第二章　行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)

一、名詞解釋

1．當(dāng)量軸次[河北工業(yè)大學(xué)2012年B卷]

答：當(dāng)量軸次是指道路上行駛的汽車軸載與通行次數(shù)按照等效原則換算為某一標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量通行次數(shù)。按彎沉等效或拉應(yīng)力等效的原則，將不同車型、不同軸載作用次數(shù)換算為與標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN相當(dāng)?shù)妮S載作用次數(shù)。

2．路基工作區(qū)[河北工業(yè)大學(xué)2011年B卷，中山大學(xué)2014年真題]

答：路基工作區(qū)是指在路基某一深度Z_a處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力與路基土自重應(yīng)力引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為1/10～1/5時，該深度Z_a范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。

3．CBR[中山大學(xué)2010年真題]

答：CBR表征路基土、粒料、穩(wěn)定土強(qiáng)度的一種指標(biāo)。即標(biāo)準(zhǔn)試件在貫入量為2.5mm時所施加的試驗(yàn)荷載與標(biāo)準(zhǔn)碎石材料在相同貫入量時所施加的荷載之比值，以百分率表示。

4．溫度疲勞應(yīng)力[河北工業(yè)大學(xué)2011年B卷]

答：溫度疲勞應(yīng)力是指在規(guī)定的循環(huán)溫度應(yīng)力幅值和大量重復(fù)次數(shù)下，材料所能承受的最大交變應(yīng)力。

5．荷載疲勞應(yīng)力[河北工業(yè)大學(xué)2011年B卷]

答：荷載疲勞應(yīng)力是指在規(guī)定的循環(huán)應(yīng)力幅值和大量重復(fù)次數(shù)下，材料所能承受的最大交變應(yīng)力。飛機(jī)結(jié)構(gòu)、汽車底盤、機(jī)車車軸等各種結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在使用中所承受的載荷往往是變化的，相應(yīng)地、所承受的應(yīng)力也是變化的。人們把這種變化著的載荷稱之為疲勞載荷，把相應(yīng)的應(yīng)力稱為疲勞應(yīng)力，而把載荷和應(yīng)力隨時間變化的歷程則分別稱為載荷譜和應(yīng)力譜。載荷譜或應(yīng)力譜一般地說是不規(guī)則的，或者說是隨機(jī)的。但它也可能表現(xiàn)出一定的規(guī)則性。

6．疲勞強(qiáng)度[河北工業(yè)大學(xué)2012年A、B卷]

答：對于彈性狀態(tài)的路面材料承受重復(fù)應(yīng)力作用時，可能在低于靜載一次作用下的極限應(yīng)力值時出現(xiàn)破壞，這種材料強(qiáng)度的降低現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞強(qiáng)度是指出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)應(yīng)力值。隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而降低。

二、判斷題

1．軸載等效換算的原則之一是同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的損傷程度。（　　）[華南理工大學(xué)2011年真題]

【答案】正確

【解析】各種軸載的作用次數(shù)進(jìn)行等效換算的原則是：同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的損傷程度。

2．承載板直徑越小，測的地基反應(yīng)模量K值越大。（　　）[華南理工大學(xué)2010年真題]

【答案】正確

【解析】地基反應(yīng)模量K為壓力與彎沉的比值。地基反應(yīng)模量K值用承載板試驗(yàn)確定，承載板直徑越小，K值越大。

三、單選題

1．通常輪胎與路面接觸面上的壓力（　　）輪胎內(nèi)壓力。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

A．大于

B．小于

C．等于

D．沒關(guān)系

【答案】B

【解析】貨車輪胎的標(biāo)準(zhǔn)靜內(nèi)壓力p_i一般在0.4～0.7MPa范圍內(nèi)。通常輪胎與路面接觸面上的壓力p略小于內(nèi)壓力p_i，約為（0.8～0.9）p_i。

2．動荷載作用下與靜載相比，路面的總變形（　　）。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

A．增大

B．不變

C．與其無關(guān)

D．減小

【答案】D

【解析】動荷載作用下路面變形量的減小，可以理解為路面結(jié)構(gòu)剛度的相對提高，或者是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相對增大。

3．材料的疲勞強(qiáng)度，隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而（　　）。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

A．增加

B．減小

C．不變

D．不一定

【答案】B

【解析】出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)應(yīng)力值（疲勞強(qiáng)度），隨重復(fù)作用次數(shù)的增加而減小。

四、多選題

1．輪跡橫向分布頻率隨（　　）而變化。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

A．交通量

B．交通組成

C．車道寬度

D．交通管理規(guī)則

E．軸重

【答案】ABCD

【解析】車輛在道路上行駛時，車輪的軌跡總是在橫斷面中心線附近一定范圍內(nèi)左右擺動，由于輪跡的寬度遠(yuǎn)小于車道的寬度，因而總的軸載通行次數(shù)既不會集中在橫斷面上某一固定位置，也不可能平均分配到每一點(diǎn)上，而是按一定規(guī)律分布在車道橫斷面上，稱為輪跡的橫向分布。輪跡橫向分布頻率曲線圖形隨許多因素（如交通量交通組成、車道寬度、交通管理規(guī)則等）而變化，需分別針對各種不同情況，通過實(shí)地調(diào)查才能確定。

2．按土基應(yīng)力-應(yīng)變曲線上應(yīng)力取值方法的不同，模量有（　　）。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

A．切線模量

B．割線模量

C．變形模量

D．回彈模量

E．初始切線模量

【答案】ABDE

【解析】按照應(yīng)力—應(yīng)變曲線上應(yīng)力取值方法的不同，模量有以下幾種：初始切線模量、切線模量、割線模量及回彈模量。

3．表征土基承載力的參數(shù)指標(biāo)有（　　）。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

A．回彈模量

B．地基反應(yīng)模量

C．加州承載比

D．壓實(shí)度

E．土的最大干密度

【答案】ABC

【解析】用于表征土基承載力的參數(shù)指標(biāo)有回彈模量、地基反應(yīng)模量和加州承載比（CBR）等。

4．表征土基強(qiáng)度與剛度的指標(biāo)包括（　　）。[河北工業(yè)大學(xué)2012A、B卷]

A．土基回彈模量

B．孔隙比

C．壓縮系數(shù)

D．CBR

E．地基反應(yīng)模量

【答案】ADE

【解析】土基回彈模量、地基反應(yīng)模量可以表征土基的剛度，而CBR可以表征土基的強(qiáng)度。

5．表征土基強(qiáng)度與剛度指標(biāo)有（　　）。[華南理工大學(xué)2010年真題]

A．回彈模量

B．孔隙比

C．壓縮系數(shù)

D．加州承載比

【答案】AD

【解析】表征土基強(qiáng)度與剛度指標(biāo)的參數(shù)指標(biāo)主要有回彈模量、地基反應(yīng)模量和加州承載比（CBR）等。

五、簡答題

1．路面設(shè)計時，應(yīng)進(jìn)行的交通分析計算內(nèi)容有哪些？[河北工業(yè)大學(xué)2011年B卷]

答：道路上通行的車輛不僅具有不同的類型和不同的軸重，而且通行的車輛數(shù)目也是變化的。因此，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要考慮設(shè)計年限內(nèi)，車輛對路面的綜合累計損傷作用，必須對現(xiàn)有的交通量、軸載組成以及增長規(guī)律進(jìn)行調(diào)查和預(yù)估，并通過適當(dāng)?shù)姆绞綄⑺鼈儞Q算成當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計作用次數(shù)。

2．路基工作區(qū)的概念及意義。[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

答：（1）路基工作區(qū)的概念

路基工作區(qū)是指在路基某一深度處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力與路基土自重力引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為1/10～1/5時，該深度范圍內(nèi)的路基。

（2）路基工作區(qū)的意義

路基工作區(qū)的概念，為設(shè)計、施工提供了必要的指導(dǎo)。在工作區(qū)范圍內(nèi)的路基，對于支承路面結(jié)構(gòu)和車輪荷載影響較大，在工作區(qū)范圍以外的路基，影響逐漸減少。當(dāng)工作區(qū)深度大于路基填土高度時，行車荷載的作用不僅施加于路堤，而且施加于天然地基的上部土層。

3．為提高路基的穩(wěn)定性，防止各種病害的發(fā)生，應(yīng)采取哪些措施？[河北工業(yè)大學(xué)2010年A卷]

答：為提高路基的穩(wěn)定性，防止各種病害的發(fā)生，應(yīng)采取的措施如下：

（1）正確設(shè)計路基橫斷面；

（2）選擇良好的路基用土填筑路基，必要時對路基上層填土作穩(wěn)定處理；

（3）采取正確的填筑方法，充分壓實(shí)路基，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度；

（4）適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍；

（5）正確進(jìn)行排水設(shè)計（包括地面排水、地下排水、路面結(jié)構(gòu)排水以及地基的特殊排水）；

（6）必要時設(shè)置隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減小路基冰凍深度和水分積累，設(shè)置砂墊層以疏干土基；

（7）采取邊坡加固、修建擋土墻、土體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。

4．路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞極限狀態(tài)有哪幾類？它們之間有何異同？[中山大學(xué)2010、2011、2012年真題]

答：路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞圾限狀態(tài)有兩類：

（1）彈塑性工作狀態(tài)，塑性變形的累積，破壞極限狀態(tài)；

（2）彈性工作狀態(tài)：結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生微量損傷，疲勞斷裂，破壞極限狀態(tài)。

相同點(diǎn)是都是最后使路面結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞，不同點(diǎn)是受力機(jī)理的不同，一個是強(qiáng)度破壞，一個是疲勞破壞。

六、論述題

1．路基的主要病害有哪幾種？其原因以及相應(yīng)的防治措施有哪些？[中山大學(xué)2010年真題]

答：（1）路基的主要病害及原因有以下幾種：

①路基沉陷

路基沉陷是指路基表面在垂直方向上產(chǎn)生較大的沉落，路基的沉落分兩種情況：一是路基本身的壓縮沉降；二是由于路基下面天然地面承載能力不足，在自重的作用下引起沉陷或向兩側(cè)擠出。路基的沉縮是因路基填料選擇不當(dāng)，填筑方法不合理，壓實(shí)度不足，在路基堤身內(nèi)部形成過濕的夾層等原因，在荷載和水溫作用下引起路堤沉縮。

②邊坡滑塌

路基邊坡滑塌是最常見的路基病害。可分為溜方和滑坡兩種。

a．溜方：溜方常指邊坡上表面薄層土體下溜，主要由于流水沖刷邊坡或施工不當(dāng)引起。

b．滑坡：一部分土體在重力作用下沿某一滑動面滑動。滑坡主要是由于土體的穩(wěn)定性不足引起的。

③碎落和崩塌

剝落和碎落是指路塹邊坡風(fēng)化巖層表面，在大氣濕度、溫度的作用，以及雨水沖刷和動力作用下，表面巖石從坡面上剝落下來。大塊巖石脫離坡面沿邊坡滾落稱為崩塌。

④路基沿山坡滑動

在較陡的山坡填筑路基，若路基的底部被水浸濕，形成滑動面，坡角又未進(jìn)行必要的支撐，整個路基沿傾斜的原地面向下滑動，路基整體失去穩(wěn)定。

⑤不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞

公路通過不良地質(zhì)條件（如泥石流、溶洞等）和較大自然災(zāi)害（如大暴雨）地區(qū)，均可能導(dǎo)致路基的大規(guī)模毀壞。

（2）路基病害防治措施：

①正確設(shè)計路基橫斷面。

②選擇良好的路基用土填筑路基，必要時對路基上層填土做穩(wěn)定處理。

③采用正確的填筑方法，充分壓實(shí)路基，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。

④適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍。

⑤正確進(jìn)行排水設(shè)計。

⑥必要時設(shè)計隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置保溫層減少路基冰凍深度和水分積累，設(shè)置砂墊層以疏干土基。

⑦采取邊坡加固、修筑擋土墻、土體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定性。

2．瀝青路面材料的應(yīng)力—應(yīng)變特性與溫度有關(guān)，試述在高溫、低溫、常溫情況下，瀝青路面材料的特性及工作狀態(tài)。[河北工業(yè)大學(xué)2011年B卷]

答：瀝青混合料應(yīng)力—應(yīng)變特性的測試方法與其他材料所用的方法相類似，在低溫條件下可以用單軸試驗(yàn)或小梁試驗(yàn)，在高溫條件下，由于瀝青材料的溫度敏感性強(qiáng)，用三軸壓縮試驗(yàn)更能符合實(shí)際受力狀態(tài)。在高溫情況下，當(dāng)瀝青混合料受力較小，且力的作用時間十分短暫時，瀝青混合料基本上處于彈性狀態(tài)并兼有彈黏性性質(zhì)。當(dāng)瀝青混合料受力較大，且力的作用時間較長時，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出彈性，彈—黏性和彈—黏—塑性等不同性狀。

考慮到溫度與加荷時間對瀝青混合料力學(xué)特性的影響，用勁度模量表征其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。當(dāng)加荷時間短或溫度較低時，瀝青混合料處于彈性狀態(tài)；當(dāng)加荷時間很長或溫度較高時，則表現(xiàn)為黏滯性狀態(tài)；中間過渡段兼有彈—黏性狀態(tài)。