应力应变关系

压碎值、性状 与透水性


压碎值取决于集料的强度和形状，压碎值不足的 危害是很大的，产生变形和强度问题 即便是基层、底基层等层次，虽然整体受力较小， 但局部接触应力可能很大，仍需要限制压碎值 过于密实碎可提高强度，但可能会牺牲水稳定性、 温度稳定性和抗冲刷能力，设计者应设法平衡强 度与稳定性之间的关系 形状可能会影响压碎值，所以采用测试压碎值的 集料的形状应符合要求。集料生产过程中的内部 裂纹会影响压碎值
2、三轴压缩状态下的应力-应变关系
• σ-ε关系与土的类似（P35，图4-1），见下 图，应变随荷载的增大而迅速增大。 • 同样，为应力偏量的函数。 • 在应力级位较小时，近似直线，E为常数。 • 与粒料的σ-ε关系有很大不同，凹向相反， 悬浮结构的粒料可能相似（如果细料类似土 的话），这反映了黏结型与嵌锁型的区别。
第五章 路面材料的力学性能
引言 颗粒材料的工程性质 稳定类材料
沥青混合料
水泥混凝土 Miner定律-线性疲劳叠加率
一、 引 言
1、路面材料的类型
2、应力-应变特性：模量E，这是主要力学分析参数
3、强度特性：了解其自身的抗力，了解强度的来源
4、变形特性：变形能力，可恢复的和不可恢复的变 形，对平整度的影响
加载波形有多种，典型的有三种：
低应力为零：常用方式，沥青路面方式 低应力>零：水泥路面方式 低应力<零：双向加载方式，不常用
• 随着荷载作用次数的增加，材料的抗力（强度、 模量）在不断降低。 • 疲劳寿命与加荷方式、波形、频率等因素有关。 荷载级位越大，疲劳寿命越短；荷载级位越小， 疲劳寿命越长。当然还与材料自身的特性有关， 与黏结料的性质有关，与集料的性质也有关。 一般而言，影响弯拉强度的因素都将影响疲劳 特性。 • 疲劳特性一般用应力或应变与疲劳寿命之间的 关系来表示，两者之间在半对数或双对数坐标 上一般呈线性关系。见图。 • 疲劳方程的离散性一般很大
k为系数，k1=7.0-15.7，k2=0.46-0.64 由于σ1与σ3有关，所以模量还可以表示为：
Er f1 3
f2
荷载-弯沉关系

随着荷载（弯沉）的增大，模量在增加
P
破坏点
l
设计中的考虑

粒料模量的取值比较困难，因为E=F（应力， 棱角，纹理，密度），设计中无法考虑这 么详细
Eg K E0
5、疲劳特性：与寿命有关，与荷载作用次数有关 6、耐久性：自然因素的影响，包括水的作用、水稳 定性、抗剥落特性、抗冻融特性（温度）、自然 老化、抗紫外线。
二、颗粒材料的工程性质
1 2 3 4 泊松比
强度来源
应力应变关系
变形累积
1、强度来源
强度来源



颗粒类材料由于无结合料的黏结，所以不 是一个整体，是一个结构层，但自身是松 散的。 不能承受拉应力的作用，可以受压或受剪 切。黏结力为零。 内磨檫力提供了抗剪切强度，但取决于粒 料的纹理、密实度、颗粒形状、级配等因 素
3、变形累积

与土的变形累计规律类似 当较小时，趋于缓慢稳定增加 当较大时，急剧增加 随增加，稳定的增加
4、泊松比
一般0.2-0.5，一般取0.25-0.35
三、稳定类材料
1、强度特性
• 强度来源：黏结力，内摩擦力 • 当采用黏结力、内摩擦力的概念时，总与剪切有关。实际 上，黏结力和内摩擦力提供了各种强度。 • 测试方法 • 三轴压缩试验，P45图5-2 • 梁式试件，4点加荷法，三分点加荷试验，P45图5-2 • 劈裂试验，间接拉伸试验，图 • 同样三种组成状态。由于是整体性材料，所以同样应注意 其水稳定性。细集料（结合料）含量越多，越容易冲刷。 在满足填充要求的前提下，应尽量减少细集料的用量。强 度不是唯一的标准。 • 级配一般采用骨架-填充结构
6、变形特性
累计永久变形忽略不计
7、疲劳特性
概念
• 疲劳是指材料在低于极限荷载的英里作用下发生破坏， 是重复荷载作用下微裂纹的扩展，重复荷载作用的大 小不可太大。疲劳反映了路面的寿命，反映了小吨位 荷载作用下的数千万次的重复作用，滴水穿石的效果。 疲劳设计是路面设计的重要概念，是路面设计的重要 特点。 • 疲劳寿命：指从开始加载至损坏时的荷载作用次数； 通常采用梁式试件测量，四点加荷法。所施加的应力 实际上就是破坏时的应力，成为疲劳强度。 • 疲劳极限：当荷载小于一定数值时，材料永远不会发 生疲劳损坏，这个数值曾经定义为10^7，目前已经不 行。对钢材，应力比0.5。
级配要求
应满足一定的级配要求，可参见有关手册或规范
测试与计算
测试采用三轴试验
计算：
tg
2、应力-应变关系
测定方法

三轴试验
应力-应变关系

ε
注意：该曲线与土的应力-应变曲线百度文库区别
粒料的模量与 受力状态有关
Er k1
k2
θ为主应力之和
1 2 3 1 2 2 3 3
3、梁式弯拉状态下的应力-应变关系

梁式试件是半拉半压的受力状态，性质应 处于拉、压之间，所得模量略小于三轴 不反映侧限力的影响 应力-应变曲线与上图类似，但损坏区域更 明显，速度更快


4、影响因素

结合料的剂量和活性 龄期
集料的类型（土）


5、参考值域


水泥土：E=（0.7-7）*1000Mpa， μ=0.15-0.35 水泥稳定碎石：（7-28）*1000Mpa， μ=0.15-0.20
颗粒材料的几 种组成状态



骨架结构，不含或很少细料（<0.074）的状态， 见图：强度来源于接触部位的摩擦力，对集料强 度要求高；水稳定性好，透水性好，无冻敏 骨架-填充结构，见图：强度来自于摩擦力，抗剪 切强度有所提高；密度高，透水性差，可能是冻 敏的，取决于填充料；不耐冲刷。三渣多属于这 种结构。 悬浮结构，粗集料悬浮于细集料之中，见图：强 度取决于填充料；密度高，不透水，水敏，冻敏， 不耐冲刷
疲劳方程
常见表达方式：

f
lg N
低应力为零
有高低应力比时的疲劳方程：

f
(1 R) lg N
低应力>0
Rc N R