第二章　行车荷载、环境因素、材料的力学性质

一、名词解释

1．当量轴次[河北工业大学2012年B卷]

答：当量轴次是指道路上行驶的汽车轴载与通行次数按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数。按弯沉等效或拉应力等效的原则，将不同车型、不同轴载作用次数换算为与标准轴载100KN相当的轴载作用次数。

2．路基工作区[河北工业大学2011年B卷，中山大学2014年真题]

答：路基工作区是指在路基某一深度Z_a处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重应力引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/10～1/5时，该深度Z_a范围内的路基称为路基工作区。

3．CBR[中山大学2010年真题]

答：CBR表征路基土、粒料、稳定土强度的一种指标。即标准试件在贯入量为2.5mm时所施加的试验荷载与标准碎石材料在相同贯入量时所施加的荷载之比值，以百分率表示。

4．温度疲劳应力[河北工业大学2011年B卷]

答：温度疲劳应力是指在规定的循环温度应力幅值和大量重复次数下，材料所能承受的最大交变应力。

5．荷载疲劳应力[河北工业大学2011年B卷]

答：荷载疲劳应力是指在规定的循环应力幅值和大量重复次数下，材料所能承受的最大交变应力。飞机结构、汽车底盘、机车车轴等各种结构或构件在使用中所承受的载荷往往是变化的，相应地、所承受的应力也是变化的。人们把这种变化着的载荷称之为疲劳载荷，把相应的应力称为疲劳应力，而把载荷和应力随时间变化的历程则分别称为载荷谱和应力谱。载荷谱或应力谱一般地说是不规则的，或者说是随机的。但它也可能表现出一定的规则性。

6．疲劳强度[河北工业大学2012年A、B卷]

答：对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。疲劳强度是指出现疲劳破坏的重复应力值。随重复作用次数的增加而降低。

二、判断题

1．轴载等效换算的原则之一是同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。（　　）[华南理工大学2011年真题]

【答案】正确

【解析】各种轴载的作用次数进行等效换算的原则是：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。

2．承载板直径越小，测的地基反应模量K值越大。（　　）[华南理工大学2010年真题]

【答案】正确

【解析】地基反应模量K为压力与弯沉的比值。地基反应模量K值用承载板试验确定，承载板直径越小，K值越大。

三、单选题

1．通常轮胎与路面接触面上的压力（　　）轮胎内压力。[河北工业大学2010年A卷]

A．大于

B．小于

C．等于

D．没关系

【答案】B

【解析】货车轮胎的标准静内压力p_i一般在0.4～0.7MPa范围内。通常轮胎与路面接触面上的压力p略小于内压力p_i，约为（0.8～0.9）p_i。

2．动荷载作用下与静载相比，路面的总变形（　　）。[河北工业大学2010年A卷]

A．增大

B．不变

C．与其无关

D．减小

【答案】D

【解析】动荷载作用下路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是路面结构强度的相对增大。

3．材料的疲劳强度，随重复作用次数的增加而（　　）。[河北工业大学2010年A卷]

A．增加

B．减小

C．不变

D．不一定

【答案】B

【解析】出现疲劳破坏的重复应力值（疲劳强度），随重复作用次数的增加而减小。

四、多选题

1．轮迹横向分布频率随（　　）而变化。[河北工业大学2010年A卷]

A．交通量

B．交通组成

C．车道宽度

D．交通管理规则

E．轴重

【答案】ABCD

【解析】车辆在道路上行驶时，车轮的轨迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摆动，由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不可能平均分配到每一点上，而是按一定规律分布在车道横断面上，称为轮迹的横向分布。轮迹横向分布频率曲线图形随许多因素（如交通量交通组成、车道宽度、交通管理规则等）而变化，需分别针对各种不同情况，通过实地调查才能确定。

2．按土基应力-应变曲线上应力取值方法的不同，模量有（　　）。[河北工业大学2010年A卷]

A．切线模量

B．割线模量

C．变形模量

D．回弹模量

E．初始切线模量

【答案】ABDE

【解析】按照应力—应变曲线上应力取值方法的不同，模量有以下几种：初始切线模量、切线模量、割线模量及回弹模量。

3．表征土基承载力的参数指标有（　　）。[河北工业大学2010年A卷]

A．回弹模量

B．地基反应模量

C．加州承载比

D．压实度

E．土的最大干密度

【答案】ABC

【解析】用于表征土基承载力的参数指标有回弹模量、地基反应模量和加州承载比（CBR）等。

4．表征土基强度与刚度的指标包括（　　）。[河北工业大学2012A、B卷]

A．土基回弹模量

B．孔隙比

C．压缩系数

D．CBR

E．地基反应模量

【答案】ADE

【解析】土基回弹模量、地基反应模量可以表征土基的刚度，而CBR可以表征土基的强度。

5．表征土基强度与刚度指标有（　　）。[华南理工大学2010年真题]

A．回弹模量

B．孔隙比

C．压缩系数

D．加州承载比

【答案】AD

【解析】表征土基强度与刚度指标的参数指标主要有回弹模量、地基反应模量和加州承载比（CBR）等。

五、简答题

1．路面设计时，应进行的交通分析计算内容有哪些？[河北工业大学2011年B卷]

答：道路上通行的车辆不仅具有不同的类型和不同的轴重，而且通行的车辆数目也是变化的。因此，在路面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆对路面的综合累计损伤作用，必须对现有的交通量、轴载组成以及增长规律进行调查和预估，并通过适当的方式将它们换算成当量标准轴载的累计作用次数。

2．路基工作区的概念及意义。[河北工业大学2010年A卷]

答：（1）路基工作区的概念

路基工作区是指在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重力引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/10～1/5时，该深度范围内的路基。

（2）路基工作区的意义

路基工作区的概念，为设计、施工提供了必要的指导。在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和车轮荷载影响较大，在工作区范围以外的路基，影响逐渐减少。当工作区深度大于路基填土高度时，行车荷载的作用不仅施加于路堤，而且施加于天然地基的上部土层。

3．为提高路基的稳定性，防止各种病害的发生，应采取哪些措施？[河北工业大学2010年A卷]

答：为提高路基的稳定性，防止各种病害的发生，应采取的措施如下：

（1）正确设计路基横断面；

（2）选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理；

（3）采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度；

（4）适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围；

（5）正确进行排水设计（包括地面排水、地下排水、路面结构排水以及地基的特殊排水）；

（6）必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减小路基冰冻深度和水分积累，设置砂垫层以疏干土基；

（7）采取边坡加固、修建挡土墙、土体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。

4．路面结构在荷载应力重复作用下，可能出现的破坏极限状态有哪几类？它们之间有何异同？[中山大学2010、2011、2012年真题]

答：路面结构在荷载应力重复作用下，可能出现的破坏圾限状态有两类：

（1）弹塑性工作状态，塑性变形的累积，破坏极限状态；

（2）弹性工作状态：结构内部将产生微量损伤，疲劳断裂，破坏极限状态。

相同点是都是最后使路面结构发生了破坏，不同点是受力机理的不同，一个是强度破坏，一个是疲劳破坏。

六、论述题

1．路基的主要病害有哪几种？其原因以及相应的防治措施有哪些？[中山大学2010年真题]

答：（1）路基的主要病害及原因有以下几种：

①路基沉陷

路基沉陷是指路基表面在垂直方向上产生较大的沉落，路基的沉落分两种情况：一是路基本身的压缩沉降；二是由于路基下面天然地面承载能力不足，在自重的作用下引起沉陷或向两侧挤出。路基的沉缩是因路基填料选择不当，填筑方法不合理，压实度不足，在路基堤身内部形成过湿的夹层等原因，在荷载和水温作用下引起路堤沉缩。

②边坡滑塌

路基边坡滑塌是最常见的路基病害。可分为溜方和滑坡两种。

a．溜方：溜方常指边坡上表面薄层土体下溜，主要由于流水冲刷边坡或施工不当引起。

b．滑坡：一部分土体在重力作用下沿某一滑动面滑动。滑坡主要是由于土体的稳定性不足引起的。

③碎落和崩塌

剥落和碎落是指路堑边坡风化岩层表面，在大气湿度、温度的作用，以及雨水冲刷和动力作用下，表面岩石从坡面上剥落下来。大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌。

④路基沿山坡滑动

在较陡的山坡填筑路基，若路基的底部被水浸湿，形成滑动面，坡角又未进行必要的支撑，整个路基沿倾斜的原地面向下滑动，路基整体失去稳定。

⑤不良地质和水文条件造成的路基破坏

公路通过不良地质条件（如泥石流、溶洞等）和较大自然灾害（如大暴雨）地区，均可能导致路基的大规模毁坏。

（2）路基病害防治措施：

①正确设计路基横断面。

②选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土做稳定处理。

③采用正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度。

④适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。

⑤正确进行排水设计。

⑥必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置保温层减少路基冰冻深度和水分积累，设置砂垫层以疏干土基。

⑦采取边坡加固、修筑挡土墙、土体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。

2．沥青路面材料的应力—应变特性与温度有关，试述在高温、低温、常温情况下，沥青路面材料的特性及工作状态。[河北工业大学2011年B卷]

答：沥青混合料应力—应变特性的测试方法与其他材料所用的方法相类似，在低温条件下可以用单轴试验或小梁试验，在高温条件下，由于沥青材料的温度敏感性强，用三轴压缩试验更能符合实际受力状态。在高温情况下，当沥青混合料受力较小，且力的作用时间十分短暂时，沥青混合料基本上处于弹性状态并兼有弹黏性性质。当沥青混合料受力较大，且力的作用时间较长时，应力—应变关系呈现出弹性，弹—黏性和弹—黏—塑性等不同性状。

考虑到温度与加荷时间对沥青混合料力学特性的影响，用劲度模量表征其应力—应变关系。当加荷时间短或温度较低时，沥青混合料处于弹性状态；当加荷时间很长或温度较高时，则表现为黏滞性状态；中间过渡段兼有弹—黏性状态。