徐利鑫

（中大检测（湖南）股份有限公司，湖南 长沙 410205）

引言

路面结构设计及病害研究对保证路面使用性能的要求起到重要作用。沥青及水泥路面结构分别采用弹性层状体系及弹性地基板体系，根据弹性力学进行分析计算应力应变及位移，来设计合理的路面结构[1-6]。对于路面结构病害的产生机理及解决方法，可以通过弹性力学与其他力学理论进行联合分析[7-24]。

1 沥青路面结构设计

1.1 弹性层状体系

沥青路面属于非线性的弹-黏-塑性体，较高行车速度下黏-塑性变形数量很小，将其视作线性弹性体，并应用弹性层状体系理论进行分析计算[1-2]。以计算路面永久变形量、层底拉应力、层底拉应变及路基顶面压应变为设计标准，进行路面设计。

1.1.1 基本假设

层状弹性体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体，见图1[3]。应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量时，假设层间完全连续、完全光滑、不完全连续与滑动，不计自重。

图1 弹性层状体系示意

1.1.2 分析过程

将车轮荷载简化为圆形均布荷载，分为轴对称荷载（垂直荷载）和非轴对称荷载（水平荷载）。在柱坐标中，弹性层状体系内微分单元体应力分量为三个法向应力σr、σθ和σz，以及三对剪应力τrz=τzr、τrθ=τθr、τθz=τzθ。

（1）轴对称荷载的求解[4]

各应力应变和位移变量是r与z的函数，因此，三对剪应力只剩下一对τrz=τzr。其中，应力-应变关系物理方程：

式中：E—弹性模量，MPa；μ—泊松比，无量纲。

通过轴对称几何方程和应力协调方程求解得到应力分量、应变分量及位移分量，最后通过第一类零阶贝塞尔函数，求解得到各应力分量和位移分量表达式。……