夏 盟

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400041）

0 引言

隨著改革開放的發(fā)展，我國公路也相應(yīng)的快速發(fā)展。公路的快速發(fā)展同時也為我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。我國建設(shè)高速公路的發(fā)展歷程已經(jīng)走過一些年，這些年來我國公路建設(shè)已經(jīng)取得巨大成就。我國在公路建設(shè)這方面起步較晚，所以目前仍然處在建設(shè)公路的好時期。各個等級的公路的開通，不僅加快了我國經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，連通了各個區(qū)域，而且也間接的提高了人民的生活質(zhì)量。動態(tài)模量作為瀝青路面的一個重要參數(shù)，而荷載頻率對動態(tài)模量有一定的影響，因此就有必要研究荷載作用下動態(tài)模量的變化情況，可以對路面的動態(tài)模量進(jìn)行評價。

1 溫度的影響

1.1 區(qū)域差異

在我國，研究路面力學(xué)性狀之前，先進(jìn)行抗壓回彈模量的計算。這種方法是比較簡單的，但是會有一些不足。在實(shí)際工作當(dāng)中，在施工現(xiàn)場，不能夠反應(yīng)出來瀝青路面的動態(tài)模量。溫度對瀝青混凝土的動態(tài)模量的影響很大，路面平時就是在自然環(huán)境之下的，受太陽輻射照射，也會經(jīng)受著不同時期的不同氣候，瀝青材料溫度的影響就會比較強(qiáng)烈。在我國的南北地區(qū)就會有一些差異，因?yàn)槿昴媳钡貐^(qū)的溫度差異比較顯著。

1.2 研究方法

理論法主要是要假設(shè)出計算，解析式比較復(fù)雜，不方便應(yīng)用到實(shí)際試驗(yàn)中。數(shù)理統(tǒng)計法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及調(diào)查獲得的大量數(shù)據(jù)，再把路溫和氣象相結(jié)合，通過方差回歸分析推算出近似的路面動態(tài)模量的公式，這種方法簡單，建立在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算出來的，精度也會比較高，所以應(yīng)用的較為廣泛。由于計算機(jī)的長足發(fā)展，一門新興的計算方法誕生了，也就是數(shù)值分析法。這種方法將數(shù)值分析學(xué)科與有限元分析方法相結(jié)合，把研究的結(jié)構(gòu)劃分成一個個比較小的單元，將結(jié)構(gòu)的無限點(diǎn)位置通過有限個點(diǎn)來控制。將整體的結(jié)構(gòu)離散開來，對單元進(jìn)行分析，最后在計算整體的位移情況。

2 荷載頻率的影響

在諸多影響荷載作用頻率的因素中，車輛的行駛速度是其中的一個重要因素。車輛的行駛速度不同，在路面的不同深度產(chǎn)生的荷載頻率不相同。國外的一些研究表明汽車的行駛速度為70km/h時，產(chǎn)生的荷載頻率10Hz。大量的研究結(jié)果顯示，荷載頻率增大時，動態(tài)模量也會增大。當(dāng)荷載達(dá)到很大的值之后，瀝青混合料的動態(tài)模量會達(dá)到最大值；荷載再繼續(xù)增大，動態(tài)模量會變得平緩最后幾乎不變化。

荷載頻率對動態(tài)模量的影響已經(jīng)在國內(nèi)外對的試驗(yàn)中得到證明。要檢驗(yàn)荷載對動態(tài)模量的影響，可以采用等效厚度法，這種方法可以預(yù)測不同行車速度下載路面的結(jié)構(gòu)不同的深度的地方引起的荷載的頻率。

式中t是應(yīng)力脈沖時間，可以和荷載頻率相互轉(zhuǎn)化；v是行車速度；L是有效長度;

3 含水率的影響

含水率和體力對動態(tài)模量的影響也很顯著。由彈性力學(xué)知道，體應(yīng)力是三個方向的應(yīng)力之和。動態(tài)模量會隨著體應(yīng)力的增大而大幅度增大，增幅大約27.4～51%。含水率對路基土動態(tài)模量的影響，在不同的含水率狀況下，動態(tài)模量的增幅不一樣。此外，任一體應(yīng)力和偏應(yīng)力組合下，紅砂巖路基土的動態(tài)模量均隨含水率的增大先增大后減少，具有典型的凸型拋物線特征。

4 動態(tài)模量測試方法

4.1 室內(nèi)試驗(yàn)法

4.1.1 重復(fù)加載法

靜態(tài)力學(xué)計算混合料模量的方法，施加振動的幾種測試工具，施加固定的頻率和荷載在試件的表面上，先后多測試幾組數(shù)據(jù)，測量試件在荷載作用下的反應(yīng)，最后根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的比值計算彈性模量。試驗(yàn)是也會受諸多內(nèi)因和外因的影響，外在因素主要包括以下方面：制備試件的方法以及需要的試件的尺寸，應(yīng)力幅值，荷載頻率，荷載作用的時間和次數(shù)，試驗(yàn)時的溫度。

4.1.2 超聲波法

超聲波采用的方法和反復(fù)加載法完全不同，是將一定頻率的聲波通過某種具有彈性的瀝青混合材料，根據(jù)聲波的特性，它會朝各個方向傳播開來，縱波能夠?qū)⒆陨淼拇蟛糠帜芰總鬟f給瀝青彈性混合料。

4.1.3 敲擊振動法

在試驗(yàn)開始時需要敲擊試件，產(chǎn)生的振動信號通過壓電式加速度傳感器接收并轉(zhuǎn)化成電信號，電信號再通過可以放大信號的一起加倍放大，最后傳遞到搜集信號的分析儀器中，人員就可以整理相關(guān)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析整理。這種方法有一定的缺點(diǎn)，針對缺點(diǎn)采用相關(guān)的函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行一次處理,進(jìn)而增加試驗(yàn)的精度。另外，選擇頻率時，不能選擇太低的頻率。否則產(chǎn)生電信號時可能會很難搜集到信號，放大的過程中就會產(chǎn)生更多的誤差，因此不能選擇太低的頻率進(jìn)行試驗(yàn)。

4.2 室外試驗(yàn)法

基于彎沉和基于應(yīng)力波的反算方法都是可以在外面的施工現(xiàn)場試驗(yàn)的。基于彎沉的反算法可以模擬路面實(shí)際荷載的是怎樣作用在路面上以及作用的大小，將路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的彎沉表現(xiàn)出來并且作為響應(yīng)參數(shù)。這種方法方便試驗(yàn)人員的理解，因此在實(shí)際工作中應(yīng)用的比較廣泛?；趹?yīng)力波的反算法是以波動理論為基礎(chǔ)，這種方法是首先不知道路面結(jié)構(gòu)層的情況，通過反算來確定路面不同結(jié)構(gòu)層的動態(tài)模量。這種方法比第一種方法要簡便一些。

5 總結(jié)

瀝青路面材料的力學(xué)性質(zhì)是很復(fù)雜的，瀝青混合料包含粘性、彈性和塑性，動態(tài)模量是一個很重要的動態(tài)參數(shù)。動態(tài)模量和溫度、荷載頻率、含水率等有關(guān)系。低溫時瀝青混凝土模量跟水泥的比較接近。高溫時就和粒料的比較接近。在計算溫度對動態(tài)模量的影響時，可以把研究的結(jié)構(gòu)劃分成小的單元，將結(jié)構(gòu)的無限點(diǎn)位置通過有限個點(diǎn)來控制。將整體的結(jié)構(gòu)離散開來，對單元進(jìn)行分析，最后再計算整體的情況。無論冬季還是夏季，荷載頻率的變化都與車輛的行駛速度呈線性增長關(guān)系，而且和路面深度的位置有關(guān)，越靠近路面表面增長的速度越快表明動態(tài)模量先是逐漸增大，達(dá)到某一程度時，增加的速度會變得平緩，最后幾乎不變，這說明動態(tài)模量不會隨著荷載頻率的增加一直增大。另外，含水率對動態(tài)模量的影響也比較顯著，尤其是對紅砂巖地基土的影響更為顯著。

[1]羊明，胡章立.瀝青混合料動態(tài)模量影響因素探討[J].道路交通，2009,4(4):26-28.

[2]羊明.瀝青混合料動態(tài)模量研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2007.

[3]傅錫光.基于無約束共振法瀝青混合料動態(tài)模量試驗(yàn)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.