基-面层间不同接触状态下的路面结构力学响应分析
摘要：本文采用Bisar3.0软件，针对半刚性基层与沥青面层处于完全连续、部分连续、完全光滑三种接触状态的整体路面结构进行了力学计算，并分别对其力学分布规律进行了分析。结果显示：层间接触状态的改变使整个路面结构受力发生了显著变化，并且层间存在应力突变，在设计中应当充分考虑不同结构层的结构组合，施工中做好层间处治工作。
关键词: 沥青路面，半刚性基层，接触状态，力学响应
引言
沥青路面层间接触问题近年来一直受到道路研究者的广泛关注。由于基层和面层材料在物理和力学性质上存在显著差异，导致道路结构的层间结合状态成为设计和施工的薄弱环节。到目前为止，还没有一套统一的成熟的用来评价半刚性基层与沥青面层层间接触状况的指标，现行规范针对这一问题只提出了采用透层处理，且将其视为完全连续体系，计算假设与工程实际存在很大差异。因此，在缺乏相应的理论指导和定量分析的前提下，由基面层间结合问题所导致的路面早期病害屡见不鲜，降低了路面结构的整天承载能力和服务水平，严重缩短了道路的使用寿命[1-4]。
工程实践表明：沥青路面结合处于半连续半滑动的接触状态，层与层之间是通过接触来传递应力的，不同的层间接触状态对道路结构的受力有很大影响[5-6]。本文采用Bisar3.0软件对基面层间分别处于完全连续、部分连续、完全光滑三种接触状态下的路面结构力学响应进行对比和分析，从而找到路面结构不同状态下的受力规律，为道路设计和工程施工提供理论依据。
1 典型路面结构和层间参数选择
1.1 路面结构的选择
在进行路面结构力学计算时，根据现行沥青路面设计规范和我国半刚性基层路面结构形式，选取典型的沥青路面结构[7]，各层材料基本物理和力学参数见表 1，加载方式采用标准轴载BZZ-100KN的双圆均布荷载，当量圆半径为 10.65 cm，荷载中心距为31.95 cm，选取受力不利点位，荷载轮隙中心为计算点。依据国内外路面的力学设计指标，主要的结构计算参数为: 路表轮隙弯沉、弯拉应力、应变和最大剪应力。
表 1 各层材料基本物理和力学参数
1.2 层间参数选择
本为假定沥青面层处于完全接触状态，只研究基面层间界面条件的变化对整个路面结构的力学响应规律，采用Bisar3.0软件中的剪切弹性柔量参数AK来描述基面层间接触状态，对应状态选取值如表 2 所示。
表2 层间结合状态参数值
2 不同层间结合状态的路面结构力学响应结果及分析
2.1 路面结构弯拉应力计算结果及分析
路面结构弯拉应力沿道路深度的变化规律如图1所示，层间结合状态的改变对弯拉应力有影响显著，当AK=0时，在沥青面层范围内，除了路表受到弯拉应力的作用，其它点位均受到压应力作用，路面结构不会因拉应力作用而产生疲劳开裂，但是当AK=1.00E-06时基面层间处于滑动状态，沥青在面层受到较大的拉应力作用，路面结构很可能会产生疲劳破坏；层间剪切柔量AK=1.00E-10附近变化时受力变化不太敏感，此时路面结构处于部分接触状态。
2.2 路面结构弯拉应变计算结果及分析
路面结构的弯拉应变结果如表3所示，由表3可以看出，当基面层间从连续变为滑动时，应变增大，沿道路深度大致呈递增趋势，整体的受力规律与弯拉应变一致。
表3 不同接触状态下路面结构弯拉应变计算结果
2.3 路面结构剪应力计算结果及分析
路面结构剪应力计算结果如表4所示，由表4可以看出，路表受到较大的剪应力，当基面层间由连续变为滑动时，剪应力增大而且层间出现突变，特别是下面层与基层间突变值较大，剪应力增大更加影响层间的接触状态，使接触条件进一步恶化，导致裂缝、推移等路面病害的发生。
表4 不同接触状态下最大剪应力的变化结果
2.4 路面结构弯沉计算结果及分析
轮隙弯沉值沿道路深度变化趋势图如图4所示，由图4可以看出，弯沉值随着接触状态的恶化是增大的，但是直接受层间接触状态的影响不是很明显，当AK=1.00E-10时受力曲线几乎与完全接触状态下的受力曲线重合，特别是AK值在0～1.00E-10之间时弯沉值变化不大。
图2 不同接触状态下的弯沉沿道路深度变化分布图
3 结语
随着基面层间接触状态的变化，特别是由连续状态变化滑动状态时路面结构受力发生了显著变化，变化最显著的为剪应力，其次为弯拉应力，最后为弯沉值；在进行路面结构设计时一定要做好路面结构的合理组合，尤其是模量的选取；实际工程当中做好层间处治工作，特别是半刚性基层与沥青面层的结合问题。
参考文献
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Analysis of MechanicsResponse of Pavement Structure on Different Interlayer Contact Conditionbetween Base and Surface Course
Abstract: In this thesis,Bisar3.0 software was adopted tocalculate mechanics response of the whole asphalt pavement structure with threecontact conditions between baseand surface course, respectively completely continuous,part of the continuous, completely smooth. Also the distribution law of the mechanics response was analyzed. The results showed thatchanges in the status of Interface condition have an importantinfluence on mechanics responseof pavement structure and makes stress mutation between layers. Therefore thestructure of combination should be fully considered in the design and do wellthe interlayer treatment under construction.
Key words: asphalt pavement, semi-rigid base, contact condition, mechanicsresponse