层间状态对沥青路面力学响应影响研究

张强强

【摘要】层间状态对沥青路面力学响应有重要影响。基于弹性层状体系理论，利用沥青路面专用计算程序，以简化剪切弹性柔量 作为层间状态的表征参数，研究了不同结合状态下沥青路面的力学响应。结果表明：层间状态对沥青面层弯拉应力、弯拉应变及剪切应力影响较大，沥青层底影响尤为显著，而对路表弯沉影响较小。

【关键词】沥青路面；层间状态；简化剪切弹性柔量；力学响应

半刚性基层沥青路面由于其诸多优点在我国高等级公路中应用广泛。但由于路面采用分层铺筑，同时，现行我国沥青路面设计规范[1]假定各层间完全连续不滑动，导致层间结合成为了路面使用过程中的薄弱环节。本文以简化剪切弹性柔量 作为层间状态的表征参数，利用沥青路面专用计算程序Bisar3.0对不同层间状态下的沥青面层力学响应进行计算分析。

1、路面形式选取和层间状态描述

1.1 路面结构与计算模型

结合我国沥青路面设计规范与工程实践，选取的沥青路面结构形式及材料参数如图1所示。加载方式选用标准轴载BZZ-100KN的双圆均布荷载，并以图1中的A、B、C、D点位作为计算点位。

1.2 层间状态理论描述

文章采用简化剪切弹性柔量 作为层间状态的表征参数，它是将相邻层间的交界面看成是一个无限薄的内层，通过层间水平剪切应力与相对水平位移的关系来描述层间结合状态。研究表明[2]，当 从0到100r（r为当量圆半径）之间大量取值时就包括了层间完全连续到完全滑动的所有状态。通过计算分析，文章选取的表征参数值见表1。同时，为了更好的符合工程实际，文章假定其他各层间为完全连续状态，只考虑基-面层间状态的变化。

2、力学响应计算结果及分析

2.1 层间状态对弯拉应力影响结果及分析

用Bisar3.0对沥青面层各点位进行弯拉应力计算，通过对计算结果的统计分析可知，路表最大弯拉应力沿行车轴方向，而其他各层最大弯拉应力沿行车道方向；层间结合状态较好时，路表除外的其他各层均处于受压状态，随着层间状态的退化（ ≥0.25m），沥青层底率先出现拉应力，当层间完全光滑时，受拉范围已扩展至中面层底；同时，控制指标也由路表的 逐渐变成沥青层底的 。

2.2 层间状态对弯拉应变影响结果及分析

基-面层间状态变化对沥青面层弯拉控制应变影响结果见图2，其中，控制指标为各层间状态下不同层位指标最大值（下同）。由图2及对计算结果的统计分析可知，路表主要受行车轴方向的弯拉应变控制，而其他各层主要受行车道方向的弯拉应变控制；当层间结合状态较好时，弯拉控制应变先减小，再增大，最后再减小，路表和中面层底是主要控制层位；当层间状态逐渐变为光滑时，弯拉控制应变先减小，然后一直增大，沥青层底变为主要控制层位。

2.3 层间状态对剪切应力影响结果及分析

沥青面层剪切控制应力随基-面层间状态的变化曲线见图3。由图3可知，层间状态退化初期，

沥青面层水平剪切应力主要受路表剪切应力向下传播控制，沿深度呈减小趋势，此时，路表是主要控制層位；随着层间结合状态逐渐变为光滑，上面层水平剪切应力主要受路表剪切应力向下传播控制，呈减小趋势，而中、下面层主要受沥青层底剪切应力向上反射控制，沿深度呈增大趋势，沥青层底成为主要控制层位。

2.4 层间状态对路表弯沉影响结果及分析

不同基-面层间状态下的最大路表弯沉计算结果及变化率见表2。由表2可知，随着层间状态由完全连续退化为完全光滑，路表最大弯沉由33.17增大到38.65（0.01mm），增幅为16.52%，因此层间状态的退化对沥青路面路表弯沉影响不大。

3、结论

文章利用Bisar3.0计算程序对沥青路面不同基-面层间状态下的力学响应进行计算研究，并得到以下结论：

①简化剪切弹性柔量 定量表征层间结合状态是可行的。

②层间结合状态的退化对沥青面层弯拉应力、弯拉应变和剪切应力影响较大，沥青层底影响尤为显著，而对路表弯沉影响较小。

参考文献

[1]JTG D50—2006，公路沥青路面设计规范[S].

[2]Bitumen Business Group.Bisar3.0 User Manual[Z]. London： Shell International Oil Products B.V，1988.