同济大学_孙立军_自然因素影响

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1、第三章第三章自然因素影自然因素影响响引言引言路面温度场路面温度场湿度湿度路基湿度的预估路基湿度的预估一、引言一、引言�自然因素，也称环境因素，主要指温度自然因素，也称环境因素，主要指温度和湿度的影响。和湿度的影响。温度的影响温度的影响•对材料性能的影响•对内应力的影响湿度的影响湿度的影响•造成材料性能的变化•水的剥蚀作用•干缩-湿涨循环，造成开裂；冻融循环造成强度降低•内应力，涨缩的不均匀造成施工过程中的影响施工过程中的影响•含水量与压实度•土基的强度•选择合理的施工季节是工程师的责任使用过程中

2、的影响使用过程中的影响路面力学参数随湿度而变化二、路面温度场二、路面温度场温度变化特性温度变化特性温度状况预测温度状况预测设计中的考虑设计中的考虑思考思考温度变化特性�气温呈周期性变化，每天一个周期，每年一个周期�气温的突然变化�路表温度与气温基本同步变化，而且路表温度（高温）大大高于气温。低温时，路面的温度与气温大体相等。�路面深处的温度也呈周期变化，像气温一样，但越深越滞后。�温度沿深度的变化�温度梯度�雨、云、风和气温的变化，使路面温度梯度随之变化，路面的内应力将会非常复杂。�面层内月平均

3、温度变化，1月份最低，7月份最高。温度状况预测�影响路面温度的因素影响路面温度的因素•外因：气温，太阳辐射（日照和云量），风速，降雨量，蒸发等•内因：材料的热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力�预估方法预估方法•统计分析法：回归方程形式简单，输入参数少，预测精度可以满足工程需要•理论分析法：一维热传导方程2∂T(z,t)λ∂T(z,t)=⋅2∂tγs∂zh�预估方程预估方程•日本的秋山政敬�路表温度Ts与气温Ta之间，在雨天时大致呈线性关系，而在晴天及阴天时则呈曲线关系,沥青路面内部最高温度T与

4、路表温度T之间，不管层厚maxs大小，皆为直线关系:T=1.233T+0.838sa0.126Ta�雨天时：Ts=1.100Ta+1.500+0.170e晴天及阴天时：T=mT+bmaxs•SHRP方法2T=T−0.00618lat+0.2289lat+24.4sa−3−52−83T=T(1−2.48×10d+1.085×10d−2.441×10d)ds2T=(T−0.00618L+42.2)×0.9545−17.78maxair,maxstTmin=Tair,min或Tmin=0.859Tai

5、r,min+1.7••在研方法在研方法设计中的考虑�材料设计中的考虑，选择合适的沥青，设计满足高温性能要求的混合料，一系列试验在60℃下进行。�结构设计中的考虑，沥青路面的车辙控制，水泥路面的板块划分和翘曲应力控制思思考考题题�从力学的角度考虑，仅预估或仅考虑路面的最高和最低温度是否满足要求？�从使用性能的角度考虑，仅预估或仅考虑路面的最高和最低温度是否满足要求？三三、湿、湿度度湿度变化湿度变化平衡湿度平衡湿度季节性冰冻地区土基的水文状况季节性冰冻地区土基的水文状况路表水的影响，动水压力路表水的

6、影响，动水压力路面结构设计中对水的考虑路面结构设计中对水的考虑11、、湿度变化湿度变化�造成路面湿度变化的因素有：22、、平衡湿度平衡湿度�不透水的面层，湿度主要受地下水位的影响�地下水位的影响范围是一定的，一般黏土6米、砂质黏土3米、砂土0.9米左右�土基一般在平衡湿度条件下工作思考题：土基强度设计验收标思考题：土基强度设计验收标准应如何考虑？准应如何考虑？33、、季节性冰冻地区土基的水文状况季节性冰冻地区土基的水文状况�华北、东北和西北地区为季节性冰冻地区�在冻结过程中将在温度坡差的条件下出

7、现湿度积聚的现象，造成冻涨和翻浆，见下图�设计时通过设置垫层，保证路面的最小抗冻厚度、降低地下水位的方法解决�影响水份积聚、即冻涨和翻浆的因素包括•土质条件•水文条件•气候条件•养护条件44、路表水的影响，动水压力、路表水的影响，动水压力�高速行车条件下，路面将受到很大的动水冲击力�光面轮胎、不透水路面条件下，动水压力2可以按照贝努力方程求解Vρ=260�轮胎花纹、路面空隙的存在使动水压力大大减小，仅为理论值的8%左右2Vρ=330055、、路面结构设计中对水的考虑路面结构设计中对水的考虑�地下

8、水：路基高度限制；设计模量的选取�地表水：道路排水系统，路面排水系统；适当的材料设计以阻止水份的进入；多孔排水路面�路面内部水：内部排水系统排水性路面，一般路面空隙率20%左右内部排水路面构造四、路基湿度的预估四、路基湿度的预估基于公路自然分区的预估方法基于公路自然分区的预估方法现场调查法现场调查法类比调查法类比调查法11、、基于公路自然分区的预估方法基于公路自然分区的预估方法�公路自然分区（仿照苏联方法）根据气候、地理和地貌状况，将全国分为7个区，称为一级区；再根据潮湿系数分为33个二级区。在