石質(zhì)路基路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

袁玉卿，郭 濤，王笑風(fēng)，許海銘

(1．河南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 開封475004;2．河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州450052)

0 引言

目前高速公路承擔(dān)的交通量越來越大，重載車輛逐漸增多，特別是車輛的超載，對(duì)路面的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求．對(duì)于山區(qū)公路而言，石質(zhì)路基現(xiàn)在已經(jīng)成為較普遍的路基形式．近年來，隨著山區(qū)公路的大規(guī)模建設(shè)，石質(zhì)路基的路面結(jié)構(gòu)研究逐漸成為研究熱點(diǎn)之一． 尚念寶［1］研究了石質(zhì)路基路面結(jié)構(gòu)在普通荷載作用下的應(yīng)力分布． 周志剛等［2］采用三維有限元方法，對(duì)重載交通條件下組合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算． 伍祥松［3］選取不同的瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)，采用BISAR3．0 路面力學(xué)計(jì)算程序計(jì)算分析不同基層類型對(duì)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的影響．王瑞山［4］采用BISAR 軟件計(jì)算了結(jié)構(gòu)層厚度和路基處治對(duì)道路綜合性能的影響． 張鋒等［5］以三軸重載汽車為例，建立季節(jié)凍土區(qū)春融期重載車輛-路面-路基體系垂向動(dòng)力學(xué)物理模型． 郜玉蘭等［6］認(rèn)為對(duì)重載交通下山區(qū)高速公路車轍病害的影響，提出相應(yīng)的車轍預(yù)防措施與對(duì)策．楊永順等［7］隨著軸載的增加、路面溫度的升高導(dǎo)致瀝青層底最大拉應(yīng)變?cè)龃螅侵聊壳盀橹?，?duì)超重載交通下石質(zhì)路基路面結(jié)構(gòu)的理論研究尚處于探索階段．

1 計(jì)算模型

以河南某山區(qū)公路初步設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，利用GAMES(General Analysis of Multilayered Elastic Systems)彈性層狀理論計(jì)算程序，計(jì)算分析石質(zhì)路基路面結(jié)構(gòu)在超重載交通條件下的應(yīng)力，為選擇合理的路面結(jié)構(gòu)提供相關(guān)依據(jù)［8］． 行車荷載采用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，輪胎內(nèi)壓0．7 MPa，荷載圓半徑為10．65 cm，雙輪間距為31．95 cm．x 方向?yàn)榈缆房v向，y 方向?yàn)榈缆窓M向． O1，O2分別為荷載圓中心，A、B 為計(jì)算點(diǎn)位平面布置，詳見圖1．

掃描條件同“2.5”項(xiàng)下，對(duì)Lut在Lut-PC及Lut-PC-SD中的存在狀態(tài)進(jìn)行XRPD掃描分析。由結(jié)果可知（圖6），Lut制備成Lut-PC后，呈現(xiàn)典型的無定形狀態(tài)，表明形成了磷脂復(fù)合物。進(jìn)一步將Lut-PC制備成Lut-PC-SD后，Lut在Lut-PC-SD中同樣以無定形狀態(tài)存在。

圖1 路面應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)布置Fig．1 Pavement stress calculation point layout

1．1 路面結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)，瀝青面層自上而下均為4 cm 厚AC-13 +6 cm 厚AC-20．基層分別為20 cm 厚C40水泥砼+10 cm 厚C20 素砼調(diào)平層(方案I)，12 cm 厚ATB-25 +12 cm 厚級(jí)配碎石+10 cm 厚級(jí)配碎石調(diào)平層(方案II)，20 cm 厚C40 水泥砼+17 cm 厚5%水泥穩(wěn)定碎石+10 cm 厚5%水泥穩(wěn)定碎石調(diào)平層(方案III)，20 cm 厚C40 水泥砼+17 cm 厚5%水泥穩(wěn)定碎石+10 cm 厚級(jí)配碎石調(diào)平層(方案Ⅳ)．基層之下為石質(zhì)路基．

1．2 材料模量

根據(jù)JTG D50—2006《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，各方案所用材料計(jì)算參數(shù)取值見表1．

根據(jù)河南西部山區(qū)的地質(zhì)情況，多為中酸性巖石，故取石質(zhì)路基模量E =3 000 MPa． 計(jì)算路面結(jié)構(gòu)相應(yīng)點(diǎn)處的剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，結(jié)果分別見表2 ～5．

表1 材料參數(shù)選擇Tab．1 Selection of material parameters

1．3 施加荷載

根據(jù)石質(zhì)路基的模量范圍，選取120 ～30 000 MPa，選取方案Ⅰ，運(yùn)用GAMES 程序計(jì)算路面結(jié)構(gòu)O2點(diǎn)處分層的剪應(yīng)力，結(jié)果見圖3．

2 拉應(yīng)力分析

2．1 路基模量對(duì)拉應(yīng)力的影響

根據(jù)圖5，針對(duì)方案II 之A 點(diǎn)，最大剪應(yīng)力發(fā)生在路面表層，即AC-13 層表面． 隨著加載的增大剪應(yīng)力相應(yīng)增大，加載為0．7，1．5 MPa 時(shí)表層剪應(yīng)力分別為0． 31，0． 65 MPa，兩者相差0． 34 MPa．深度8 ～10 cm 時(shí)剪應(yīng)力基本保持恒定，之后剪應(yīng)力陡降．深度38 cm 處，加載0．7，1．5 MPa時(shí)剪應(yīng)力分別為0． 11，0． 24 MPa，兩者相差0．13 MPa．

由圖2 可知，路表壓應(yīng)力最大，隨深度增加壓應(yīng)力逐漸減小;深度10 cm 處開始產(chǎn)生拉應(yīng)力，然后隨著深度增加拉應(yīng)力增大，深度22 cm 處拉應(yīng)力達(dá)到最大值，并在此位置，即ATB25 結(jié)構(gòu)層層底突降．其后，拉應(yīng)力趨于0． 不同模量的曲線幾乎重疊到了一起，這說明石質(zhì)路基模量高到一定程度時(shí)，對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響已不顯著．

圖2 O2 點(diǎn)在不同路基模量下的拉應(yīng)力分布Fig．2 Tensile stress distribution of point O2 under different subgrade modulus

2．2 荷載對(duì)拉應(yīng)力的影響

抗癌藥物主要影響人體的造血系統(tǒng)，使造血系統(tǒng)不能正常工作，人體血液中的血紅蛋白、血小板、紅細(xì)胞以及白細(xì)胞等含量也會(huì)大幅下降，給患者的肝功能帶來嚴(yán)重的傷害。其他藥物抗凝藥物會(huì)加快釋放組織脂蛋白酶，使血液中的三酰甘油含量迅速下降。

表2 方案I 之O2 點(diǎn)在不同荷載下的拉應(yīng)力Tab．2 Tensile stress of point O2 in scheme I under different loads

根據(jù)表2，針對(duì)方案I 中的超載情況進(jìn)行分析，隨加載增大，最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力都相應(yīng)增大．按通常規(guī)則，正值為拉應(yīng)力，負(fù)值為壓應(yīng)力．10 cm 深度以內(nèi)，即AC-13 和AC-20 都只產(chǎn)生壓應(yīng)力，之后開始產(chǎn)生拉應(yīng)力．深度22 cm 處拉應(yīng)力達(dá)到最大，加載0．7 MPa 時(shí)最大拉應(yīng)力為0．16 MPa，加載1．5 MPa 時(shí)最大拉應(yīng)力為0．34 MPa．深度大于22 cm 之后應(yīng)力突降，趨于一致，并趨于0 MPa．

根據(jù)表3，針對(duì)方案II 中的超載情況進(jìn)行分析，在22 cm 深度以內(nèi)只產(chǎn)生壓應(yīng)力，且在12 cm深度處出現(xiàn)最大壓應(yīng)力;22 cm 深度之后開始產(chǎn)生拉應(yīng)力，隨加載增大拉應(yīng)力增大的幅度越來越大．到38 cm 深度，即C20 水泥砼層，加載0． 7 MPa 時(shí)最大拉應(yīng)力為0．16 MPa，加載1．5 MPa 時(shí)最大拉應(yīng)力為0．35 MPa．

表3 方案II 之A 點(diǎn)在不同荷載下的拉應(yīng)力Tab．3 Tensile stress of point A in scheme II under different loads

表4 方案III 之A 點(diǎn)在不同荷載下的拉應(yīng)力Tab．4 Tensile stress of point A in scheme III under different loads

根據(jù)圖6，針對(duì)方案III 之A 點(diǎn)進(jìn)行分析，最大剪應(yīng)力發(fā)生在路表面和深度30 cm 處，即AC-13 層表面和C40 層底，在16 cm 深處剪應(yīng)力最?。渲?，加載0．7 MPa 時(shí)，面層剪應(yīng)力為0． 30 MPa，深度30 cm 處剪應(yīng)力為0．29 MPa．加載1．5 MPa 時(shí)，面層剪應(yīng)力為0．63 MPa，深度30 cm 處剪應(yīng)力為0．61 MPa． 深度30 cm 處時(shí)剪應(yīng)力突降，可能是相鄰兩層模量相差較大引起的．之后，剪應(yīng)力快速減小，各種荷載作用時(shí)相差越來越?。?/p>

表5 方案IV 之A 點(diǎn)在不同荷載下的拉應(yīng)力Tab．5 Tensile stress of point A in scheme IV under different loads

根據(jù)表5，針對(duì)方案Ⅳ之A 點(diǎn)，路面深度18 cm 之內(nèi)只產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著深度增加壓應(yīng)力減?。_(dá)到18 cm 深度時(shí)開始產(chǎn)生拉應(yīng)力，隨加載增大拉應(yīng)力增大幅度越來越大．深度30 cm 處拉應(yīng)力均達(dá)到最大值，此處加載0．7，1．1，1．5 MPa時(shí)最大拉應(yīng)力分別為0．35，0．56，0．76 MPa 之后，拉應(yīng)力陡降，拉應(yīng)力趨于0 MPa．

綜合以上分析，所選方案路面結(jié)構(gòu)在一定深度之內(nèi)，只產(chǎn)生壓應(yīng)力，某深度之后，只產(chǎn)生拉應(yīng)力，持續(xù)到一定深度后急劇下降至0 MPa 附近．荷載圓中心更容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，但是拉應(yīng)力較小．荷載圓邊緣更容易產(chǎn)生壓應(yīng)力，某深度后產(chǎn)生拉應(yīng)力，此拉應(yīng)力較大．

3 剪應(yīng)力分析

3．1 路基彈性模量的影響

超重載［9］已成為我國(guó)公路路面結(jié)構(gòu)破壞的主要因素之一，故對(duì)每種方案計(jì)算超載時(shí)路面結(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力和拉應(yīng)力．經(jīng)初步計(jì)算分析，找出每個(gè)方案受力最不利點(diǎn)進(jìn)行．剪應(yīng)力分析時(shí)，方案Ⅰ選B 點(diǎn)，其它3 個(gè)方案均選取A 點(diǎn);拉應(yīng)力計(jì)算時(shí)，方案Ⅰ選取O2點(diǎn)，其它3 個(gè)方案均選取A 點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算．施加荷載取值分別為0．7 ～1．5 MPa，對(duì)應(yīng)的軸載為100 ～213．8 kN．

對(duì)于接受大手術(shù)的高?；颊?，目標(biāo)導(dǎo)向液體治療仍然是推薦的液體管理方案。一項(xiàng)薈萃分析顯示，目標(biāo)導(dǎo)向液體治療可以減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率和高?；颊咝g(shù)后死亡率[37]。在另一項(xiàng)薈萃分析中，目標(biāo)導(dǎo)向液體治療減少了高?；颊咝难懿l(fā)癥發(fā)生率和心律失常發(fā)生率[38]。需要注意的是不同研究所采用的“目標(biāo)”并不完全一致，目前也沒有公認(rèn)的最好目標(biāo)，臨床實(shí)踐中仍需個(gè)體化處理。

圖3 O2 點(diǎn)在不同路基模量時(shí)的剪應(yīng)力分布Fig．3 Shearing strength distribution of point O2 under different subgrade modulus

由圖3 可知，路基模量對(duì)剪應(yīng)力的影響較小．隨著深度的增加，剪應(yīng)力先增大，在7．5 cm 深度處達(dá)到最大值，之后逐漸減小，深度20 cm 達(dá)到極小值，深度22． 5 cm 處達(dá)到極大值，之后陡然降低．

3．2 荷載對(duì)剪應(yīng)力的影響

由圖4 可以看出最大剪應(yīng)力發(fā)生在路面表層，即AC-13 層表面，隨著加載的增大剪應(yīng)力相應(yīng)增大．當(dāng)加載為0．7，1．1，1．5 MPa 時(shí)面層剪應(yīng)力分別為0．25，0．39，0．53 MPa． 各種加載作用下，隨深度增加剪應(yīng)力明顯減小，在15 ～22 cm 深度段趨于平緩．剪應(yīng)力在22 cm 處陡降，之后逐漸趨于一致，差異逐漸減?。疃?8 cm 處加載0．7 MPa 時(shí)剪應(yīng)力值為0．04 MPa，加載1．5 MPa 時(shí)剪應(yīng)力值為0．08 MPa，相差只有0．04 MPa，深度的影響越來越?。?/p>

圖4 方案I 之B 點(diǎn)在不同荷載下的剪應(yīng)力Fig．4 Shearing strength of point B in scheme I under different loads

圖5 方案II 之A 點(diǎn)在不同荷載下的剪應(yīng)力Fig．5 Shearing strength of point A in scheme II under different loads

根據(jù)石質(zhì)路基的模量范圍，取200 ～30 000 MPa 進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，采用方案Ⅰ，運(yùn)用GAMES 程序計(jì)算路面結(jié)構(gòu)O2點(diǎn)處分層的拉應(yīng)力，結(jié)果見圖2．

從本質(zhì)而言，對(duì)個(gè)體性別差異的研究首先是基于生理性別完成的類型劃分，這是因?yàn)樯硇詣e是個(gè)體與生俱來、最易識(shí)別的客觀屬性。針對(duì)旅游活動(dòng)中的3類重要人群，學(xué)界從不同視角深入考察了性別差異的具體影響（見表1）。

糠蝦幼體餌料主要以蝦片為主，搭配輪蟲和鹵蟲幼體。水溫控制在24～25℃。充氣量沸騰狀。每天換水40～50cm，換水網(wǎng)箱網(wǎng)目為60目。

方程的定義是“含有未知數(shù)的等式叫做方程”．大家知道，方程理論體系的主要內(nèi)容包括方程的相關(guān)概念、方程的同解理論、解方程的方法和方程的思想．而根據(jù)方程的定義卻并不知道怎樣去一個(gè)解方程，也無法判斷兩個(gè)方程是否同解，也就是說，方程的定義并未蘊(yùn)涵方程理論體系的全部信息，所以方程的定義是非全息定義．同樣的道理，一元二次方程的定義、不等式的定義也是非全息定義．

根據(jù)表4，針對(duì)方案III 之A 點(diǎn)，路面深度20 cm 之內(nèi)只產(chǎn)生壓應(yīng)力，且在深度12 cm 附近產(chǎn)生最大壓應(yīng)力．深度20 cm 開始產(chǎn)生拉應(yīng)力，隨加載增大拉應(yīng)力增大幅度越來越大，30 cm 處達(dá)到最大，加載0．7，1．1，1．5 MPa 時(shí)拉應(yīng)力分別為0．42，0．66，0．90 MPa．深度30 cm 之后發(fā)生突降，拉應(yīng)力逐漸趨于0 MPa．

圖6 方案III 之A 點(diǎn)在不同荷載下的剪應(yīng)力Fig．6 Shearing strength of point A in scheme III under different loads

表6 方案IV 之A 點(diǎn)在不同荷載下的剪應(yīng)力Tab．6 Shearing strength of point A in scheme IV under different loads

根據(jù)表6，針對(duì)方案IV 之A 點(diǎn)進(jìn)行分析． 在16 cm 深度處出現(xiàn)剪應(yīng)力極小值，最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在路表面和30 cm 深度處，即AC-13 層表面和C40 層底．加載0．7 MPa 時(shí)，面層剪應(yīng)力為0．30 MPa，深度30 cm 處剪應(yīng)力為0．25 MPa．加載1．5 MPa 時(shí)面層剪應(yīng)力為0．65 MPa，深度30 cm 處剪應(yīng)力為0．54 MPa． 深度30 cm 后剪應(yīng)力突降，逐漸趨于穩(wěn)定．

對(duì)于綁架和搶劫等當(dāng)?shù)貒?yán)重社會(huì)治安事件風(fēng)險(xiǎn)，目前商業(yè)保險(xiǎn)已經(jīng)承保專門針對(duì)綁架、搶劫的險(xiǎn)種，且商業(yè)保險(xiǎn)專門針對(duì)這些險(xiǎn)種專門配置有成熟的保險(xiǎn)方案，例如保險(xiǎn)事故的預(yù)防、與綁架實(shí)施者的談判等，而不是單純地在綁架、搶劫事件發(fā)生后給予金錢賠付。由保險(xiǎn)人對(duì)保險(xiǎn)事故采取合理的預(yù)防措施及事件發(fā)生時(shí)的及時(shí)應(yīng)對(duì)措施，是商業(yè)保險(xiǎn)的優(yōu)勢(shì)，而國(guó)家海外投資保險(xiǎn)較難做到。綁架、搶劫等當(dāng)?shù)貒?yán)重社會(huì)治安風(fēng)險(xiǎn)雖然與恐怖主義襲擊在給中國(guó)投資及其投資者、員工造成的危害有相似處，但不宜由海外投資保險(xiǎn)予以承保。國(guó)家宜采取多種措施鼓勵(lì)更多商業(yè)保險(xiǎn)公司參與此類險(xiǎn)種的保險(xiǎn)業(yè)務(wù)，提供更加成熟的保險(xiǎn)服務(wù)。

綜上所述，剪應(yīng)力隨荷載的增大而增大．在一定深度時(shí)剪應(yīng)力突降，之后不同加載時(shí)剪應(yīng)力逐漸變小并趨于穩(wěn)定．

4 結(jié)論

(1)石質(zhì)路基模量超過200 MPa，模量再增加時(shí)對(duì)路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的影響不大． 隨著深度增加，壓應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?，之后產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力達(dá)到最大值，隨后拉應(yīng)力逐漸趨于0．

(2)路面結(jié)構(gòu)在一定深度之內(nèi)，只產(chǎn)生壓應(yīng)力，達(dá)到一定深度之后，只產(chǎn)生拉應(yīng)力，然后急劇下降至0 MPa 附近．

(3)路基模量對(duì)剪應(yīng)力的影響較?。?隨著深度的增加，剪應(yīng)力先增大后減小，深度20 cm 達(dá)到極小值，深度22．5 cm 處達(dá)到極大值，之后陡然降低．

(4)剪應(yīng)力隨荷載的增大而增大． 在一定深度時(shí)剪應(yīng)力突降，之后不同加載時(shí)剪應(yīng)力逐漸變小并趨于穩(wěn)定．

［1］ 尚念寶．石質(zhì)路基條件下瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析及ATB -30 組成設(shè)計(jì)研究［D］．西安:長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，2010．

［2］ 周志剛，葉永迪，劉興．重載交通條件下組合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算分析［J］． 長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，24(3):1 -6．

［3］ 伍祥松．重載交通下不同基層類型瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析［J］．公路交通技術(shù)，2012，28(1):19 -22．

［4］ 王瑞山．干線公路重載交通瀝青路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性研究［D］． 鄭州:鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，2012．

［5］ 張鋒，馮德成，凌賢長(zhǎng)，等．春融期重載車輛-路面-路基垂向動(dòng)力分析模型［J］． 中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2011，24(4):7 -14．

［6］ 郜玉蘭，趙隊(duì)家，韓萍，等．重載交通下山區(qū)高速公路車轍病害原因分析及對(duì)策［J］． 公路，2011，56(1):114 -118．

［7］ 楊永順，王林，韋金城，等． 重載作用下典型路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)采集與分析［J］． 公路交通科技，2010，27 (5):11 -16．

［8］ 郭紅兵，王寧，呂光?。喬?瀝青路面接觸效應(yīng)數(shù)值分析［J］． 鄭州大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2011，32(1):34 -37．

［9］ 袁玉卿，高丹盈，王選倉．APP 油氈用于舊水泥路面瀝青加鋪層間防裂［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(4):48 -51．