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土基模半刚性1结构层弯2结构层弯3结构层弯4结构层弯沉(0.01mm) 沉(0.01mm) 沉(0.01mm) 沉(0.01mm) 量(MPa) 600 800 1000 1200 1400 1600 600 800 1000 1200 1400 1600 600 800 26.22 23.14 21.11 19.65 18.51 17.60 22.78 19.92 18.05 16.71 15.69 14.88 21.51 18.70 16.88 15.59 14.61 29.44 25.69 23.24 21.47 20.11 19.01 25.48 21.96 19.7 18.09 16.86 15.89 24.00 20.54 18.34 16.78 15.61 35.01 30.03 26.79 24.46 22.67 21.23 29.98 25.33 22.38 20.29 18.71 17.46 28.09 23.53 20.67 18.67 17.17 44.37 37.17 32.49 29.15 26.62 24.63 36.92 30.64 26.63 23.80 21.67 20.00 34.07 28.11 24.34 21.70 19.72 3层层底弯拉应4层层底弯拉应量(MPa) 基层模力(MPa) 力(MPa) 0.127 0.07 0.032 0.0046 0 0 0.128 0.073 0.035 0.0082 0 0 0.129 0.074 0.037 0.0099 0 0.079 0.091 0.102 0.111 0.118 0.126 0.064 0.076 0.087 0.095 0.103 0.11 0.057 0.069 0.079 0.088 0.095 50 80 100 1000 1200 1400 本研究现选取半刚性结构层来作为土基模量改变的试验结构层,由此来分析土基模量改变对各结构层弯沉值、下面层层底弯拉应力和基层层底弯拉应力的影响。 绘制成折线图为:
605040土基模量30MPa土基模量50MPa土基模量80MPa土基模量100MPa基层弯沉30201006008001000120014001600基层材料模量
图4-15:土基模量对基层弯沉的影响
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0.140.12层底弯拉应力0.10.080.060.040.0206008001000120014001600基层材料模量土基模量30MPa土基模量50MPa土基模量80MPa土基模量100MPa 图4-16:土基模量对面层层底弯拉应力的影响 0.160.140.12层底弯拉应力0.10.080.060.040.0206008001000120014001600基层材料模量土基模量30MPa土基模量50MPa土基模量80MPa土基模量100MPa
图4-17:土基模量对基层弯拉应力的影响
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353025弯沉值201510506008001000120014001600基层材料模量土基模量30MPa土基模量50MPa土基模量80MPa土基模量100MPa
图4-18:土基模量对路表弯沉的影响
土基模量是影响路表弯沉的重要因素。随着土基模量不断的增加,路表弯沉值会不断的减少。特别是土基模量较低时,路表弯沉随其变化非常敏感,但路表弯沉值降低的速率随着土基模量值的增加而逐渐降低。虽然随着基层材料模量的增加路表弯沉也在逐渐减小,但从图4-18可以看出基层模量变化所带来的路表弯沉的变化远不如土基模量变化的效果明显。
土基模量的增大可以改变下面层的受力状态,使得下面层获得较大的层底弯拉应力,即较大的土基模量可以使得不用太大的基层材料模量就能够获得合适的下面层层底弯拉应力。同时层的层底弯拉应力随着土基模量的增大而减小,这就意味着土基模量的增大可以提高整个路面结构的强度,而且减小面层和基层的厚度,使得路面结构更加经济。
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结 论
本研究首先对国内沥青路面设计方法及设计指标进行了简单了解,并根据研究内容对所涉及的基层材料特性进行总结。然后通过对设计路段的基本资料的整理模拟出柔性结构层、半刚性结构层和刚性结构层,然后通过改变基层材料模量、基层厚度和土基模量对路面结构进行受力分析。
(1)随着基层材料模量的增大无论柔性结构层还是半刚性结构层其路表弯沉和下面层的层底弯拉应力都呈减小趋势,但随着模量的不断增大弯沉的减小速率也在逐渐减小而且面层的应力状态由受拉变成受压,说明在路面结构中基层是主要承重层,它可以改变面层的应力状态。同时半刚性结构层的基层层底弯拉应力也在逐渐增大,并逐渐接近其层底容许弯拉应力,所以在进行路面结构组合设计时,基层材料的模量取值不仅要考虑减小路面弯沉同时也要注意基层的层底容许弯拉应力,过大的基层模量会导致基层底面拉应力超过容许拉应力而引起开裂,进而影响到路面结构。
(2)当基层厚度变化,对于柔性结构层,改变其下基层的厚度对面层底面的层底弯拉应力的影响不大,而且对其上各结构层的弯沉的影响也不明显。同样上基层厚度的变化对其上各结构层的弯沉的影响也不大,对下基层的弯沉几乎不影响,但对于面层的层底弯拉应力的影响要大于下基层对其的影响,也就是说在基层结构中上基层发挥的作用要大于下基层。对于半刚性基层,当厚度增大时各结构层弯沉逐渐减小但变化的速率也是在逐渐减小。半刚性基层的层底弯拉应力逐渐减小,也就是说增加厚度可以使基层满足基层容许弯拉应力的要求。
(3)较小的土基模量时,路表弯沉对半刚性基层模量的变化反应相当敏感,但路表弯沉降低的速率随土基模量的增加而逐渐降低。而且基层模量变化对路表弯沉的影响要小于土基模量变化对其的影响,改善土基的强度可以提高整个路面结构的强度,减小面层和基层的厚度。

