（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

1 前言

造成各級(jí)公路路面發(fā)生變形、破壞等損傷形式及原因主要分為以下幾種:

1.1 路面變形

在道路的路基路面施工結(jié)束后，因?yàn)槭┕せ蛐熊?chē)原因造成路基不均勻沉降，直接表現(xiàn)為路面有波形、路面不平整。在路堤填筑以后，在動(dòng)載和靜載共同作用下，地基形成固結(jié)形變，路面就形成凹陷或凸起。

1.2 松散

在孔隙率較大的瀝青混凝土表面層內(nèi)，雨水在重力的作用下滲透進(jìn)路面面，但是瀝青混凝土下層具有較大的密實(shí)性和防水性，水會(huì)聚集在混凝土里面無(wú)法排出，聚集在里面的水會(huì)對(duì)路面造成侵蝕，主要表現(xiàn)為瀝青路面的表面小坑洞、小空隙。

1.3 車(chē)轍

公路工程實(shí)際的工程的施工結(jié)構(gòu)中，大部分設(shè)計(jì)采用的是半剛性基層的混凝土瀝青路面，由于其自身的剛度較大，不易出現(xiàn)變形，而瀝青混合料形成的流動(dòng)性是造成車(chē)轍的主要原因。

1.4 裂縫

在實(shí)際工程中，我們發(fā)現(xiàn)混凝土瀝青路面最常見(jiàn)的裂縫主要有以下幾種：橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫以及路基路面不均勻沉降造成的沉降裂縫，還有在反復(fù)的溫度變化及盒荷載變化情況下出現(xiàn)的疲勞破壞而產(chǎn)生的裂紋為溫縮裂縫。

2 道路疲勞壽命計(jì)算

在斷裂力學(xué)理論中，當(dāng)材料的循環(huán)應(yīng)力對(duì)材料的作用遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力，一般情況下不會(huì)發(fā)生機(jī)械破壞。如果在構(gòu)件內(nèi)部存在裂紋，在外力作用下，構(gòu)件發(fā)生突然的幾何形狀變化，則局部應(yīng)力可能超過(guò)屈服強(qiáng)度，從而會(huì)使裂紋發(fā)展。外荷載的每一次作用都將使裂紋產(chǎn)生細(xì)微增長(zhǎng)，在力學(xué)上稱這種現(xiàn)象為疲勞裂紋擴(kuò)展。Paris研究了裂紋擴(kuò)展速率和應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的關(guān)系后指出，裂紋擴(kuò)展速率和應(yīng)力強(qiáng)度因子之間存在簡(jiǎn)單的指數(shù)關(guān)系，即：

式中：為裂紋擴(kuò)展速率；

A，n為與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；

為應(yīng)力強(qiáng)度因子的幅值。

在斷裂力學(xué)的材料屬性規(guī)定中，瀝青混凝土是不均勻各向異性的材料．瀝青混凝土中存在一些細(xì)微的空隙間隔，這就成為了路面發(fā)生初始裂紋的源頭。材料的初始應(yīng)力狀態(tài)會(huì)隨著初始裂紋的大小程度而改變，在荷載的作用下，大量的應(yīng)力集中在細(xì)微空隙的端頭，過(guò)度的應(yīng)力超過(guò)了該材料所能承受的極限值，從而使端部破裂，Paris公式也適用于路面的破壞開(kāi)裂．路面破壞的疲勞壽命等于：

式中：為初始裂紋長(zhǎng)度

為裂紋最終破壞時(shí)的裂紋長(zhǎng)度．

按照上式，只需將各個(gè)參數(shù)帶入式中，路面的疲勞壽命即為可求出。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工程中，通過(guò)大量的工程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，面層和基層模量增大將減小面層的使用壽命，面層厚度增加將顯著增加面層的使用壽命。通過(guò)與傳統(tǒng)試驗(yàn)方法比較說(shuō)明，用疲勞斷裂力學(xué)理論預(yù)測(cè)疲勞壽命更科學(xué)有效。

[1]洪起超。工程斷裂力學(xué)基礎(chǔ)[M]。上海交通大學(xué)出版社，1987.

[2]易志堅(jiān)，吳國(guó)雄，周志祥，楊慶國(guó)，周水興，巫祖烈?；跀嗔蚜W(xué)原理的水泥砼路面破壞過(guò)程分析及路面設(shè)計(jì)新構(gòu)想J1。重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，20(1).

[3]易志堅(jiān)，唐伯明，李祖?zhèn)ィ瑮顟c國(guó)，巫祖烈。水泥砼路面面層與基層相互作用引起的基本破壞形式及重要影響[Ⅱ]。重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，20(11).

[4]易志堅(jiān)，揚(yáng)慶國(guó)，李祖?zhèn)?，鄧衛(wèi)東，鐘寧?；跀嗔蚜W(xué)原理的纖維砼阻裂機(jī)理分析[U]。重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，23(6).

[5]Vanelstraete A，F(xiàn)raneken L。Prevention ofReflective Cracking In Pavement。RILEM Report，1997。18.

[6]Jaeobs M M。Crack Growth in Asphalt Mix[D]。Delft University of Technology，Delft，1995.

[7]張起森，鄭健龍。半剛性基層瀝青路面的開(kāi)裂機(jī)理[J]。土木工程學(xué)報(bào)，1992，25(2)：13—22.

[8]鄭健龍，周志剛，張起森。瀝青路面抗裂設(shè)計(jì)理論與方法[M]。北京：人民交通出版社，2002.

[9]丁遂棟，孫利民。斷裂力學(xué)[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.