《材料力学特性》PPT课件

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1、第四章材料的力学特性路面的损坏有相当大部分原因是路基过量的塑性变形所造成的。控制路基变形是路面设计的一项重要的设计内容。同时，对路基力学特性的认识将有助于更深入地理解和掌握路面结构整体的力学特性，掌握路基路面结构的设计理论，使所设计的路面结构更能适应不同的自然环境和受力环境；也为施工工艺和施工控制提供正确的指导。本章的主要内容有：4-1路基受力和工作区4-4变形特性4-2极限强度4-5荷载-弯沉关系4-3疲劳特性4-1路基的受力和工作区一、土基的受力二、土基的工作区一、路基的受力作用于路基的荷载主要有：路基路面的自重（静载）汽车的轮重（动载）路基的力学模型：均质的弹性半空间无限体上作用着均布

2、或集中荷载。力学模型的假设前提：路面结构对行车荷载的应力扩散，路基顶面承受着较小的动载应力作用，在较低级位的应力作用下，路基产生的变形极小，近似看作应力应变关系在弹性变形范围内。pp荷载引起路基相当深度内处于应力状态。1、路基和路面材料（换算为一定厚度的路基土层）的自身重量在路基内深度为处所引起的应力为：与计算点位置有关的系数，轮迹中心下路基土的应力为最大，此时，。2、汽车轮载在路基内所引起的应力集中荷载P在深度为、水平距离为处产生的竖向应力的弹性力学解为：土基工作区——车轮荷载应力的分布深度（或称车轮荷载有效的作用深度）。二、土基的工作区达到一定深度时，，即即动荷载的有效作用深度：汽车的轴

3、重不同、路基土的密实程度不同，路面结构的刚度不同，所取的比值系数不同，会得到不同的路基工作区深度。研究路基工作区的意义1、明确了轴重的大小对路基的影响深度有较大的差异；2、路基不同深度处的应力状态不同，则对路基的强度和稳定性的要求就不同；路面的刚度和材料的单位重均较路基土大，路基工作区的实际深度随路面的强度的增加而减小。材料的力学特性路基路面材料，大致分为三大类型：（1）土和颗粒材料；（2）沥青类材料；（3）水硬性材料。这些材料在车轮荷载和环境因素影响下所表现出的力学性能有很大差异。4-2极限强度极限强度是指材料在静载一次作用下达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大应力。路基路面结构可能出现

4、的强度破坏通常有两种：（1）因剪应力过大而引起沿某一滑动面得滑移或相对变位（路基坍塌和沥青面层拥起等）；（2）因拉应力或弯拉应力过大（气温突然下降或轮载过重）而引起的断裂。本章主要内容：一、抗剪强度二、抗拉强度三、抗弯拉强度一、抗剪强度摩尔-库伦强度理论：c和分别为材料的粘聚力和内摩擦角，是表征材料抗剪强度的两项参数。c和值，对于土，可以直接通过直剪试验得到；对于松散粒料无法做直接剪切试验，可用三轴压缩试验测定。沥青混合料的抗剪强度不仅同矿料的级配组成、形状和表面特性有关，还同沥青的粘度和用量有关。二、抗拉强度材料的抗拉强度可采用直接拉伸试验或间接拉伸试验测定。路面材料抗拉强度主要由混合料的

5、粘结力提供。气温变化会引起路面材料收缩，温度变化能产生半刚性材料干缩，当收缩变形收到约束，即在材料内产生拉应力，材料抗拉强度不足即可引起路面材料拉伸断裂。三、抗弯拉强度材料的抗弯拉强度大多通过室内简支小梁试验测定。路面材料的实际工作状态是弯曲反复变化的，结构底层首先容易出现局部拉裂，产生弯曲断裂。影响沥青混合料或水硬性材料抗弯拉强度的因素，同抗拉强度。4-3疲劳特性1、路面结构破坏的极限状态1）路面材料处于弹塑性工作状态：重复荷载作用引起塑性变形累积，当累积变形超出一定限度即造成路面使用功能下降至允许限度以下，从而出现破坏极限状态（此为使用极限状态）。2）路面材料处于弹性工作状态：重复荷载作

6、用虽不产生塑性变形，但结构内产生微裂缝，当微量损伤累积到一定限度时即致使路面材料出现疲劳断裂，达到破坏极限状态（即结构承载疲劳极限状态）（这种重复荷载的大小远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小）。4-3疲劳特性2、路面材料在重复荷载下的破坏类型水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现疲劳破坏。沥青混合料：低温环境中基本处于弹性工作状态，出现疲劳破坏；高温环境处于弹塑性工作状态，出现累积变形；温度在上述范围内变化时则兼有疲劳破坏和累积变形两种极限状态。无机结合料稳定材料：低龄期处于低塑性的弹塑性状态，其后基本处于弹性工作状态，因此使用过程中主要为疲劳破坏极限状态。碎（砾）石：属于松散类材料，具有移动

7、变形，可引起结构塑性变形累积，但在其上有结合料类材料时可因支撑不足引起其上材料的疲劳破坏。土（碎石土）：细粒土受大气湿度影响，因此路面结构处于弹塑性工作状态，塑性变形累积是主要极限状态形式。4-3疲劳特性3、概念疲劳：材料承受多次重复应力的作用，会在低于材料极限强度的应力值时出现破坏现象，称作疲劳。疲劳破坏：材料由于微结构不均匀诱发应力集中而出现微损伤，在重复应力作用下微量损伤累积扩大而导致的结构破坏称作疲劳