柔性路面与刚性路面理论与分析方法的发展概述

研究生课程论文题目柔性、刚性路面理论与分析方法发展概述作者姓名作者学号学科专业道路与交通工程所在学院建筑工程学院提交日期二○一五年十一月摘要根据行车作用下路面的力学特性，可将路面分为柔性与刚性两种。

柔性路面多由沥青类面层和多层结构组成，比较柔韧具有一定塑性，在长期行车作用下，容易产生较明显的变形，在柔性路面设计中需要考虑它的极限垂直位移和高温季节面层（采用沥青面层时）的稳定，同时也要考虑不利季节面层底面的极限拉延和面层的低温缩裂。

刚性路面主要指水泥混凝土路面，在行车下工作于弹性状态，没有明显的垂直变形。

刚性路面设计主要取决于混凝土面层的抗弯强度，同时考虑温度变化对路面内应力的影响。

路面设计从20世纪初就开始研究，已有80多年的历史，目前，各国使用的设计方法达几十种。

早期偏重于经验法，它是根据道路试验结果或按照对道路进行一般观察的结果而建立的，具有一定的条件性和地区局限性，但由于方法简便，能解决实际问题，故仍有很多国家使用。

随着力学和数学的发展以及电子计算机的运用，可以按照弹性理论或粘弹性理论计算出多层路面结构内的应力与变形，辅以一定的试验和调查，逐步建立了力学经验法，它已成为路面结构设计方法的发展方向，并已开始在美国、苏联、中国等国家应用。

关键词：柔性路面，刚性路面，经验法，力学经验法AbstractAccording to the mechanical characteristics of the pavement under traffic, the road surface can be divided into two kinds: flexible and rigid. Flexible pavement consists of multi-class asphalt surface layer and multi-layer structures, and it can be flexible and with some plasticity, also likely to produce more significant deformation under vehicular load in long-term. Flexible pavement designing needs to consider its limits vertical displacement and the stability of surface layer in the hot season (asphalt surface layer), also taking the underside of the surface layer of the adverse seasonal temperature limit drawing and the surface layer of shrinkage cracking into account. The main means of rigid pavement cement concrete pavement, road work in the elastic state, with no significant vertical deformation. Rigid pavement design depends mainly on the flexural strength of the concrete surface, taking into account the effects of temperature change on the inside surface stresses.Pavement design from the early 20th century began to study, more than 80 years of history, the current design method used by countries of dozens. Early emphasis on empirical method, which is based on test results or follow the road on the road to the general observation of the results established, with certain conditions and regional limitations, but because of the easy way, to solve practical problems, so there are still many countries use. With the development and use of computer mechanics and mathematics, in accordance with the elastic theory or viscoelastic theory to calculate the stress and deformation within the multilayer pavement structure, combined with a certain degree of trial and investigation, and gradually establish a mechanical-empirical method, it has become the development direction of the pavement design methods, and have begun to use in the United States, Soviet Union, China and other countries.Keywords：flexible pavement, rigid pavement, empirical method, mechanical-empirical method1引言路面理论与分析方法从20世纪初就开始研究，已有110多年的历史，目前，各国使用的方法达几十种。

根据行车作用下路面的力学特性，可将路面分为柔性与刚性两种。

下面分别对柔性路面和刚性路面理论与分析方法的发展情况分别进行概述。

2 柔性路面理论与分析方法发展概述自1850年法国首先将岩沥青应用于道路路面之后，沥青路面很快发展成为了现代路面的主要类型。

2.1 发展简史柔性路面设计法始见于1901年美国麻省道路委员会第八次年会上的公式，随后40年提出了各种设计公式，至1940年戈德贝克公式为止，均属初期的古典公式，其特点都是以轮载分布到土基上的应力大小为依据。

随着土质学、土力学的发展，20世纪40年代后，柔性路面设计转以经验法为中心，如1940年美国堪萨斯州的三轴法，哈费氏的平板试验法，1942年O.J.波特的加州承载比(CBR)法，1943年加拿大的麦克劳德法，1947年加州的维姆法，直至1950年美国陆军工兵部队发展的CBR法。

而1955年的美国各州公路工作者西部协会(WASHO)和1962年的美国各州公路工作者协会(AASHO)的道路试验，则更是近代经验法的基础。

1943年D.M.伯米斯特发表了弹性层状体系理论，为柔性路面设计理论奠定了基础，到第二次世界大战结束，随着电子计算机的发展和测试技术的进步，把弹性层状体系理论和WASHO、AASHO试验路结果相联系，提出了完整的设计方法及其电算程序或诺谟图，成为现代理论法的先声。

继此，各国竞相前进，成为发展趋势。

近年来，由于大型电子计算机的普及，理论基础的完善，规划科学化、结构典型化、材料规格化、施工机械化，已有可能从规划、设计、施工直至使用作为一个整体，从最佳经济效益出发，走系统设计的方向。

总体来说，柔性路面设计方法门类繁多，但基本上可分为经验法和理论法两大类。

2.2 经验法柔性路面理论以道路试验及对道路所进行的观测数据为基础，设计时以不同的交通条件、土基及路面材料室内和现场试验结果为依据，结合本国实际情况，确定经验公式或设计曲线。

经验法中影响最大者为CBR设计法和AASHO设计法。

a. CBR设计法加州承载比CBR试验，为测定土基和粒料基层材料相对强度的试验法。

美国加州公路局1928～1929年进行道路调查，于1942年提出土基CBR值与路面厚度关系曲线，后经波特和美国陆军工兵部队的共同努力，几经演变，得出如图的设计曲线，成为许多国家CBR设计法的基础。

b. AASHO设计法1962年提出，以路面使用性能降低的原因为依据，确定交通量与路面厚度的关系。

设计参数有路基支承值、地区系数、80千牛标准轴载累计数，根据不同的临界状态的计算图查得路面厚度指数，再以适当的材料等效强度系数换算为实际厚度确定路面结构。

c. 典型结构法如德意志联邦共和国法，以本国经验为基础，吸收AASHO成果，结合本国对防冻设计的成就而成。

旧路补强设计。

以旧路不利季节的弯沉测定为基础，根据补强层材料的试验路求得其补强效果，以经验公式或经验曲线决定补强厚度。

加拿大、中国等国都制订过这种方法。

至于美国地沥青协会(A.I.)旧法、英国法、日本法等都是综合CBR法和AASHO法的结果，或以诺谟图表示或以公式表示。

2.3 力学经验法柔性路面体系具有弹－粘－塑性质，对于等级较高的柔性路面，可以认为近似于弹性体。

用弹性层状体系理论进行路面的应力、应变和位移分析。

理论假定前提和路面实际的差异所导致的计算结果和实测数据的偏离，则在计算中予以修正。

由于影响路面工作状况的因素多、变化大，理论法仍有经验成份。

在进行柔性路面设计时，应在充分调查路线的自然、交通、筑路材料资源的基础上，遵循因地制宜、就地取材、方便施工、利于养护的原则，注意分期修建的技术经济效益，采用薄面强基稳土基的技术途径，进行路基路面组合设计。

a. 壳牌石油公司法1963年提出，1978年修正，以三层体系（连续、滑动、半滑动）为基础，后发展到采用多层体系BISAR程序(见路面力学计算)，参考了WASHO、AASHO 道路试验结果制定，采用双圆垂直荷载图式、标准轴载80千牛，特殊情况时考虑水平荷载。

设计时控制土基压应变防止路面永久变形，分别控制层底拉应变或拉应力，防止沥青面层或水泥土基层的拉裂。

有设计手册可用。

b. 苏联法1972年制定，以双层体系（连续或滑动）为基础，计算中层拉应力时用三层连续体系近似诺谟图。

采用单圆垂直荷载。

设计时控制土基的剪力或路表弯沉值计算总厚度，控制沥青类面层和无机结合料稳定基层层底的拉应力或粒料基层剪应力防止路面开裂。