李松
（沈阳城市建设学院，辽宁沈阳110167）
0 引言
我国交通运输行业逐渐朝着多轴化、高轮压化以及重载化的方向发展，导致传统半刚性基层路面受力呈现出明显变化。在多种车辆荷载作用之下，沥青路面结构受力大幅增加，长期处在重载车辆作用之下，必然会导致裂缝病害的深化发展，影响道路工程的整体使用寿命，同时威胁人员与车辆安全。新时期，如何对复合基层沥青路面力学响应进行科学研究，明确各层厚度变化对道路各相关性能的影响，从而合理设定材料配比，优化工程整体应用效果，值得广大科研人员深思。
1 复合基层沥青路面力学性能研究分析
半刚性基层属于当前国内沥青路面最为主要一种构筑形式，具有高承载力、高刚度、高模量、小弯沉等优势，同时对荷载应力具有良好的扩散能力，并不会造成土基出现过大变形情况，能够有效适应当前我国交通量大规模增长与重载交通增多的现实需求，对提高路面结构整体寿命具有良好促进作用。除此之外，因为半刚性基层具有良好的刚度，能让沥青面层承受较小的弯拉应力，如此一来便能让沥青面层具备更强的行车疲劳破坏抵抗能力。上述特征说明半刚性基层作为一种具有良好耐久性的沥青路面基层，就力学性能角度而言具有较强的适应性，因此也在工程实践中得到了较为广泛的应用。
反射裂缝是半刚性基层沥青路面常见的问题形式，基于此提出了复合基层沥青路面结构，也就是将半刚性基层作为基础，在其上部配置沥青稳定碎石层，不仅能够达到阻断基层反射裂缝的效果，还能促进沥青层厚度的增加，促进路面结构整体性能的优化。下文主要采用ANSYS 有限元软件，针对复合式基层沥青路面进行研究，分析当其处于车辆荷载作用之下的力学响应，继而对响应结构参数加以研究，为其推广应用形成一定理论支持。
2 路面结构、参数以及有限元模型分析
对全国各地沥青路面结构进行统计分析发现，由于地理条件、气候条件、道路交通荷载等各方面因素的不同，所采用的路面结构和各层厚度设置略有不同。本文主要将国内某市沥青路面结构作为研究对象，在其复合基层沥青路面结构中，沥青面层厚度介于10～18cm 之间；以沥青稳定碎石构筑为上基层，其厚度介于8～14cm 之间；以水稳碎石层构筑为基层，厚度介于20～30cm 之间；以水稳砂砾构筑底基层，其厚度介于15～20cm 之间。在接下来的研究中，将上述数据范围作为基准进行综合分析，以此为依据具体研究复合基层沥青路面的力学性能。
相关研究证明，利用ANSYS 有限元软件能够有效模拟行车荷载之下路面结构的受力情况，并且实际展示效果优良。所以，应用ANSYS 软件针对上文所述沥青路面进行研究，构建起三维有限元模型[1]。其中，所应用的单元是solid45，X 轴表示路面横向，Y 轴表示行车方向，Z 轴表示路面深度方向，将模型大小设置为6m×6m×6m。将边界条件具体设置为：在路基的底部采取固定位移与挠度全约束条件，针对行车方向对应的两个截面约束Y 方向位移，针对路面横向对应的两个截面约束X 方向位移，在此假定结构层间属于完全连续状态。此外，应用的荷载是双圆均布荷载，其荷载大小是0.707MPa。
3 各沥青层厚度参数条件下的力学响应
沥青层属于复合基层沥青路面当中的重要构成部分，所设置沥青层的厚度不但会影响路面部分总体工程造价，还是路面结构具备力学性能与耐久性能力的决定性因素。沥青层主要包括面层、沥青稳定碎石层这两个部分，所以在这里主要研究二者厚度对于力学响应产生的影响[2]。将沥青面层的厚度设置为10cm、12cm、14cm、16cm 以及18m，而将碎石层厚度设置为8cm、10cm、12cm、14cm 以及16cm。研究过程中，对其他厚度参数取其中间值，比如水稳砂砾层厚度是15cm。
沥青层拉应力的大小能够用于反映它的受拉情况，所以可以依靠这一指标对沥青层受拉破坏进行控制。研究发现，在同等荷载作用之下，如果沥青面层厚度增加，则其形变会逐步降低，也就是所承受拉应变减小，但其减小的梯度呈现为逐步缩小。其中，在沥青面层厚度为10～14cm 时，当面层厚度增加2cm，拉应力便会降低7.97%。通常情况下，沥青层材料所承受拉应力应该低于120με，所以在对沥青面层厚度进行取值的过程中，应该使其大于12cm。
沥青层的剪应力与半刚性基层拉应力能够对其剪切破坏与层底受拉破坏造成直接影响。研究证明，面层厚度对于沥青层所具有的剪应力和半刚性基层所具有的拉应力影响非常大，尤其是前者。在面层厚度介于10～18cm 之间时，面层的厚度每增长2cm，两种应力会分别缩小13.08%与5.61%。除此之外，半刚性基层材料拉应力通常应该介于220～230kPa 之间，如果面层厚度设置为14cm，则半刚性基层的拉应力是230.5kPa，所以应该将沥青面层厚度取14cm 以上。因此，应该依靠提高沥青面层厚度或者沥青稳定碎石层厚度的方式来缩减沥青层剪应力，其中前一种措施所获得的效果更佳[3]。
4 各基层与底基层厚度参数之下的力学响应
复合基层沥青路面中的半刚性基层与底基层厚度同样会对其整体刚度与强度形成直接的影响。所以，应用ANSYS 软件进行计算与分析，以确定各个基层与底基层厚度条件下，路面结构的力学响应。这里将基层厚度分别设置为20cm、22cm、24cm、26cm 以及28cm，而将底基层厚度设置为10cm、12cm、14cm、16cm、18cm 以及20cm。 将沥青面层厚度设置为14cm，将稳定碎石层厚度设置为12cm。
经研究发现，随基层厚度增长，沥青路面的整体强度与刚度会逐步提升，沥青层的拉应变则逐步降低。当基层厚度处于20～30cm 范围时，如果厚度每提升5cm，则沥青层的拉应变降低4.73%。因此可知，基层厚度增加对于沥青层拉应变所形成的影响相对较小。
基层厚度提升对于沥青层剪应力形成的影响非常小，但对于半刚性基层的拉应力却能形成非常大的影响。这主要是由于基层厚度增加，使其强度随之增加，并导致平均承受荷载应力降低[4]。当基层厚度介于20～30cm 之间时，其厚度每增长5cm，则半刚性基层的拉应力会降低11.25%。所以，提升基层厚度，能够有效促进半刚性基层拉应力的降低。通常情况下，半刚性基层的拉应力应该介于220～230kPa 之间，所以基层厚度应该至少为25cm。
复合基层沥青路面底基层厚度增加，会导致路面结构整体强度的提升，让沥青形变降低，实现有效控制。研究发现，在底基层厚度增加的动态过程中，沥青层拉应力呈现为线性下降。如果底基层厚度介于10～20cm 之间，当厚度增加5cm，沥青层拉应力只会呈现出4.39%的变化。因此，底基层厚度变化对于沥青层能够形成影响，但其所造成的影响相对较小。
底基层厚度变化对于沥青层剪应力并不会造成明显影响，却对半刚性基层的拉应力具有较大影响。如果底基层厚度处于10～20cm 的变化范围内，其厚度每提高5cm，则半刚性基层的拉应力会降低约15.58%。除此之外，就半刚性基层拉应力的容许值220～230kPa 来看，底基层厚度起码要达到15cm[5]。
经过上文的论述可以发现，半刚性基层与底基层厚度变化会对半刚性基层拉应力形成较大影响，在工程实践中可以依靠提高或降低基层（或底基层）厚度实现对半刚性基层拉应力的调节，以达到最合理的厚度设置效果，在提高道路工程应用性能的同时，合理降低工程投资。
5 结语
总而言之，对各类道路路面力学性能进行深入研究具有非常良好的现实意义，对于提高工程建设人员对材料性质的认识至关重要，值得投入更多人力、物力和财力促使其研究成果的深化。作为一名科研人员，应该在日常工作中积极探索，对国外的一些先进研究理念和技术加以借鉴，继而与我国道路运输及科研形势相结合，创建出一套更加符合我国国情的路面力学响应研究体系，通过技术创新与管理优化为国家交通运输行业发展注入源源不断的活力。
