層間狀態(tài)對(duì)瀝青路面力學(xué)響應(yīng)影響研究

張強(qiáng)強(qiáng)

【摘要】層間狀態(tài)對(duì)瀝青路面力學(xué)響應(yīng)有重要影響。基于彈性層狀體系理論，利用瀝青路面專用計(jì)算程序，以簡(jiǎn)化剪切彈性柔量 作為層間狀態(tài)的表征參數(shù)，研究了不同結(jié)合狀態(tài)下瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)。結(jié)果表明：層間狀態(tài)對(duì)瀝青面層彎拉應(yīng)力、彎拉應(yīng)變及剪切應(yīng)力影響較大，瀝青層底影響尤為顯著，而對(duì)路表彎沉影響較小。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；層間狀態(tài)；簡(jiǎn)化剪切彈性柔量；力學(xué)響應(yīng)

半剛性基層瀝青路面由于其諸多優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)高等級(jí)公路中應(yīng)用廣泛。但由于路面采用分層鋪筑，同時(shí)，現(xiàn)行我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[1]假定各層間完全連續(xù)不滑動(dòng)，導(dǎo)致層間結(jié)合成為了路面使用過程中的薄弱環(huán)節(jié)。本文以簡(jiǎn)化剪切彈性柔量 作為層間狀態(tài)的表征參數(shù)，利用瀝青路面專用計(jì)算程序Bisar3.0對(duì)不同層間狀態(tài)下的瀝青面層力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析。

1、路面形式選取和層間狀態(tài)描述

1.1 路面結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型

結(jié)合我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范與工程實(shí)踐，選取的瀝青路面結(jié)構(gòu)形式及材料參數(shù)如圖1所示。加載方式選用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100KN的雙圓均布荷載，并以圖1中的A、B、C、D點(diǎn)位作為計(jì)算點(diǎn)位。

1.2 層間狀態(tài)理論描述

文章采用簡(jiǎn)化剪切彈性柔量 作為層間狀態(tài)的表征參數(shù)，它是將相鄰層間的交界面看成是一個(gè)無限薄的內(nèi)層，通過層間水平剪切應(yīng)力與相對(duì)水平位移的關(guān)系來描述層間結(jié)合狀態(tài)。研究表明[2]，當(dāng) 從0到100r（r為當(dāng)量圓半徑）之間大量取值時(shí)就包括了層間完全連續(xù)到完全滑動(dòng)的所有狀態(tài)。通過計(jì)算分析，文章選取的表征參數(shù)值見表1。同時(shí)，為了更好的符合工程實(shí)際，文章假定其他各層間為完全連續(xù)狀態(tài)，只考慮基-面層間狀態(tài)的變化。

2、力學(xué)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 層間狀態(tài)對(duì)彎拉應(yīng)力影響結(jié)果及分析

用Bisar3.0對(duì)瀝青面層各點(diǎn)位進(jìn)行彎拉應(yīng)力計(jì)算，通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析可知，路表最大彎拉應(yīng)力沿行車軸方向，而其他各層最大彎拉應(yīng)力沿行車道方向；層間結(jié)合狀態(tài)較好時(shí)，路表除外的其他各層均處于受壓狀態(tài)，隨著層間狀態(tài)的退化（ ≥0.25m），瀝青層底率先出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)層間完全光滑時(shí)，受拉范圍已擴(kuò)展至中面層底；同時(shí)，控制指標(biāo)也由路表的 逐漸變成瀝青層底的 。

2.2 層間狀態(tài)對(duì)彎拉應(yīng)變影響結(jié)果及分析

基-面層間狀態(tài)變化對(duì)瀝青面層彎拉控制應(yīng)變影響結(jié)果見圖2，其中，控制指標(biāo)為各層間狀態(tài)下不同層位指標(biāo)最大值（下同）。由圖2及對(duì)計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析可知，路表主要受行車軸方向的彎拉應(yīng)變控制，而其他各層主要受行車道方向的彎拉應(yīng)變控制；當(dāng)層間結(jié)合狀態(tài)較好時(shí)，彎拉控制應(yīng)變先減小，再增大，最后再減小，路表和中面層底是主要控制層位；當(dāng)層間狀態(tài)逐漸變?yōu)楣饣瑫r(shí)，彎拉控制應(yīng)變先減小，然后一直增大，瀝青層底變?yōu)橹饕刂茖游弧?/p>

2.3 層間狀態(tài)對(duì)剪切應(yīng)力影響結(jié)果及分析

瀝青面層剪切控制應(yīng)力隨基-面層間狀態(tài)的變化曲線見圖3。由圖3可知，層間狀態(tài)退化初期，

瀝青面層水平剪切應(yīng)力主要受路表剪切應(yīng)力向下傳播控制，沿深度呈減小趨勢(shì)，此時(shí)，路表是主要控制層位；隨著層間結(jié)合狀態(tài)逐漸變?yōu)楣饣?，上面層水平剪切?yīng)力主要受路表剪切應(yīng)力向下傳播控制，呈減小趨勢(shì)，而中、下面層主要受瀝青層底剪切應(yīng)力向上反射控制，沿深度呈增大趨勢(shì)，瀝青層底成為主要控制層位。

2.4 層間狀態(tài)對(duì)路表彎沉影響結(jié)果及分析

不同基-面層間狀態(tài)下的最大路表彎沉計(jì)算結(jié)果及變化率見表2。由表2可知，隨著層間狀態(tài)由完全連續(xù)退化為完全光滑，路表最大彎沉由33.17增大到38.65（0.01mm），增幅為16.52%，因此層間狀態(tài)的退化對(duì)瀝青路面路表彎沉影響不大。

3、結(jié)論

文章利用Bisar3.0計(jì)算程序?qū)r青路面不同基-面層間狀態(tài)下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算研究，并得到以下結(jié)論：

①簡(jiǎn)化剪切彈性柔量 定量表征層間結(jié)合狀態(tài)是可行的。

②層間結(jié)合狀態(tài)的退化對(duì)瀝青面層彎拉應(yīng)力、彎拉應(yīng)變和剪切應(yīng)力影響較大，瀝青層底影響尤為顯著，而對(duì)路表彎沉影響較小。

參考文獻(xiàn)

[1]JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]Bitumen Business Group.Bisar3.0 User Manual[Z]. London： Shell International Oil Products B.V，1988.