时，路面的平均车辙深度达15mm。根据一些工业发达国家资料，在高速公路及城市干线道路上，车辙是路面性能降低，导致路面破坏，需要进行维修的主要原因。在日本等国，高速公路的沥青路面由于车辙而进行维修、加铺或翻修面层工程的比例占整个维修、加铺或翻修面层工程的80%以上。

综上所述，在沥青路面设计时，容许车辙深度应作为其中的一项重要指标，故而预估车辙深度就成为沥青路面研究的一个重要内容。本章就加与不加格栅沥青砼进行车辙深度预估，以从理论上分析格栅的加入对车辙形成的影响。

在我国的高等级道路上，一般都采用半刚性路面，都采用水泥或石灰、粉煤灰稳定粒料基层，也常采用半刚性材料做底基层。这些材料的强度和刚度都相当高，行车荷载通过厚半刚性粒料层作用在土基顶面的应力相当小，这些因素的综合影响，使得我国高等级道路上沥青路面的车辙深度主要取决于沥青面层的混合料的性质和面层的厚度。据分析，由面层产生的车辙深度可能占车辙深度的90%左右。故可近似认为半刚性基层的沥青路面车辙仅由沥青面层产生，将沥青基层看成是刚性的，不产生永久变形，这样一来，计算工作便大大简化。 §4.1国内外车辙预估方法综述

国内外预估沥青路面在使用期间的车辙深度基本上有三点方法：经验法、半经验—半分析法、分析法。

1、经验法

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经验法是利用试验路观测结果回归分析得出的经验公式。例如，芬恩（Finn）等人根据AASHTO试验路观测结果得出下列两种车辙预估公式（仅适用于英制）：

常规路面结构（沥青混凝土层厚度小于15cm）：

lgRD??6.866?4.325lgd?0.131lgN18

或 lgRD??5.617?4.343lgd?0.167lgN18?1.118lg?c (4-1)

对于厚度大于15cm的或全厚度沥青混凝土结构：

lgRD??1.173?0.717lgd?0.658lgN18 (4-2) 式中：RD—— 辙槽深度，微英寸（25.4310-6mm） d —— 双轮轮隙之间的弯沉，10-6英寸 ζC—— 沥青混凝土的垂直压应力，磅/英寸2 N18—— 18000磅的等效单轴荷载的总作用次数 2、半经验—半分析法

采用弹性层状体系理论或粘弹性体系理论求解路面的应力与位移，再结合室内外的有关试验，统计出沥青层的永久变形同路表弯沉、材料特性参数及荷载之间的经验关系式。下式为Jacob Uzan按经验—分析法提出的预估模型。

RD?a1Nw(1?a2)1?a2?(4?3) 式中：RD —— 沥青层永久变形

W —— 路面弯沉系数（无量纲） δ —— 在双轮动态荷载下的路面弯沉 N —— 重复加载次数

a1、a2 —— 路面材料和结构尺寸参数 3、分析法

以层状弹性体系理论或以弹粘性体系理论为基础的方法，常采用单轴压缩蠕变试验的结果来预估车辙深度。壳牌法、比利时法、美国联邦公路管理局的VESYS程序中的车辙预估模型和英国TRRL、M.E.纳恩（Nunn）提出的方法都属于这类方法。以Shell法为例，蠕变预估模型如下式：

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n?h?Cm?(?av)i/(Smix.?)?hii?1(4?4)式中：△h —— 沥青层的永久变形 Cm —— 动态修正系数

(ζav)i —— 第i亚层的平均压应力

(Smix.η)i —— 第i亚层沥青混合料的粘滞劲度 hi —— 沥青层第i基层的厚度

Huschek于1979年结合蠕变试验，根据粘弹性理论提出了一种沥青面层永久变形的预估方法。所选用的表征沥青混合料变形特性的流变学模型为Maxwell模型，其中粘壶元件的粘度被修正成加载时间的函数，并且随时间的延长而增大，由此反映沥青混合料永久变形的增量随加载时间而减小的“固结效应”。在进行车辙计算时，首先采用弹性层状体系程序Bisar计算路面内的应力、应变分布，然后根据行车速度（V=x/t，x—坐标，t —时间）巧妙地将静态应力、应变转化为时间的函数，即粘弹性应力、应变，结合所选用的流变学模型，并假定应力、应变之间为线性关系，提出如下沥青层永久变形预估公式：

?h??l00?h?(Z,t)dzdt??l00??h(Z,t)/?(t)dzdt (4-5)

式中：△h —— 沥青层的永久变形 ζ

(z,t）

—— 沥青层Z处的竖向压应力

? (t) —— 流变学模型的参数，为粘壶元件的粘度 t —— 加载时间

东南大学杨军博士及韦苒硕士均采用了有限元法进行沥青路面车辙的预估，将沥青面层视为多个单元组成，各单元之间满足结点处连续性条件，运用粘弹性理论，通过对时间进行离散，在时间的离散点进行有限元分析，编制了有限元程序。

4、车辙预估方法评述

（1）由上可看出，经验法所得的公式针对性比较强，可靠度比较高。但该公式具有一定的局限性，它只适用于所研究道路所处的内外环境与公式得出时相对应的道路环境一致的路面车辙预估，一旦路面环境发生改变，公式可靠性则下降，故经验法公式通用性差。

（2）半经验—半理论法

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