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摘要：运用BISAR3的最新软件以路面力学为基础，从各个角度探究相应的干湿情况下的路基对现代沥青路面的影响，从路基的回弹量以及两层的连接情况了解探究沥青路面的力学响应，运用图表的方式，研究路面的弯度、各个层面的应力相应状况。结果显示，路基的干湿情况严重关系到沥青路面的力学响应，最为突出的是路面的弯度以及各个层面的力学响应的改变。
关键词：路基干湿；响应；BISAR3；回弹量；层面力学改变
1前言
在公路的营运过程中，因为地表水与地下水的共同作用，路基通常情况下都存在着不同程度的干湿循環状态。一旦路面开始通车，就会影响整个路基的下沉，进而引发路面开裂等现象的出现。尤其是对于路基较低的路段而言，出现路面下沉、翻浆、路面留有车辙印等现象的可能性也会有一定的增大。此外，地下水经毛细作用以后，该路段还会产生基顶面迁移的现象，增加路基中的含水量，进而降低土基顶面当量回弹的模量【1】。对此，我们可以利用地下水位变化的土基顶面当量回弹模量预估方程，对土基含水量变化过程中产生的土基回弹模量进行精确的计算，它对我们设计土基强度和路面结构等施工方案提供了重要的参考依据，进而引发沥青路面的结构以及承重能力。当前，国家的一级和二级公路都是我国目前存在的沥青高速公路。路表面的弹性量、路面的弯度、路基以及路基地的力学响应等是是现代沥青公路的重要设计标准方式。本文将在下文进行沥青公路这几个指标的实验设计，进而分析沥青的路面力学响应是否与路基的干湿状态相关。
2、实验材料
2.1土基参数
选取不同路段路基土，由实验测得不同季节土样的含水量和干密度（见表1）。
表1 路基含水量和干密度
路基模量同含水量有很大的关系。根据实验表明，路基从饱水状态到干疏状态，弹性模量增加3—4倍。路基含水量引起的弹性模量变化可根据路基弹性模量评估方程进行计算：其中：Er为路基的弹性模量；θ为路基的单位含水率；ρw为水的密度；ρd为路基的干密度；Cd为路基压实度，一般取值为0.98。根据计算，得出路基含水量与弹性模量的关系【2】。（详见图1）
图1 路基含水量与弹性模量
经过图l所呈现的内容我们不难看出，在含水量不断增大的同时路基的回弹模量也在随之减小，且减小的幅度相对较大，也就是说，路段含水量的多少与路基回弹模量的性能之间有着十分密切的关系。例如，当某一路段的含水量从10％增加到25％时，路基回弹模量减少了40E/MPa，由此，我们不难看出其影响效果十分的明显。对此，我们在对路基进行设计和施工作业时，都必须做好下关系的排水工作，以保障整个工程项目的质量安全，促进我国交通运输事业的发展。
2.2半刚性路基沥青路面
我国素来半刚性的路基沥青公路的路面的的表层厚度是5厘米的碎石混凝土SAC-13，中间为6厘米的碎石混凝土SAC-20，下面是6厘米的碎石混凝土SAC-25，基底层是40厘米的碎石水泥产品，最底层是40厘米的煤灰粉。其弹性量和泊松的比例如见表2所示。
表2 典型半刚性基层沥青路面材料参数
2.3典型柔性基层沥青路面材料
柔性基层沥青路面结构采用上面层4厘米改性沥青SAC一1 3，中面层5厘米沥青 S A C 一 2 0，下面层6厘米沥青SAC一25，基层12厘米密级配沥青碎石和15厘米级配碎石，底基层20厘米水泥稳定砂砾。面层模量、基层模量、泊松比见表3。
表3 柔性路基沥青路面的参数
3、计算模式
JTGD5O一2006（公路沥青路面设计规范》规定，沥青路面设计采用弹性层状体系，计算采用Bzz—100，双圆均布荷载，当量圆半径大约是10.6 5厘米，两荷载圆中心间距为31.95厘米，轮胎接地压力 P—0.7 MPa，层间接触条件设定为完全连续体系。计算图式如图2所示。
图2 双圆均布荷载图示
路表弯沉计算点的位置选在轮隙中心处（图1中A点）。层 底拉应力计算点的位置为轮胎正下方（图1中B点）以及轮隙中心的正下方（图1中C点），取其中的最大值作为层底的最大拉应力。
4、分析探讨结果
（一）路面假设
运用相应软件假设沥青公路的路面的弹性变化、应力的改变，具体如下：
1）弹性变化是无限的变量，其受到厚度以及表面的层面数的限制。
2）沥青公路路面可以在每个方位进行广大范围的展开。
3）沥青公路路面各个层面的结构都是布局均衡的。
4）构成各个沥青路面的每个层面都是具有弹性的原料。
此外，假设沥青的断面所处的方位是 X 轴方向，车辆行驶位置为Y轴方向，路面的深度为 Z 轴方向。
（二）层底拉应力影响
分析半刚性路基沥青路面的层底拉应力影响，结果见图3。
图3 半刚性基层沥青路面层底的最大应力变化趋势
分析柔性路基沥青路面的层底拉应力影响，结果见图4。
图4 柔性基层沥青路面层底的最大应力变化趋势
从上图所显示的内容我们可以得出，当土基中的含水量从10%增加到20%时，半刚性基层沥青路面及柔性基层沥青路面各层层底弯拉应力有着明显的改变，当路基的水分含量以10.31%增加到20.3%的同时，柔性路面路基的表面、高密度的沥青碎石和高质量的水泥碎石几乎没有出现拉力的改变状况，表面到最低下的应接力渐渐加大，高密度的沥青碎石和高质量的水泥碎石相应的出现应力的减小，到达最底层的时候又出现增加的趋势，改变的最高水平能够直达19.25%。 半刚性的沥青公路路面的的基层拉力分别是在水泥较为平稳的碎石的最基层面和煤灰的粉土底层；而叫柔性的路基沥青公路路面的底层拉力分表是出现于密度较高的沥青碎石和高质量的基底层以及水泥较为稳定的基底层【3】。具体变化情况见表4和表5：就半钢性基层沥青路面来看，中面层变化幅度较小，二下基层路面变化幅度较小；就柔性基层沥青路面来讲，变化程度较大的是下面层的水泥砂浆层，变化幅度较小的是配有碎石基层，可见两种路面各层基底所产生的应力有所差异。
表4 半刚性基层沥青路面各层层底应力变化幅度
表5 柔性基层沥青路面各层层底应力变化幅度
（三）路表弯沉影响
计算半刚性基层沥青路面以及柔性基层沥青路面路表弯沉，结果见图5。
图5 路表弯沉变化趋势
图中随着路基表面的水分不断增加，即从10.31%到20.3%变化的同时，两种路基的结构表面的弯曲程度也出现了不一样的变化，半刚性的路基沥青公路路面改变的幅度大概是36.92%，柔性的路基沥青公路路面改变幅度是34.68%，試比较两种路基的路面弯曲状态和弯曲程度，明显是柔性的路基路面弯曲的程度较半刚性的路基路面弯曲程度大【4】。
5、结论
综上所述，路基的干湿水平严重牵涉到沥青公路路面力学的改变，因此路基干湿状况是一个很值得同行关注探讨的热点问题之一。随着路基的水分含量的增多，两种沥青公路路面的外表弯曲的程度、路基以及最基层的拉力和应力也出响了很大的变化。总而言之，路基表面的干湿水平直接关系到沥青公路路面的表层路面弯曲程度、路基以及最基层的拉力和应力。因此，要想防止路基的干湿水平对沥青公路路面产生不良的后果，必须强化路基的相应排水工程的实施、促进路面排水系统的建立。为了避免路基的干湿状态对沥青路面造成的破坏，应该加强路基排水系统的设计。
参考文献：
[1]郭平，柏平．试论低路基毛细水病害与研究试验方法[J]中华建设，2010（4）
[2]袁堃；岛状多年冻土地区路基差异沉降控制技术研究[D]；长安大学；2010年
[3]尚银川；级配碎石基层沥青路面结构力学响应分析[D]；河北工业大学；2011年
[4]李平；基于TOR橡胶沥青路面的材料性能试验研究及力学响应分析[D]；扬州大学；2011年
关键词：路基干湿；响应；BISAR3；回弹量；层面力学改变
1前言
在公路的营运过程中，因为地表水与地下水的共同作用，路基通常情况下都存在着不同程度的干湿循環状态。一旦路面开始通车，就会影响整个路基的下沉，进而引发路面开裂等现象的出现。尤其是对于路基较低的路段而言，出现路面下沉、翻浆、路面留有车辙印等现象的可能性也会有一定的增大。此外，地下水经毛细作用以后，该路段还会产生基顶面迁移的现象，增加路基中的含水量，进而降低土基顶面当量回弹的模量【1】。对此，我们可以利用地下水位变化的土基顶面当量回弹模量预估方程，对土基含水量变化过程中产生的土基回弹模量进行精确的计算，它对我们设计土基强度和路面结构等施工方案提供了重要的参考依据，进而引发沥青路面的结构以及承重能力。当前，国家的一级和二级公路都是我国目前存在的沥青高速公路。路表面的弹性量、路面的弯度、路基以及路基地的力学响应等是是现代沥青公路的重要设计标准方式。本文将在下文进行沥青公路这几个指标的实验设计，进而分析沥青的路面力学响应是否与路基的干湿状态相关。
2、实验材料
2.1土基参数
选取不同路段路基土，由实验测得不同季节土样的含水量和干密度（见表1）。
表1 路基含水量和干密度
路基模量同含水量有很大的关系。根据实验表明，路基从饱水状态到干疏状态，弹性模量增加3—4倍。路基含水量引起的弹性模量变化可根据路基弹性模量评估方程进行计算：其中：Er为路基的弹性模量；θ为路基的单位含水率；ρw为水的密度；ρd为路基的干密度；Cd为路基压实度，一般取值为0.98。根据计算，得出路基含水量与弹性模量的关系【2】。（详见图1）
图1 路基含水量与弹性模量
经过图l所呈现的内容我们不难看出，在含水量不断增大的同时路基的回弹模量也在随之减小，且减小的幅度相对较大，也就是说，路段含水量的多少与路基回弹模量的性能之间有着十分密切的关系。例如，当某一路段的含水量从10％增加到25％时，路基回弹模量减少了40E/MPa，由此，我们不难看出其影响效果十分的明显。对此，我们在对路基进行设计和施工作业时，都必须做好下关系的排水工作，以保障整个工程项目的质量安全，促进我国交通运输事业的发展。
2.2半刚性路基沥青路面
我国素来半刚性的路基沥青公路的路面的的表层厚度是5厘米的碎石混凝土SAC-13，中间为6厘米的碎石混凝土SAC-20，下面是6厘米的碎石混凝土SAC-25，基底层是40厘米的碎石水泥产品，最底层是40厘米的煤灰粉。其弹性量和泊松的比例如见表2所示。
表2 典型半刚性基层沥青路面材料参数
2.3典型柔性基层沥青路面材料
柔性基层沥青路面结构采用上面层4厘米改性沥青SAC一1 3，中面层5厘米沥青 S A C 一 2 0，下面层6厘米沥青SAC一25，基层12厘米密级配沥青碎石和15厘米级配碎石，底基层20厘米水泥稳定砂砾。面层模量、基层模量、泊松比见表3。
表3 柔性路基沥青路面的参数
3、计算模式
JTGD5O一2006（公路沥青路面设计规范》规定，沥青路面设计采用弹性层状体系，计算采用Bzz—100，双圆均布荷载，当量圆半径大约是10.6 5厘米，两荷载圆中心间距为31.95厘米，轮胎接地压力 P—0.7 MPa，层间接触条件设定为完全连续体系。计算图式如图2所示。
图2 双圆均布荷载图示
路表弯沉计算点的位置选在轮隙中心处（图1中A点）。层 底拉应力计算点的位置为轮胎正下方（图1中B点）以及轮隙中心的正下方（图1中C点），取其中的最大值作为层底的最大拉应力。
4、分析探讨结果
（一）路面假设
运用相应软件假设沥青公路的路面的弹性变化、应力的改变，具体如下：
1）弹性变化是无限的变量，其受到厚度以及表面的层面数的限制。
2）沥青公路路面可以在每个方位进行广大范围的展开。
3）沥青公路路面各个层面的结构都是布局均衡的。
4）构成各个沥青路面的每个层面都是具有弹性的原料。
此外，假设沥青的断面所处的方位是 X 轴方向，车辆行驶位置为Y轴方向，路面的深度为 Z 轴方向。
（二）层底拉应力影响
分析半刚性路基沥青路面的层底拉应力影响，结果见图3。
图3 半刚性基层沥青路面层底的最大应力变化趋势
分析柔性路基沥青路面的层底拉应力影响，结果见图4。
图4 柔性基层沥青路面层底的最大应力变化趋势
从上图所显示的内容我们可以得出，当土基中的含水量从10%增加到20%时，半刚性基层沥青路面及柔性基层沥青路面各层层底弯拉应力有着明显的改变，当路基的水分含量以10.31%增加到20.3%的同时，柔性路面路基的表面、高密度的沥青碎石和高质量的水泥碎石几乎没有出现拉力的改变状况，表面到最低下的应接力渐渐加大，高密度的沥青碎石和高质量的水泥碎石相应的出现应力的减小，到达最底层的时候又出现增加的趋势，改变的最高水平能够直达19.25%。 半刚性的沥青公路路面的的基层拉力分别是在水泥较为平稳的碎石的最基层面和煤灰的粉土底层；而叫柔性的路基沥青公路路面的底层拉力分表是出现于密度较高的沥青碎石和高质量的基底层以及水泥较为稳定的基底层【3】。具体变化情况见表4和表5：就半钢性基层沥青路面来看，中面层变化幅度较小，二下基层路面变化幅度较小；就柔性基层沥青路面来讲，变化程度较大的是下面层的水泥砂浆层，变化幅度较小的是配有碎石基层，可见两种路面各层基底所产生的应力有所差异。
表4 半刚性基层沥青路面各层层底应力变化幅度
表5 柔性基层沥青路面各层层底应力变化幅度
（三）路表弯沉影响
计算半刚性基层沥青路面以及柔性基层沥青路面路表弯沉，结果见图5。
图5 路表弯沉变化趋势
图中随着路基表面的水分不断增加，即从10.31%到20.3%变化的同时，两种路基的结构表面的弯曲程度也出现了不一样的变化，半刚性的路基沥青公路路面改变的幅度大概是36.92%，柔性的路基沥青公路路面改变幅度是34.68%，試比较两种路基的路面弯曲状态和弯曲程度，明显是柔性的路基路面弯曲的程度较半刚性的路基路面弯曲程度大【4】。
5、结论
综上所述，路基的干湿水平严重牵涉到沥青公路路面力学的改变，因此路基干湿状况是一个很值得同行关注探讨的热点问题之一。随着路基的水分含量的增多，两种沥青公路路面的外表弯曲的程度、路基以及最基层的拉力和应力也出响了很大的变化。总而言之，路基表面的干湿水平直接关系到沥青公路路面的表层路面弯曲程度、路基以及最基层的拉力和应力。因此，要想防止路基的干湿水平对沥青公路路面产生不良的后果，必须强化路基的相应排水工程的实施、促进路面排水系统的建立。为了避免路基的干湿状态对沥青路面造成的破坏，应该加强路基排水系统的设计。
参考文献：
[1]郭平，柏平．试论低路基毛细水病害与研究试验方法[J]中华建设，2010（4）
[2]袁堃；岛状多年冻土地区路基差异沉降控制技术研究[D]；长安大学；2010年
[3]尚银川；级配碎石基层沥青路面结构力学响应分析[D]；河北工业大学；2011年
[4]李平；基于TOR橡胶沥青路面的材料性能试验研究及力学响应分析[D]；扬州大学；2011年