陳勇鴻，張 巍，呂 鑫

(湖南省婁新高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司，湖南婁底 417000)

隨著公路施工技術(shù)水平發(fā)展和舊路改造范圍的擴(kuò)大，大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石基層成為人們的研究熱點(diǎn)。大粒徑瀝青混合料基層作為一類柔性結(jié)構(gòu)層，具有很強(qiáng)的柔性和變形能力，作為應(yīng)力消散層，大大延緩了路面反射裂縫的發(fā)生;另一方面，大粒徑瀝青混合料基層可以與瀝青混凝土面層粘結(jié)牢固，并由于其模量與面層接近，路面結(jié)構(gòu)變?yōu)楦鶆颍?］，并且有維修費(fèi)用低、路面材料能夠全部被重復(fù)利用和使用壽命被延長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)［2］。

本文應(yīng)用Bisar力學(xué)分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)的大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石基層路面結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算，分析材料參數(shù)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響。

1 Bisar程序介紹

Bisar程序由位于荷蘭阿姆斯特丹(Amsterdam)的殼牌研究工作組(Shell)于1967年開(kāi)發(fā)，它是基于多層彈性層狀體系理論專為道路設(shè)計(jì)而編制的程序，理論依據(jù)為Shell設(shè)計(jì)法，屬于力學(xué)－經(jīng)驗(yàn)法，是國(guó)際上公認(rèn)的比較完善的路面設(shè)計(jì)方法，其基本假定是:

1)把路面結(jié)構(gòu)當(dāng)作一種多層線性彈性體系，其中材料用楊氏彈性模量和泊松比表征。對(duì)于一般的設(shè)計(jì)方法均采用三層彈性體系。

2)材料假定為均質(zhì)的和各向同性的，路面各層在水平方向?yàn)闊o(wú)限大。

3)荷載:一個(gè)圓面或幾個(gè)圓面上作用著均布的垂直和(或)水平荷載(對(duì)于一般的設(shè)計(jì)方法采用一種標(biāo)準(zhǔn)的雙輪荷載)。

4)層間采用完全連續(xù)。

在路面力學(xué)方面，該法以層狀彈性體系理論為基礎(chǔ)，但考慮了材料的非線性和粘彈性特性，在研究過(guò)程中曾以非線性體系理論和粘彈性體系理論來(lái)進(jìn)行分析、對(duì)比，對(duì)理論在路面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用又做了大量驗(yàn)證工作。因此，該法在理論上是比較完善的［3］。

2 大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石力學(xué)分析

計(jì)算參數(shù)的選取:對(duì)半剛性基層瀝青路面基面層間剪應(yīng)力的變化規(guī)律加以分析。在標(biāo)準(zhǔn)荷載條件下，水平荷載，半徑，垂直荷載，基層模量，面層模量和面層厚度的參數(shù)見(jiàn)表1。研究基層、面層的模量、厚度對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響規(guī)律。

表1 計(jì)算參數(shù)

2.1 基層和面層模量對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響

當(dāng)分析面層模量的影響時(shí)，基層模量取1 800 MPa;當(dāng)分析基層模量的影響時(shí)，面層模量取1 200 MPa;基層厚度取20 cm，面層厚度分別取8 cm和10 cm。

1)基層模量E=1 800 MPa時(shí)，不同面層模量時(shí)的基層層間剪應(yīng)力如表2。

2)面層模量E=1 200 MPa時(shí)，不同基層模量時(shí)的基層層間剪應(yīng)力如表3。

表2 不同面層模量時(shí)的基層層間剪應(yīng)力 MPa

表3 不同基層模量時(shí)的基層層間剪應(yīng)力

為了直觀將表1、表2的數(shù)據(jù)函數(shù)擬合得到圖1、圖2。從圖1、圖2可看到，基面層間剪應(yīng)力隨著

圖1 基面層間剪應(yīng)力隨面層模量變化規(guī)律

圖2 最大層間剪應(yīng)力隨基層模量變化規(guī)律

面層模量的增大而減小，隨著基層模量的增大而增大，基層層模量的變化對(duì)面間剪應(yīng)力的影響大于基層模量的影響，總體上基層和面層模量的變化對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響較小，當(dāng)面層模量 E1由1 100 MPa增加到1 800 MPa時(shí)，基面層間剪應(yīng)力僅減小2% ～3%;當(dāng)基層模量E2由1 500 MPa增加到2 500 MPa時(shí)，基面層間剪應(yīng)力增加6% ～7%。面層模量、基層模量與基面層間剪應(yīng)力之間呈線形關(guān)系，回歸方程見(jiàn)表4。

表4 基面層間剪應(yīng)力與面層模量、基層模量之間的回歸關(guān)系

2.2 基層和面層厚度對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響

1)基層厚度為20 cm時(shí)，面層厚度對(duì)層間剪應(yīng)力的影響見(jiàn)表5，并將其相互關(guān)系繪于圖3。

從圖3中可以看出基層層間剪應(yīng)力隨著面層厚度的增加而減小，而且減小的趨勢(shì)很顯著。當(dāng)面層厚度從5 cm增大到15 cm時(shí)，層間剪應(yīng)力從0.379 MPa 小到0.1847 MPa，減小51.33% 。變化幅度為:面層厚度每增加1 cm，層間剪應(yīng)力平均減小5.1%，變化幅度相當(dāng)大?；境删€性關(guān)系:

表5 不同面層厚度時(shí)的基層層間剪應(yīng)力

圖3 基面層間剪應(yīng)力隨面層厚度變化規(guī)律

y= －0.019 4x+0.462 6

因此，增加面層厚度可大大減小層間剪應(yīng)力，有效地防止基面層間的滑移。

2)面層厚度為8 cm時(shí)，基層厚度對(duì)層間剪應(yīng)力的影響見(jiàn)表6，并將其相互關(guān)系繪于圖4。

表6 不同基層厚度時(shí)的基層層間剪應(yīng)力

圖4 基面層間剪應(yīng)力隨基層厚度變化規(guī)律

由圖4可見(jiàn):基面層間剪應(yīng)力隨著基層厚度的增大而減小，但是變化幅度較小，當(dāng)基層厚度由15 cm增加到25 cm時(shí)，基面層間剪應(yīng)力減小約10%，可見(jiàn)基層厚度對(duì)層間剪應(yīng)力的影響較小?；鎸娱g剪應(yīng)力與基層厚度近似成如下關(guān)系:

3 結(jié)論

本文利用Bisar程序?qū)Υ罅綖r青穩(wěn)定碎石基層彈性模量和基層厚度對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析，研究了不同路面結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)對(duì)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，從這些分析結(jié)果得到以下結(jié)論:

1)基面層間剪應(yīng)力與面層、基層模量和面層、基層厚度具有良好的線形關(guān)系。

2)基面層間剪應(yīng)力隨著面層模量的增大而減小，隨著基層模量的增大而增大，基層層模量的變化對(duì)面間剪應(yīng)力的影響大于基層模量的影響。

3)模量對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響不大。

4)面層厚度對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響較大，而基層厚度對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響較小，因此，增加面層厚度可以有效防止大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石基層路面基層與面層之間的剪切破壞。

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