般说来,水泥稳定土的应力应变关系也呈现非线性特性。图8-2所示即为由三轴试验 得出的水泥稳定细粒土和砾石土的一些典型应力应变关系曲线。可以看出,表征应力应变 关系的模量值同土一样,是应力(偏应力σ和侧应力σ)的函数。然而,在应力级位较低(低于 极限荷载的50%~60%)时,应力应变曲线可近似地看成是线性的。 水泥稳定土也具有蠕变性状,在荷载作用下会出现少量塑性变形。但塑形变形量随加荷 次数增加而很快趋于稳定,因而,按回弹应变量确定的回弹模量值基本上可看作一个常数。 影响水泥稳定土弹性(回弹)模量值的主要因素有:土的类别、水泥含量、龄期和侧限压 力等,其值变化范围较大。水泥稳定细粒土的模量大致为(0.7~7)×10MPa,泊松比变动于 0.15~0.35之间:而水泥稳定砾石的模量为(7~28)×10MPa,泊松比为0.10~0.20 石灰稳定土和各种工业废渣的应力-应变特性,同水泥稳定土相似。 表8-2是《公路柔性路面设计规范(JπTJ014-86)》推荐的水泥稳定类材料的回弹模量建议 水泥稳定类材料抗压回弹模量建议值(MPa) 表8-2 、沥青混合料的应力-应变特性 沥青混合料的应力-应变特性同粘性土和颗粒材料有很大差别。由于沥青混合料中所含沥 青具有依赖于温度和加荷时间的粘-弹性性状,沥青混合料在荷载作用下的变形也具有随温度 和荷载作用时间而变的特性 (一)应力应变关系 对沥青混合料进行三轴试验,在固定的应力作用下,可得到应变和应力作用时间的关系 曲线,如图8-3所示。其中,图8-3(1)为施加应力相当小的情况,一部分应变(ε)在施加荷 载后立即产生,而卸荷后这部分应变又立即消灭。这是混合料的弹性应变,应力和应变成正 比例关系。另一部分应变(ε)随加荷时间的增加而增加,卸荷后则随时间增长而逐渐消失(或 基本消失),这是混合料的粘弹性应变。这一现象说明,沥青混合料在受力较小时,特别是受 荷时间短促时,处于或基本上处于弹性状态并兼有粘弹性的性质。图8-3(2)表示应力足够大 的情况。这时,除有瞬时弹性应变和滞后弹性应变外,还存在着随时间而发展的近似直线变 化的粘性和塑性流动,卸荷后这部分应变不再恢复而成为塑性应变。这说明沥青混合料受荷 达一定值,特别是受荷时间又较长时,不仅出现弹性应变,而且有随时间而发展的塑性应变 对比左右两图可以看出,随施加应力的级位和作用时间的不同,沥青混合料的应力应变关系 分别呈现出弹性、弹-粘性和弹-粘-塑性等不同性状 沥青材料的粘滞度受温度影响很大,因而温度对沥青混合料的性状也有较大的影响。其 它条件相同时,同一混合料在高温和低温时的应变量(反映在模量上)可相差几十倍(见图 5-1)。在低温时,混合料基本上属于弹性体,而在常温和高温时,则可能相应变为弹-粘性或 弹-粘-塑性体 (二)劲度 反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件下的应力-应变关系的参数,称作劲度 S,也即 式中的脚标t和T分别表示加荷时间和温度 加荷时间和温度对沥青劲度S的影响情况,可由图8-4所示的试验曲线看出。加荷时间 短时,曲线接近水平,表明材料处于弹性性状:加荷时间很长时,便表现为粘滞性性状:处 于二者之间时则兼有弹-粘性性状。各种温度下的S-t关系曲线具有相似的形状,如果将曲线 作水平向移动,则将可将它们重合在一起。这意味着温度对劲度的影响同一定量的加载时间
一般说来，水泥稳定土的应力-应变关系也呈现非线性特性。图 8-2 所示即为由三轴试验 得出的水泥稳定细粒土和砾石土的一些典型应力-应变关系曲线。可以看出，表征应力-应变 关系的模量值同土一样，是应力(偏应力σ和侧应力σ)的函数。然而，在应力级位较低(低于 极限荷载的 50%～60%)时，应力-应变曲线可近似地看成是线性的。 水泥稳定土也具有蠕变性状，在荷载作用下会出现少量塑性变形。但塑形变形量随加荷 次数增加而很快趋于稳定，因而，按回弹应变量确定的回弹模量值基本上可看作一个常数。 影响水泥稳定土弹性(回弹)模量值的主要因素有：土的类别、水泥含量、龄期和侧限压 力等，其值变化范围较大。水泥稳定细粒土的模量大致为(0.7～7)×10MPa，泊松比变动于 0.15～0.35 之间；而水泥稳定砾石的模量为(7～28)×10MPa，泊松比为 0.10～0.20。 石灰稳定土和各种工业废渣的应力-应变特性，同水泥稳定土相似。 表 8-2 是《公路柔性路面设计规范(JTJ014-86)》推荐的水泥稳定类材料的回弹模量建议 值。 水泥稳定类材料抗压回弹模量建议值(MPa) 表 8-2 三、沥青混合料的应力-应变特性 沥青混合料的应力-应变特性同粘性土和颗粒材料有很大差别。由于沥青混合料中所含沥 青具有依赖于温度和加荷时间的粘-弹性性状，沥青混合料在荷载作用下的变形也具有随温度 和荷载作用时间而变的特性。 (一) 应力-应变关系 对沥青混合料进行三轴试验，在固定的应力作用下，可得到应变和应力作用时间的关系 曲线，如图 8-3 所示。其中，图 8-3(1)为施加应力相当小的情况，一部分应变(ε)在施加荷 载后立即产生，而卸荷后这部分应变又立即消灭。这是混合料的弹性应变，应力和应变成正 比例关系。另一部分应变(ε)随加荷时间的增加而增加，卸荷后则随时间增长而逐渐消失(或 基本消失)，这是混合料的粘弹性应变。这一现象说明，沥青混合料在受力较小时，特别是受 荷时间短促时，处于或基本上处于弹性状态并兼有粘弹性的性质。图 8-3(2)表示应力足够大 的情况。这时，除有瞬时弹性应变和滞后弹性应变外，还存在着随时间而发展的近似直线变 化的粘性和塑性流动，卸荷后这部分应变不再恢复而成为塑性应变。这说明沥青混合料受荷 达一定值，特别是受荷时间又较长时，不仅出现弹性应变，而且有随时间而发展的塑性应变。 对比左右两图可以看出，随施加应力的级位和作用时间的不同，沥青混合料的应力-应变关系 分别呈现出弹性、弹-粘性和弹-粘-塑性等不同性状。 沥青材料的粘滞度受温度影响很大，因而温度对沥青混合料的性状也有较大的影响。其 它条件相同时，同一混合料在高温和低温时的应变量(反映在模量上)可相差几十倍(见图 5-1)。在低温时，混合料基本上属于弹性体，而在常温和高温时，则可能相应变为弹-粘性或 弹-粘-塑性体。 (二) 劲度 反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件下的应力-应变关系的参数，称作劲度 S，也即 式中的脚标 t 和 T 分别表示加荷时间和温度。 加荷时间和温度对沥青劲度 S 的影响情况，可由图 8-4 所示的试验曲线看出。加荷时间 短时，曲线接近水平，表明材料处于弹性性状；加荷时间很长时，便表现为粘滞性性状；处 于二者之间时则兼有弹-粘性性状。各种温度下的 S-t 关系曲线具有相似的形状，如果将曲线 作水平向移动，则将可将它们重合在一起。这意味着温度对劲度的影响同一定量的加载时间
对劲度的影响效果相当。温度和加载时间对劲度影响的这一互换性,是沥青材料的一个重要 性质。利用这一性质,可以通过采用变换试验温度的方法,把在有限时间范围内得到的试验 结果扩大到很长的时段 Vander poel对47种不同流变类型的沥青材料在较宽的加载时间和温度范围内做了大量 试验,得出了能预估不同加荷时间和温度下沥青劲度的诺谟图,见图8-5。 此诺谟图根据影响沥青劲度的三项参数查用: 1、加荷时间t; 2、温度T同沥青材料软化点S的差值,即温差S-T 3、针入度指数PI,表明沥青对温度的敏感性,按25℃时的针入度P和软化点S的大小 由下式确定: 大部分道路用沥青的門Ⅰ值变化在-1到+范围内。I越小,沥青材料的温度敏感性越高 煤沥青的PI值可低到-3,比绝大部分沥于容易受到温度变化的影响。 沥青混合料的劲度可通过三轴压缩、梯形悬臂弯曲、小梁弯曲或旋转弯曲试验,在控制 温度和加荷时间条件下,测定应力和相应的应变值后,按式(8-2)确定。对各种混合料在不同 加荷时间和温度条件下测得相应的劲度值后,可点绘出该种混合料的劲度曲线图,见图8-6, 以供结构设计时使用。 当沥青的劲度高于10MPa时,沥青混合料的劲度是沥青劲度及混合料中集料数量和沥青 含量的函数。壳牌的研究者们使用劲度大于5MPa的各种沥青材料组成了适用于不同场合的 12种沥青混合料,对此进行了参数变化范围较广的大量劲度试验(梯形悬臂弯曲试验)。由试 验结果得出了可以根据沥青劲度(按图8-5求出)和混合料中集料的体积V(%)预估沥青混合料 劲度的诺谟图,见图8-7。图中集料含量用V表示,沥青含量用V表示,S表示沥青劲度,S 表示混合料劲度 当温度较高或加荷时间长时,沥青劲度低于1OMPa。这时,沥青的作用减弱,混合料的 劲度除了受S、Ⅴ和ⅤV的影响外,下列因素逐渐显得重要:(1)集料的类型、形状、结构和级 配:(②2)压实方法和空隙率;(3)侧限条件。当沥青劲度极低时,混合料的劲度,即抵抗变 形的能力,便完全由集料骨架承担。 (三)泊松比 沥青混合料的泊松比受温度的影响较大,见图8-8。这是根据实测结果归纳出的μ值随 温度的变化情况。当温度低时仼E值高),μ值低:温度升高,μ值随之增大,平均处于0.25~ 0.50范围内,可根据面层的温度条件取用 §8-2变形累积 公路沥青路面在车辆荷载的反复作用下会因塑性变形累积而产生沉陷或轮辙,这是沥青 路面的一种重要病害。路面的这种永久变形,是土基和路面各结构层材料塑性变形的综合结 果。它不仅同荷载大小、作用次数和土基的性状有关,也受路面各结构层材料的变形特性的 影响 颗粒材料 碎(砾)石材料在重复应力作用下的塑性变形累积规律同细粒土相似。图8-9中绘示了 种级配良好的颗粒材料的重复加载试验结果。由图可见,当偏应力σ低于某一数值时,随应 力重复作用次数而增加的塑性变形量逐渐趋于稳定,重复次数大于10次后,达到一平衡应变 量,此平衡应变量的大小同σ/σ的比值大小有关。但偏应力较大时,则塑性变形量随作用次
对劲度的影响效果相当。温度和加载时间对劲度影响的这一互换性，是沥青材料的一个重要 性质。利用这一性质，可以通过采用变换试验温度的方法，把在有限时间范围内得到的试验 结果扩大到很长的时段。 Vander Poel 对 47 种不同流变类型的沥青材料在较宽的加载时间和温度范围内做了大量 试验，得出了能预估不同加荷时间和温度下沥青劲度的诺谟图，见图 8-5。 此诺谟图根据影响沥青劲度的三项参数查用： 1、加荷时间 t； 2、温度 T 同沥青材料软化点 S 的差值，即温差 S-T； 3、针入度指数 PI，表明沥青对温度的敏感性，按 25℃时的针入度 P 和软化点 S 的大小 由下式确定： 大部分道路用沥青的 PI 值变化在-1 到+1 范围内。PI 越小，沥青材料的温度敏感性越高。 煤沥青的 PI 值可低到-3，比绝大部分沥于容易受到温度变化的影响。 沥青混合料的劲度可通过三轴压缩、梯形悬臂弯曲、小梁弯曲或旋转弯曲试验，在控制 温度和加荷时间条件下，测定应力和相应的应变值后，按式(8-2)确定。对各种混合料在不同 加荷时间和温度条件下测得相应的劲度值后，可点绘出该种混合料的劲度曲线图，见图 8-6， 以供结构设计时使用。 当沥青的劲度高于 10MPa 时，沥青混合料的劲度是沥青劲度及混合料中集料数量和沥青 含量的函数。壳牌的研究者们使用劲度大于 5MPa 的各种沥青材料组成了适用于不同场合的 12 种沥青混合料，对此进行了参数变化范围较广的大量劲度试验(梯形悬臂弯曲试验)。由试 验结果得出了可以根据沥青劲度(按图8-5求出)和混合料中集料的体积V(%)预估沥青混合料 劲度的诺谟图，见图 8-7。图中集料含量用 V 表示，沥青含量用 V 表示，S 表示沥青劲度，S 表示混合料劲度。 当温度较高或加荷时间长时，沥青劲度低于 10MPa。这时，沥青的作用减弱，混合料的 劲度除了受 S、V 和 V 的影响外，下列因素逐渐显得重要：(1) 集料的类型、形状、结构和级 配；(2) 压实方法和空隙率；(3) 侧限条件。当沥青劲度极低时，混合料的劲度，即抵抗变 形的能力，便完全由集料骨架承担。 (三) 泊松比 沥青混合料的泊松比受温度的影响较大，见图 8-8。这是根据实测结果归纳出的μ值随 温度的变化情况。当温度低时(E 值高)，μ值低；温度升高，μ值随之增大，平均处于 0.25～ 0.50 范围内，可根据面层的温度条件取用。 §8-2 变形累积 公路沥青路面在车辆荷载的反复作用下会因塑性变形累积而产生沉陷或轮辙，这是沥青 路面的一种重要病害。路面的这种永久变形，是土基和路面各结构层材料塑性变形的综合结 果。它不仅同荷载大小、作用次数和土基的性状有关，也受路面各结构层材料的变形特性的 影响。 一、颗粒材料 碎(砾)石材料在重复应力作用下的塑性变形累积规律同细粒土相似。图 8-9 中绘示了一 种级配良好的颗粒材料的重复加载试验结果。由图可见，当偏应力σ低于某一数值时，随应 力重复作用次数而增加的塑性变形量逐渐趋于稳定，重复次数大于 10 次后，达到一平衡应变 量，此平衡应变量的大小同σ/σ的比值大小有关。但偏应力较大时，则塑性变形量随作用次
数的增加而不断增长,直到破坏 级配差、尺寸单一的粒料,即便在应力重复作用很多次以后,塑性变形仍然继续发展, 因此,这种材料不宜用于公路路面。含有细料的颗粒材料,如果细料含量过多,影响到混合 料的密实度,将使变形累积量增大。 沥青混合料 当沥青稠度低、加载时间长或温度较高时,沥青混合料表现为弹-粘-塑性体,应力重复 作用下将会出现较大数量的累积变形 对沥青混合料永久变开特性的研究,可利用静态蠕变(单轴受压)试验或重复三轴压缩试 验进行。前一种试验较简单,而后一种试验同实际受力状况相符,但二者所得到的累积应变一 时间关系的规律基本一致,因为重复应力下塑性应变的逐步累积实质上也是一种蠕变现象。 图8-10为一密实型沥青碎石混合料经受重复三轴试验的结果。由图可见,塑性应变量承 重复作用次数而增加,温度越高,塑性应变累积量越大。许多试验结果表明,在同一温度条 件下,控制累积应变量是总加荷时间,而不是重复作用次数;加荷频率以及应力循环间的停 歇时间对累积应变一时间关系的影响都不大 影响累积量的因素,除了温度、作用应力大小和加荷时间外,还同集料的情况有关。有 棱角的集料比圆形集料能提供较高的劲度,即塑性变形累积量较低;密级配沥青碎石,由于 集料具有良好的级配特性,其变形累积量低于含沥青较多的沥青混凝土。压实的方法和程度 会影响混合料的空隙率和结构,因而也会影响变形累积规律。此外,侧限应力的大小也有影 响,可由图8-10中看出 §8-3强度特性 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载(或应力)。构成公路路面 各结构层的材料,一般都具有较高的抗压强度,而抗拉或抗剪强度较弱。这在颗粒材料中或 结合料粘结力较低的结构中尤为突出。控制路面材料极限破坏状态的往往不是抗压强度,可 能出现的强度破坏通常为:(1)因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或 相对变位:(2)因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂 抗剪强度 当面层厚度较薄刚度较低时,传给土基的应力较大,有可能出现因土基承载力不足而引 起的剪切破坏。这一般发生在低等级的路面上。在面层较厚但刚度较低(如高温下的沥青类路 面)时,如果受到较大的水平力(如紧急制动),就有可能因抗剪强度不足而出现面层推移(拥 包)等破坏 抗剪强度为材料受剪切时的极限或最大应力。由摩尔-库仑强度理论可知,抗剪强度由两 部分组成,一部分是摩阻力,同作用在剪切面上的法向应力成正比:另一部分是与法向应力 无关的粘结力,即 T=c+otg中(8-4) 式中 材料的粘结力 φ—材料的摩阻角 作用在剪切面上的法向应力 土的抗剪力问题是比较复杂的,如果试验时试件可以完全控制排水,水分可以从孔隙流 入或排出,则土的抗剪性质以式(8-4)表达。软的及饱和的粘土几乎没有内摩阻力,上式变为 (8-5) 无粘结性材料的抗剪强度可以写成
数的增加而不断增长，直到破坏。 级配差、尺寸单一的粒料，即便在应力重复作用很多次以后，塑性变形仍然继续发展， 因此，这种材料不宜用于公路路面。含有细料的颗粒材料，如果细料含量过多，影响到混合 料的密实度，将使变形累积量增大。 二、沥青混合料 当沥青稠度低、加载时间长或温度较高时，沥青混合料表现为弹-粘-塑性体，应力重复 作用下将会出现较大数量的累积变形。 对沥青混合料永久变开特性的研究，可利用静态蠕变(单轴受压)试验或重复三轴压缩试 验进行。前一种试验较简单，而后一种试验同实际受力状况相符，但二者所得到的累积应变- 时间关系的规律基本一致，因为重复应力下塑性应变的逐步累积实质上也是一种蠕变现象。 图 8-10 为一密实型沥青碎石混合料经受重复三轴试验的结果。由图可见，塑性应变量承 重复作用次数而增加，温度越高，塑性应变累积量越大。许多试验结果表明，在同一温度条 件下，控制累积应变量是总加荷时间，而不是重复作用次数；加荷频率以及应力循环间的停 歇时间对累积应变-时间关系的影响都不大。 影响累积量的因素，除了温度、作用应力大小和加荷时间外，还同集料的情况有关。有 棱角的集料比圆形集料能提供较高的劲度，即塑性变形累积量较低；密级配沥青碎石，由于 集料具有良好的级配特性，其变形累积量低于含沥青较多的沥青混凝土。压实的方法和程度 会影响混合料的空隙率和结构，因而也会影响变形累积规律。此外，侧限应力的大小也有影 响，可由图 8-10 中看出。 §8-3 强度特性 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载(或应力)。构成公路路面 各结构层的材料，一般都具有较高的抗压强度，而抗拉或抗剪强度较弱。这在颗粒材料中或 结合料粘结力较低的结构中尤为突出。控制路面材料极限破坏状态的往往不是抗压强度，可 能出现的强度破坏通常为：(1) 因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或 相对变位；(2) 因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。 一、抗剪强度 当面层厚度较薄刚度较低时，传给土基的应力较大，有可能出现因土基承载力不足而引 起的剪切破坏。这一般发生在低等级的路面上。在面层较厚但刚度较低(如高温下的沥青类路 面)时，如果受到较大的水平力(如紧急制动)，就有可能因抗剪强度不足而出现面层推移(拥 包)等破坏。 抗剪强度为材料受剪切时的极限或最大应力。由摩尔-库仑强度理论可知，抗剪强度由两 部分组成，一部分是摩阻力，同作用在剪切面上的法向应力成正比；另一部分是与法向应力 无关的粘结力，即 τ=c+σtgφ (8-4) 式中，c——材料的粘结力； φ——材料的摩阻角； σ——作用在剪切面上的法向应力。 土的抗剪力问题是比较复杂的，如果试验时试件可以完全控制排水，水分可以从孔隙流 入或排出，则土的抗剪性质以式(8-4)表达。软的及饱和的粘土几乎没有内摩阻力，上式变为： τ=c (8-5) 无粘结性材料的抗剪强度可以写成： τ=c+σtgφ (8-6)