车辆载荷作用下土壤的力学特性探究

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1、车辆载荷作用下土壤的力学特性探究作者：高鹏指导老师：杨士敏（长安大学工程机械学院筑路机械2504090927陕西西安710018）摘要：在分析行车载荷相关特性的基础上，探究了车辆的种类、轴型因素以及汽车对路面的静态和动态影响，同吋探讨了履带式行走机构与地面的相互作用，下来分析了土体在垂直载荷作用下的应力一变形关系和土体在水平载荷作用下的应力一变形关系。通过理论分析、研究以及未來展望，提出了解决问题的措施,得出了车辆载荷作用下土壤的力学特性研究的方案，并且对将来的这方而地而力学工作做出展望。关键词：车辆载荷土壤力学特性在对

2、车辆载荷作用卜•土壤的力学特性探究中，经过实践证明，行车载荷作为重耍因素应该首先被理论研究，解决这些问题对整个课题实施具冇指导意义。1•车辆与地面的相互作用地面车辆按其行走机构可以分为三大类：轮式，履带式和特殊结构、1.1轮式车辆载荷相关特性以及对路面的影响1.1.1轮式车辆的分类道路上通行的车辆主要分为客车和货车两大类。客车又分为小客车、中客车、大客车。小客车口重与满载总重都比较轻，单车速比较快，一般可达120km/h；屮客车一般包括6个座位至20个座位的中型客车；大客车是指20个座位以上的客车，主要用于氏途客运与城市

3、公路交通。火车分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。货车的总的发展趋向事项大吨位发展，特别是集装箱运输水陆联运开战之后，货车最大吨位已经超过40t-50to汽车的总载荷通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构的设计主耍以轴载作为载荷标准。在道路上行驶的多种车辆的组合屮，重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小型客车影响很小，有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求吋，如如平整度、抗滑性等，以小汽车为主要对象，因为小车的行驶速度高，所以要求在高速行驶条件下具有良好的平稳性与安全性。1.1.2轮式车辆的轴型无论是客车还是货车

4、，车身的全部重力都通过车轴上的轮子传给路面，因此,对于路面结构设计而言，更加重视汽车的轴载。由于轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载能力与结构强度，为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对于轴载的最大限度均有明确的规定。据国际道路联合会1989年公布的统计数据，在141个成员国和地区中,轴限最大的为140kN,而通常我国的道路车辆轴限为100k£通常，整车的形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为两个询轮组成的单轴，轴载约为汽车总重力的1/3。每-•根后轴的轴载人约为前轴轴载的两倍。目前，在我国公路上行驶

5、的货车的后轴轴载，一般在60-130RN以下。曲于汽车货运向人型重载方向发展，货车的总载冇增加趋势。1.1.3轮式车辆对道路的静态压力汽车在道路上行驶分为停驻和行驶状态。当汽车处丁停驻状态时，对路而的作用力为静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂直压力p，它的大小受下述因素的影响：1•汽车轮胎的内压力pi;2.轮胎的刚度和轮胎与路面接触的状态；3.轮载的大小。货车轮胎的标准内压力pi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pi,约为(0.8-0.9)pi。车轮在行驶过程屮，内压力会因轮胎充

6、气温度升高而壇加，因此，滚动的车轮接触压力也冇所增加，达到(0.9-1.1)pioD图1.1车轮载荷计算图式a.单圆图示；b双圆图示.轮胎与路面的接触面形式①如图1.1所示，它的轮廓近似丁椭圆形，因其长轴与短轴差别不大，在工程设计上以圆轴来表示。将车轮载荷简化成当量的圆形均布载荷，并采用轮胎内压力作为轮胎接触压力P。当量圆的半径d可以按公式确定。d=式中：P—作用在车轮上的载荷（kN）;P—轮胎接触压力（kPa）；d—接触面当量圆半径（m）。1.1.4轮式车辆对路面的动态影响汽车在道路上等速行驶，车轮受到路而给它的滚动摩

7、擦力，路而也相应受到车轮施加于它的一个向后的水平力；汽车在上坡行驶，或者在加速行驶过程，为了克服重力与惯性力，需要给路面施加向后的水平力，相应在下坡或者加速行驶过程，为了克服重力与惯性力作用，需要给路面施加向前的水平力。汽车在弯道上行驶，为了克服离心力，保护车身平稳不产生那个侧滑，需耍给路面施加侧向的水平力。特别是在汽车起动和制动过程屮，施加于路而的水平力相当大。车轮施加于路面的各种水平力Q值与车轮的垂直压力P,以及路面与车轮之间的附着系数©有关①（图1.2）,其最大值Qmax不会超过P与©的乘积，即：Qmax=P（pp

8、图1.2车轮作用与路而的垂直压力与水平力a.停驻;b.起动、一般行驶、加速;c.减速、制动；d.转向若以q和P分别表示接触面上的单位水平力和单位只接触压力，则最大水平力qmax应满足：qmax=^）（p©的最大值一般不超过0.7-0.8,同路面类型和湿度以及行车速度有关，相同的路面结构类型，干燥状态的©值比潮湿状态高