層間狀態對瀝青路面力學響應影響研究

張強強

【摘要】層間狀態對瀝青路面力學響應有重要影響。基于彈性層狀體系理論，利用瀝青路面專用計算程序，以簡化剪切彈性柔量 作為層間狀態的表征參數，研究了不同結合狀態下瀝青路面的力學響應。結果表明：層間狀態對瀝青面層彎拉應力、彎拉應變及剪切應力影響較大，瀝青層底影響尤為顯著，而對路表彎沉影響較小。

【關鍵詞】瀝青路面；層間狀態；簡化剪切彈性柔量；力學響應

半剛性基層瀝青路面由于其諸多優點在我國高等級公路中應用廣泛。但由于路面采用分層鋪筑，同時，現行我國瀝青路面設計規范[1]假定各層間完全連續不滑動，導致層間結合成為了路面使用過程中的薄弱環節。本文以簡化剪切彈性柔量 作為層間狀態的表征參數，利用瀝青路面專用計算程序Bisar3.0對不同層間狀態下的瀝青面層力學響應進行計算分析。

1、路面形式選取和層間狀態描述

1.1 路面結構與計算模型

結合我國瀝青路面設計規范與工程實踐，選取的瀝青路面結構形式及材料參數如圖1所示。加載方式選用標準軸載BZZ-100KN的雙圓均布荷載，并以圖1中的A、B、C、D點位作為計算點位。

1.2 層間狀態理論描述

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

2、力學響應計算結果及分析

2.1 層間狀態對彎拉應力影響結果及分析

用Bisar3.0對瀝青面層各點位進行彎拉應力計算，通過對計算結果的統計分析可知，路表最大彎拉應力沿行車軸方向，而其他各層最大彎拉應力沿行車道方向；層間結合狀態較好時，路表除外的其他各層均處于受壓狀態，隨著層間狀態的退化（ ≥0.25m），瀝青層底率先出現拉應力，當層間完全光滑時，受拉范圍已擴展至中面層底；同時，控制指標也由路表的 逐漸變成瀝青層底的 。

2.2 層間狀態對彎拉應變影響結果及分析

基-面層間狀態變化對瀝青面層彎拉控制應變影響結果見圖2，其中，控制指標為各層間狀態下不同層位指標最大值（下同）。由圖2及對計算結果的統計分析可知，路表主要受行車軸方向的彎拉應變控制，而其他各層主要受行車道方向的彎拉應變控制；當層間結合狀態較好時，彎拉控制應變先減小，再增大，最后再減小，路表和中面層底是主要控制層位；當層間狀態逐漸變為光滑時，彎拉控制應變先減小，然后一直增大，瀝青層底變為主要控制層位。

2.3 層間狀態對剪切應力影響結果及分析

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

瀝青面層水平剪切應力主要受路表剪切應力向下傳播控制，沿深度呈減小趨勢，此時，路表是主要控制層位；隨著層間結合狀態逐漸變為光滑，上面層水平剪切應力主要受路表剪切應力向下傳播控制，呈減小趨勢，而中、下面層主要受瀝青層底剪切應力向上反射控制，沿深度呈增大趨勢，瀝青層底成為主要控制層位。

2.4 層間狀態對路表彎沉影響結果及分析

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

3、結論

文章利用Bisar3.0計算程序對瀝青路面不同基-面層間狀態下的力學響應進行計算研究，并得到以下結論：

①簡化剪切彈性柔量 定量表征層間結合狀態是可行的。

②層間結合狀態的退化對瀝青面層彎拉應力、彎拉應變和剪切應力影響較大，瀝青層底影響尤為顯著，而對路表彎沉影響較小。

參考文獻

[1]JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

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