半剛性基層模量衰減對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響

盛燕萍，李海濱，趙海生，常明豐

（1.長(zhǎng)安大學(xué) 交通鋪面材料教育部工程研究中心，陜西 西安 710064；2.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安710054；3.山東省交通科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250031；4.長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710064）

半剛性基層模量衰減對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響

盛燕萍1，李海濱2,4，趙海生3,4，常明豐1

（1.長(zhǎng)安大學(xué) 交通鋪面材料教育部工程研究中心，陜西 西安 710064；2.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安710054；3.山東省交通科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250031；4.長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710064）

針對(duì)目前重載車輛、高性能材料和大厚度結(jié)構(gòu)層的廣泛應(yīng)用，結(jié)合半剛性基層在使用過程易出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致適應(yīng)性受到質(zhì)疑的現(xiàn)象，通過分析不同荷載和半剛性基層材料模量變化時(shí)的路面力學(xué)行為，研究路表彎沉、層底拉應(yīng)力、拉應(yīng)變和剪應(yīng)力、剪應(yīng)變的變化，提出了后續(xù)運(yùn)營(yíng)中當(dāng)半剛性基層受損后，路面結(jié)構(gòu)仍然保持穩(wěn)定的基層模量范圍，更接近路面實(shí)際情況，為設(shè)計(jì)時(shí)考慮基層受損狀態(tài)而確定材料模量提供理論依據(jù)，增強(qiáng)了半剛性基層的適應(yīng)性．分析結(jié)果表明：不同荷載作用下，若半剛性基層受損出現(xiàn)模量衰減，模量在1200～2000MPa之間，面層力學(xué)行為和底基層力學(xué)行為處于穩(wěn)定狀態(tài)；模量在1 200～1 600 MPa之間，半剛性基層即使受損也不會(huì)影響其正常使用，此時(shí)路面結(jié)構(gòu)整體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)．

道路工程；瀝青路面；半剛性基層；模量衰減；適應(yīng)性；層底應(yīng)力；剪應(yīng)力

隨著我國(guó)高速公路重載運(yùn)輸?shù)某B(tài)化和物流業(yè)的蓬勃發(fā)展，路面結(jié)構(gòu)在車輛多軸化、重載化和高輪壓的持續(xù)作用下，其出現(xiàn)破損的時(shí)間也呈現(xiàn)早期化趨勢(shì)[1-2]，這讓在我國(guó)廣泛使用的半剛性基層的適用性受到質(zhì)疑，路面破損過程中，荷載是直接原因，半剛性基層的模量衰減是重要誘因．

半剛性基層在運(yùn)營(yíng)過程中逐漸疲勞，表現(xiàn)為基層材料模量逐漸降低．目前我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范是以層狀彈性體系為基礎(chǔ)，以瀝青面層和半剛性基層的層底拉應(yīng)力為控制指標(biāo)[3]，現(xiàn)階段的大厚度基層和高模量瀝青面層的使用，使路面結(jié)構(gòu)與規(guī)范的設(shè)計(jì)狀態(tài)出現(xiàn)偏差，特別是設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為半剛性基層為整體的理想狀態(tài)，這與實(shí)際使用過程有明顯區(qū)別，其力學(xué)行為與設(shè)計(jì)狀態(tài)顯著不同[4-6]．鑒于此，針對(duì)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，結(jié)合上述分析和以往研究[7-10]，本文通過調(diào)整行車荷載、半剛性基層材料模量，數(shù)值模擬基層受損時(shí)路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，基于力學(xué)性能指標(biāo)—路表彎沉、層底拉應(yīng)力、層底拉應(yīng)變、剪應(yīng)力和剪應(yīng)變的計(jì)算結(jié)果，提出各結(jié)構(gòu)層處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的半剛性基層模量范圍，完善了瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的基層受損狀態(tài)時(shí)的模量取值，進(jìn)一步增強(qiáng)半剛性基層在我國(guó)的適應(yīng)性．

1 構(gòu)建半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)模型

1.1 模型構(gòu)建

1.1.1 有限元模型基本假設(shè)

根據(jù)彈性層狀體系原理，對(duì)路面結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行下述假設(shè)：1）路面結(jié)構(gòu)各層由彈性、均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的材料組成；2）土基在深度方向和水平方向均為無限，為一個(gè)半無限彈性空間，其上各層厚度有限，在水平方向上無限；3）路表面作用垂直和水平均布荷載，無限深處和無限遠(yuǎn)處應(yīng)力及位移均為零；4）各層分界面上位移和應(yīng)力都為連續(xù)，即層間為連續(xù)接觸；5）不計(jì)路面結(jié)構(gòu)自重的影響．

1.1.2 有限元模型

作用在路面結(jié)構(gòu)上的車輪荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響并不能擴(kuò)散到無限遠(yuǎn)處，只能作用在一定范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍，車輛荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響很小可以忽略不計(jì)，因此在計(jì)算時(shí)取一定尺寸的路面結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算．X、Y方向分別為行車和路面深度方向，Z為垂直于行車方向，取路面結(jié)構(gòu)尺寸X×Y×Z為4.0m×3.0m×1.81m，由于將單圓垂直荷載簡(jiǎn)化為矩形均布荷載，此矩形均布荷載相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱，計(jì)算結(jié)構(gòu)也相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱；對(duì)于作用在路表面上的水平荷載，研究發(fā)現(xiàn)[3]其計(jì)算結(jié)果也是軸對(duì)稱的（見圖1和圖2），所以計(jì)算模型采用二分之一的路面模型進(jìn)行計(jì)算，即模型的尺寸為4.0 m ×1.5m×1.81m，構(gòu)建的三維模型圖和荷載加載示意圖如圖3所示．

圖1 計(jì)算模型的雙矩形圖式Fig.1 Double square styleof calculationmodel

圖2 計(jì)算模型的荷載圖示Fig.2 Loadsstyleof calculationmodel

圖3 計(jì)算模型和荷載加載示意圖Fig.3 Computationalmodeland loadsschematic diagram

根據(jù)彈性層狀體系原理，各個(gè)指標(biāo)的計(jì)算點(diǎn)位為圖中的A、B、C、D 4點(diǎn)，即兩輪輪隙中間處A、輪胎兩側(cè)B和D、輪胎中間C點(diǎn)．分別代表雙圓均布荷載作用時(shí)輪隙中心的路表彎沉值，沿厚度方向的各位置的應(yīng)力應(yīng)變值，計(jì)算點(diǎn)如圖4所示．

汽車對(duì)路面的垂直壓力主要為車輪輪胎傳遞給路面的垂直壓力，受輪胎內(nèi)壓力、輪胎與路面的接觸性狀和輪胎剛度、輪載大小的影響，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算中，只取內(nèi)壓力為接觸壓力，并假設(shè)在接觸面上均勻分布．

圖4 計(jì)算模型中的計(jì)算點(diǎn)位Fig.4 Calculation pointsof calculationmodel

計(jì)算模型采用ANSYS中的八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元Solid45進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格時(shí)，橫截面上X和Z 2個(gè)方向的長(zhǎng)度比最大不能超過5倍，如果比值過大，將使某些位置的計(jì)算結(jié)果失真．單元?jiǎng)澐值脑郊?xì)，越能反映實(shí)際受力情況和局部應(yīng)力狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果越精確，所以荷載作用位置附近的單元?jiǎng)澐置芗?，且為了降低邊界處理方式?duì)應(yīng)力的影響，邊界應(yīng)該取在荷載作用位置以外，但計(jì)算規(guī)模就會(huì)變大．為減小計(jì)算規(guī)模的同時(shí)又能保證邊界和荷載作用位置的距離，采用不同的單元長(zhǎng)度和寬度，長(zhǎng)度和寬度的劃分越小，兩者的比值越接近，得到的結(jié)果越接近工程實(shí)踐值，網(wǎng)格劃分的平面簡(jiǎn)圖見圖5．各層間用MERGE方法聯(lián)接起來，可滿足各結(jié)構(gòu)層間接觸面為完全連續(xù)的假定．

圖5 計(jì)算模型的網(wǎng)格劃分圖示Fig.5 Mesh generation styleof calculationmodel

1.1.3 模型的邊界條件

由于有限元模型采用二分之一模型，故在模型前面施加對(duì)稱邊界條件．實(shí)際路面結(jié)構(gòu)中，路面結(jié)構(gòu)的兩側(cè)受土的壓力，不能產(chǎn)生水平方向的位移，而模型底面為土基，由于假設(shè)土基是半無限空間體，故在模型底面不產(chǎn)生任何位移，有限元模型的邊界條件如下：1）模型底面沒有任何方向的位移，為固定約束；2）模型左右面和后面沒有Y方向的位移；3）模型的前面施加對(duì)稱約束，前面約束X方向的位移；4）模型頂面作用均布水平和豎直荷載，沒有約束，為自由端．

1.2 計(jì)算行車荷載

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGF50-2006）規(guī)定路面設(shè)計(jì)采用雙輪組單軸荷載100 kN作為標(biāo)準(zhǔn)荷載[5,15]，但物流業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致超載車輛頻繁出現(xiàn)，對(duì)路面使用壽命造成嚴(yán)重影響，因此，除標(biāo)準(zhǔn)荷載外，為最大限度的模擬實(shí)際情況，本文還計(jì)算超載率為50%、100%和200%情況下的路面結(jié)構(gòu)受力情況．

根據(jù)輪載P與接地壓力p之間的關(guān)系式得到如式 (1)所示的不同超載率下的輪壓

式中：Pi，P分別為換算軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載；pi，p分別為相應(yīng)軸載的輪壓．由式 (1)得到的不同超載率下不同的軸載的計(jì)算參數(shù)列于表1中．

表1 不同軸載的計(jì)算參數(shù)Tab.1 Calculation parametersof different load

1.3 結(jié)構(gòu)層的厚度和模量

1.3.1 瀝青面層厚度和模量

目前國(guó)內(nèi)典型的瀝青面層一般分上、中、下3層鋪筑，結(jié)構(gòu)層厚度一般在15～30 cm之間，為分析半剛性基層模量變化時(shí)對(duì)各結(jié)構(gòu)層的受力影響，選取6 cm、8 cm和10 cm作為典型的上、中、下面層厚度．設(shè)計(jì)時(shí)常用的面層材料模量取值[4-5]一般為800～2200MPa，為分析半剛性基層在不同模量下路面結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，上中下面層取規(guī)范推薦的中值進(jìn)行計(jì)算分析，分別是1 400MPa、1 200MPa和1 000MPa．

1.3.2 半剛性基層厚度和模量

為充分發(fā)揮碾壓機(jī)械的功能和便于施工，現(xiàn)階段半剛性基層一般采取2層鋪筑，每層壓實(shí)厚度一般為18～25 cm，選取常用的水泥穩(wěn)定碎石基層厚度20 cm，以此分析半剛性基層在不同狀態(tài)模量時(shí)路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)變化情況．

關(guān)于半剛性基層模量，南非將整個(gè)基層的工作壽命分成3個(gè)階段：第1階段為預(yù)裂階段（基層開裂前），材料的回彈模量在3000～4000MPa之間，隨著材料內(nèi)部出現(xiàn)裂縫并發(fā)展，材料回彈模量急劇下降；第2階段為有效疲勞壽命階段，材料本身開裂穩(wěn)定在一定水平，回彈模量逐漸降低至1 500～2 000MPa之間；第3階段為碎石階段，即水泥穩(wěn)定碎石因開裂而最終成為碎石，材料模量在200～300MPa之間．當(dāng)半剛性基層材料模量降低到800MPa時(shí)，基層的板體性和整體性較差，基層材料幾乎衰變成粒料類基層，已經(jīng)不能很好的承擔(dān)傳遞而來的應(yīng)力，必須要重新驗(yàn)算土基、基層底面的豎向變形等，因而把第3階段的初始模量設(shè)置為800MPa[11]，分析基層損壞情況下路面結(jié)構(gòu)的受力情況．本文結(jié)合室內(nèi)外試驗(yàn)的結(jié)果，考慮動(dòng)態(tài)模量與目前靜態(tài)模量的區(qū)別，并分析高于規(guī)范值時(shí)半剛性基層的受力不同，以此分析半剛性基層的適應(yīng)性，分別取基層模量為500MPa、700MPa、1 000MPa、1 200MPa、1 400MPa、1 600MPa、2 000MPa、3 000MPa、5 000MPa、7 000MPa、10 000MPa和15 000MPa，以比較不同基層模量變化時(shí)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響．

匯總上述對(duì)道路各個(gè)結(jié)構(gòu)的描述和對(duì)計(jì)算參數(shù)的設(shè)定，匯總于表2，在此基礎(chǔ)上，采用ANSYS數(shù)值模擬軟件進(jìn)行建模分析．

表2 道路結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)Tab.2 Calculation parametersof pavementstructure

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50-2006）中規(guī)定[15]，在瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)中，相鄰兩層間的模量比都有一個(gè)上限，基層與面層之間不宜＞3；基層與底基層之間不宜＞2.5；底基層與土基之間不宜＞10，上述確定的各層的模量比都在此上限之下，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求．

2 基層模量衰變對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能的影響

半剛性基層作為路面結(jié)構(gòu)層的支撐，承載面層傳來的荷載應(yīng)力并擴(kuò)散到土基中．基層由于受損導(dǎo)致模量降低，板體性被打破，承載力銳減，不僅使路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度降低，面臨局部脫空的隱患，且使各結(jié)構(gòu)層應(yīng)力應(yīng)變也出現(xiàn)變化，這種現(xiàn)象隨著基層受損的逐漸嚴(yán)重而愈發(fā)明顯[12-14]．半剛性材料模量太高或者太低都會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響因素，模量過低會(huì)引起路面結(jié)構(gòu)內(nèi)過大的彎拉應(yīng)變和壓應(yīng)變，模量過高會(huì)使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生過大的剪應(yīng)力，且隨著車輛通行次數(shù)的增加而增大，路面行車荷載和半剛性基層材料模量變化時(shí)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的不同影響如圖6～圖9所示．

圖6 不同基層模量下路表彎沉和土基頂面壓應(yīng)變的變化Fig.6 Changeof surface deflection and top roadbed compressed strain under differentbasemodule

2.1 對(duì)路表彎沉和土基的影響

由上述變化可知，路表彎沉和土基頂面壓應(yīng)變的變化趨勢(shì)基本相同，在分析的最小模量500 MPa時(shí)的增長(zhǎng)率，土基頂面的變化率要高于路表彎沉．相同基層模量下，荷載越大則路表彎沉值越大；相同荷載作用下，路表彎沉隨基層模量的降低顯著增加，各荷載下最大增加幅度分別為84.46%、90.96%、96.71% 和106.8%，低模量高荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響非常大．半剛性基層在裂縫擴(kuò)展、水損害或其他原因?qū)е履Ａ克p時(shí)，由于承載力和整體性降低，使得路表彎沉和土基頂面壓應(yīng)變逐漸增大，基層模量在1 200～1 600MPa，路表彎沉和土基頂面壓應(yīng)變處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但最終路面結(jié)構(gòu)將由于路基頂面壓應(yīng)變的增大而導(dǎo)致破壞，這個(gè)過程將伴隨半剛性基層的損壞同時(shí)進(jìn)行．

2.2 對(duì)瀝青面層的影響

由上述計(jì)算結(jié)果的分析可知，面層底面的應(yīng)力和應(yīng)變的變化明顯不同，模量變化對(duì)面層應(yīng)變的影響更為顯著．相同基層模量下，荷載越大則應(yīng)力應(yīng)變值越大，且增大幅度隨荷載增大越明顯．相同荷載作用下，面層底面拉應(yīng)力隨基層模量的降低先逐漸減小，在1000MPa時(shí)達(dá)到最小值，相應(yīng)減小率均在73.1%左右，隨后急劇增大，模量為500MPa時(shí)，不同荷載作用下拉應(yīng)力增長(zhǎng)率分別為175.5%、158%、143.1%和133.1%；而面層底面拉應(yīng)變隨基層模量的降低急劇增大，模量為500MPa時(shí)，不同荷載作用下拉應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率分別為3 964.7%、3 869.4%、3 801.7%和3 848.7%，明顯高于拉應(yīng)力變化．基層出現(xiàn)損壞導(dǎo)致模量降低時(shí)，面層拉應(yīng)變首先明顯增大，并進(jìn)而致使拉應(yīng)力增加，裂縫將逐漸出現(xiàn)并最終導(dǎo)致面層遭到破壞，基層模量在1 000～3 000MPa之間，不同荷載作用時(shí)面層的力學(xué)行為較為平穩(wěn)．

圖7 不同基層模量下面層底面拉應(yīng)力、拉應(yīng)變和剪應(yīng)力、剪應(yīng)變的變化Fig.7 Changeof tensile stress,tensile strain,shear stressand shear strain of surfacebottom under differentbasemodule

相同荷載作用下，面層底面剪應(yīng)力隨基層模量的變化并不明顯，增長(zhǎng)率4%～8%之間，雖然在分析的最小模量500MPa出現(xiàn)減小，但減小率僅為18%、16.3%、14.5%和10.8%；面層底面剪應(yīng)變隨基層模量的降低而顯著增加，在分析的最小模量500MPa時(shí)，其增長(zhǎng)率分別為175.8%、183.3%、191.1%和207.2%．基層出現(xiàn)損壞導(dǎo)致模量降低時(shí)，面層剪應(yīng)變首先明顯增大，但剪應(yīng)力增大不明顯，車轍將逐漸出現(xiàn)并最終導(dǎo)致面層遭到破壞．從基層模量考慮，材料的模量越大對(duì)剪切變化的影響越小，結(jié)合實(shí)際情況分析，模量在2000 ～1 200MPa之間時(shí)，面層剪切變化受到得影響較?。?/p>

綜上分析，在半剛性基層受損導(dǎo)致模量降低時(shí)，材料模量在1200～2000MPa之間，不同荷載作用下的面層力學(xué)行為較為穩(wěn)定．

2.3 對(duì)半剛性基層的影響

由上述計(jì)算結(jié)果的分析可知，隨著半剛性基層模量的降低，基層底面的拉應(yīng)力逐漸減小而應(yīng)變逐漸增大，兩者出現(xiàn)極值時(shí)候的對(duì)應(yīng)模量分別為500MPa和1 200MPa，變化率極值分別為96.8%和158.5%，應(yīng)變的變化較應(yīng)力明顯．從半剛性基層受力分析，模量在1600～1200MPa之間時(shí)，基層的力學(xué)行為變化較小且不失承載力要求．

隨著半剛性基層模量的減小，其底面剪應(yīng)力的變化不大，剪應(yīng)變呈現(xiàn)明顯的增大趨勢(shì)，最大增長(zhǎng)率均為707%．僅從降低剪切變形的角度分析，模量在7 000～5 000MPa之間時(shí)，半剛性基層的剪切變化很小，但結(jié)合實(shí)際工程情況，模量在2 000～1 000 MPa之間時(shí)的半剛性基層剪切變化較為穩(wěn)定，且對(duì)結(jié)構(gòu)層影響不大．這說明在半剛性基層模量降低或者出現(xiàn)損壞時(shí)，承載能力顯著降低，應(yīng)變明顯加大，此時(shí)的半剛性基層已經(jīng)無法體現(xiàn)其良好的整體性和板體性，會(huì)進(jìn)一步加速其余結(jié)構(gòu)層的破壞．

綜上分析，在半剛性基層受損導(dǎo)致模量降低時(shí)，材料模量在1200～1600MPa之間，不同荷載作用下的半剛性基層的力學(xué)行為較為穩(wěn)定．

圖8 不同基層模量下基層底面拉應(yīng)力、拉應(yīng)變和剪應(yīng)力、剪應(yīng)變的變化Fig.8 Changeof tensile stress,tensile strain,shear stressand shear strain of basebottom under differentbasemodule

圖9 不同基層模量下底基層底面拉應(yīng)力、拉應(yīng)變和剪應(yīng)力、剪應(yīng)變的變化Fig.9 Changeof tensile stress,tensile strain,shear stressand shear strain of subbasebottom under differentbasemodule

2.4 對(duì)底基層的影響

上述計(jì)算分析可知，隨著半剛性基層模量的降低，底基層底面的拉應(yīng)力、拉應(yīng)變和剪應(yīng)力、剪應(yīng)變均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，其中，拉應(yīng)力和拉應(yīng)變?cè)诜治鲎钚∧Ａ刻幍脑鲩L(zhǎng)率分別約為329.4%和258.5%，剪應(yīng)力和剪應(yīng)變?cè)诜治鲎钚∧Ａ刻幍脑鲩L(zhǎng)率分別約為201.4%和281.5%．模量在2 000～1 200MPa之間時(shí)，底基層的力學(xué)行為受到半剛性基層模量變化的影響較為穩(wěn)定．

由于基層良好的板體性讓其承擔(dān)了大部分荷載應(yīng)力，底基層僅承擔(dān)傳遞而來的部分應(yīng)力，半剛性基層破壞之后，模量降低明顯，承載能力大為減小，大部分應(yīng)力傳遞到了底基層，從而使底基層內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變顯著增加．同時(shí)，部分應(yīng)力通過底基層傳遞到土基上，使土基承載的應(yīng)力大大增加，也使得土基頂面壓應(yīng)變大大增加．說明在基層出現(xiàn)損壞時(shí)，不僅面層出現(xiàn)破壞，底基層也發(fā)生破壞，整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層已經(jīng)不適應(yīng)行車要求，必須盡快維修．

半剛性基層良好的整體性和承載能力使其在目前的高等級(jí)路面中使用廣泛，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也是以層底彎拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)或驗(yàn)算指標(biāo)，但由于諸多原因，在施工或者運(yùn)用初期，半剛性基層并不具備設(shè)計(jì)狀態(tài)下的完整性，導(dǎo)致設(shè)計(jì)模量與實(shí)際模量出現(xiàn)偏差，進(jìn)而在多因素作用下使基層逐漸破壞，并影響到整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層的受力狀態(tài)．

基層的破壞讓材料模量逐漸降低，破壞了半剛性基層的板體性，減小了基層的約束力，降低了承載能力，使損壞部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生很大的應(yīng)力和應(yīng)變，傳遞到底基層和土基，進(jìn)一步加劇了破壞的程度．但這個(gè)過程會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)階段會(huì)也是半剛性基層壽命中最重要的一部分，因此，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮該階段，除了完整基層外，還需考慮半剛性材料一定程度破壞后的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣更能夠貼近實(shí)際情況．

3 結(jié)語

1）低模量半剛性基層的路面結(jié)構(gòu)在重載作用下的力學(xué)響應(yīng)明顯，基層承載力銳減，整體性和板體性被打破，路表彎沉值增大約1倍，且土基頂面的變化明顯高于路表面，將出現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)受脫空影響的隱患，這個(gè)過程伴隨半剛性基層的損壞同時(shí)進(jìn)行，最終使路面破壞．

2）半剛性基層受損導(dǎo)致模量衰減時(shí)，應(yīng)變變化更明顯，但模量在1 200～1 600MPa時(shí)路面整體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；模量在1 200～2 000MPa之間時(shí)面層力學(xué)行為和底基層力學(xué)行為處于穩(wěn)定狀態(tài)；模量在1 200～1 600MPa之間時(shí)，雖然半剛性基層出現(xiàn)破損，但力學(xué)行為仍較穩(wěn)定，可以滿足公路的繼續(xù)運(yùn)營(yíng)．

3）半剛性基層使用過程中的材料模量衰減是一個(gè)持續(xù)過程，也是半剛性基層壽命降低的體現(xiàn)，這與設(shè)計(jì)時(shí)的基層狀態(tài)不符，因此，在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮半剛性基層模量的衰減階段，并為衰減階段設(shè)置相應(yīng)的模量范圍，這樣更能夠貼近實(shí)際工程情況，進(jìn)一步增強(qiáng)半剛性基層的適應(yīng)性．

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[責(zé)任編輯 楊 屹]

Effectonmechanicalbehaviorof asphaltpavementstructure based on sem i-rigid basemodulusattenuation

SHENG Yanping1，LIHaibin2,4，ZHAO Haisheng3,4，CHANGMingfeng1

(1.Engineering Research Centerof TransportationMaterials,MinistryofEducation,Chang'an University,ShanxiXi'an710064,China; 2.CollegeofArchitectureand CivilEngineering,Xi'an University ofScienceand Technology,ShanxiXi'an710054,China;3.Shandong Traffic Scientific Research Institute,Shandong Jinan,250031,China;4.Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education,Chang'an University,Shanxi,Xi'an 710064,China)

According to the use of heavy vehicle,high performancematerials and large thickness structure layer,the changeof deflection on the surface,tensile stress,tensile strain,shearstressand shearstrain areanalyzedwhich isunder different loadsandmodulus.Then the rangeofmodulusofsem i-rigid base isproposed underbasedamaged situationwhich is close to the actualsituation and proves theoreticalbasis for sem i-rigid basemodulus under damages.Itenhances the applicability of sem i-rigid base in high grade pavementstructure.The analysis results show thatunder different loads,if semi-rigid baseappearsmodulusattenuation,thepavementand thesubbasemechanicalbehavior isstablewhen sem i-rigid basemodulus is in the range of 1 200～2 000MPa;when sem i-rigid basemodulus is in the rangeof1 200～1 600MPa, the damages do notaffectitsuse and thewhole pavementstructure is stable.

road engineering;asphaltpavement;sem i-rigid base;modulusattenuation;adaptability;stressat layer bottom;shearstress

U416.2

A

1007-2373(2016)01-0101-07

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.01.019

2015-04-15

國(guó)家自然科學(xué)基金（51208047，51208048，51408047）；國(guó)家西部交通建設(shè)項(xiàng)目（200631881218）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（2013M 532005，2015T81000），中央高?；鹂蒲袠I(yè)務(wù)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2014G2310020，31081151080）；青海省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014-GX-A2A）

盛燕萍（1981-），女（漢族），副教授，博士，shengyanping2003@163.com．