出现疲劳破坏的重复应力值（即疲劳强度），随重复作用 次数的增加而降低。有些材料在应力重复作用一定次数 （例如106~107次）后，疲劳强度不再下降，趋于稳定值， 此稳定值称为疲劳极限。
当重复应力低于此值时，材料可经受无限多次的作用而不 出现破坏。研究疲劳特性的主要目的是探索提高疲劳强度， 延长路面使用年限，为路面设计提供参数。
施加重复应力来进行。 将重复弯拉应力σr与一次加载得出的极限弯拉应力σf（抗
折强度）值之比成为应力比。绘制应力比σr\σf与重复作用 次数Nf的半对数坐标关系曲线，称为疲劳曲线，如图5-5 所示。
第五章 路面材料力学特性分析
由图5-5所示的疲劳曲线，可发现如下规律： ①随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次数Nf降低。 ②相同重复应力级位时，出现疲劳破坏的作用次数Nf变动 幅度较大，但其概率分布近似服从对数正态分布。这说明要 得到可靠的代表值必须进行大量的试验。 ③当作用次数达到Nf=107次时，应力比σr\σf=0.55，尚未发现 有疲劳极限，当应力比σr\σf＜0.75时，反复应力施加的频率 对试验结果的影响很微小。 通过回归分析可得应力比和作用次数关系的疲劳方程:
（二）水泥混凝土与无机结合料稳定类材料的变形特性
水泥混凝土及无机结合料稳定类材料，成型并养护一定的龄期 后具有一定的强度，这类材料的变形特性研究，常用的试验方 法有：圆柱体压缩试验、三轴压缩试验以及小梁弯曲试验等。
水泥混凝土的应力-应变关系曲线，在应力级位为极限应力的 50%以内时，可近似按线弹性性状考虑，用弹性模量表征。
此外，增强混合料拌和均匀性及压实密度，增加矿粉含量， 都有助于提高其抗拉强度。而在低温（负温）下，其强度 随各影响因素变化的规律略有不同。
劈裂强度试验也可用于测定水泥混凝土和无机结合料稳定 类材料的劈裂（间接抗拉）强度。
第五章 路面材料力学特性分析
三、抗弯拉强度
整体性材料（如水泥混凝土、无机结合料稳定类材料）及 常温下和低温下的沥青混合料等，具有一定的抗弯刚度， 在超过允许荷载的作用下，有可能在结构层底面产生较大 的弯拉应力，而在材料的抗弯拉强度不足时出现断裂破坏。
第五章 路面材料力学特性分析
控制应力试验中材料的疲劳破坏往往以试件出现断裂为标 志，而控制应变试验并不出现明显的疲劳破坏现象，只能 主观地以劲度下降到初始劲度的某一百分率（例如50%或 40%）作为疲劳破坏的统一标准。
在采用同一初始应力和应变条件下，控制应变法所得到的 材料疲劳寿命要比控制应力法的大得多，如图5-4所示。
按摩尔-库伦（Mohr-Coulumb）强度理论，材料的抗剪强 度由两部分组成，其一是摩阻力部分，同作用在剪切面上 的法向应力σ成正比；另一是同法向应力无关的黏聚力部 分。
τ=c＋σtgφ 式中：c——材料的黏聚力（kPa）；
φ——材料的内摩擦角（度）。 c、φ是表征材料抗剪强度的两项 参数，可通过直剪试验，绘出τ-σ 曲线后，按上式确定。也可由三轴
压缩试验，绘出摩尔圆和相应的
包络线（见图5-1）后，按上式 的直线关系近似确定。
第五章 路面材料力学特性分析
二、抗拉强度
路面材料的抗拉强度主要由混合料中结合料的黏（胶）结 力所提供。当材料的抗拉强度不足以抵抗拉应力应力时， 出现断裂。
抗拉强度可采用直接拉伸试验或间接拉伸试验测定。
间接拉伸试验即劈裂试验，将材料做成圆柱体试件（直径 D，长度h），测试时沿着试件的直径方向，经由试件两 侧的压条按一定速率施加压力，见图5-2，直到试件劈裂 破坏。
第五章 路面材料力学特性分析
§5.3变形特性
第五章 路面材料力学特性分析
路面结构层材料在行车荷载与环境因素作用下的应力、应变 和位移大小，不仅同荷载及路面所处的环境状态有关，还取 决于路面材料的应力—应变、荷载—变形特性。
路面材料受力后的变形可包括弹性、弹塑性、黏弹性、弹黏 塑性等。
（一）粒料类材料的变形特性
用于基层的粒料类（级配碎、砾石）材料，通过三轴压缩 试验所得到的应力—应变关系曲线具有非线性特性，受力 后的变形包括弹性和塑性。
除了受应力状况的影响外，颗粒类材料的模量值同材料的 级配、颗粒形状、密实度等因素有关，通常密实度越高， 模量值越大；颗料棱角多者较高的模量。
设计路面结构时，粒料类材料模量值的取用较为复杂。面 层结构较厚时，传给粒料层的应力级位较小，碎（砾）石 材料的应力—应变关系可近似看成为线性。
第五章 路面材料力学特性分析
②因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。
一、抗剪强度
路面结构层厚度较薄而刚度较低时，可能出现因路基承载 力不足而引起的剪切破坏。
路面面层较厚但刚度较低时，如果受到较大的水平力，可 能因沥青混合料的抗剪强度不足而出现推移等破坏。
第五章 路面材料力学特性分析
抗剪强度为材料受剪切时的极限或最大应力。
§5.2 疲劳特性
第五章 路面材料力学特性分析
路面材料承受重复应力作用时，可能会在低于静载一次作 用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象 称为疲劳。
疲劳的出现，是由于材料微观结构的局部不均匀或存在局 部缺陷，在荷载作用下诱发应力集中而出现微损伤，在应 力重复作用之下微量损伤逐步累积扩大，终于导致结构破 坏，称为疲劳破坏。
劈裂试验传递荷载的两端垫条，对试
件中的应力分布和极限强度Pmax有 显著影响。通常取垫条宽为1.27cm， 由硬质橡皮或金属做成，其一面的
弧度与试件相同。
第五章 路面材料力学特性分析
劈裂（间接抗拉）强度可由下式确定：
在常温下，沥青混合料的劈裂强度，在一定范围内随沥青 含量和施荷速率的增加而增加，随针入度和温度的增加而 下降。
两者的差别大小，与温度有关：低温时差别较小；高温时 则较大。混合料的疲劳寿命，还受到材料组成、荷载和环 境条件等因素的影响。
第五章 路面材料力学特性分析
采用控制应力试验方法得到的一组应力σr（或者按初始劲 度值Sm转变成应变εr）和疲劳破坏时作用次数Nf的数据， 并回归成疲劳方程，见式5-4。采用控制应变试验方法， 也可以得到相似的疲劳方程，见式5-5。可以用疲劳方程 来估计材料的疲劳寿命。
§5.1 强度特性
第五章 路面材料力学特性分析
强度是指材料在荷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。组成各路面结构层的混合料，往 往具有较高的抗压强度，而抗拉、弯拉或抗剪强度较弱， 特别是缺乏结合料或结合料黏结力较低时。
路面材料可能出现的强度破坏通常为：
①因剪应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移 或相对变位；
第五章 路面材料力学特性分析
试验通常采用三分点加荷， 直到试件破坏，取最大破坏荷载。 路面材料的抗弯拉强度按下式计算：
弯拉强度试验机
P——破坏时荷载（kN）； l——支点间距（m）； b、h——试件宽度和高度(m)。
试验时，可根据需要，同时测取材料的极限弯拉应变，抗弯 拉回弹模量和形变模量等。
为此，常采用两种试验方法：控制应力或控制应变试验。
控制应力试验是在试验过程中保持荷载或应力值始终不变。 这时，由于试件内的微裂隙逐步扩展，材料的劲度不断下 降，因而荷载或应力量虽然未变，而应变量的增长速率却 不断增大，最终导致试件破坏，而以此作为疲劳破坏标准。
控制应变试验是在试验过程中不断调节所施加的荷载或应 力，使应变量始终保持不变。在试验中材料的劲度仍不断 下降，维持相同应变量所需要的应力值也不断减小。
路面材料的抗弯拉强度，通过简支小梁试验评定。小梁截 面短边的尺寸应不低于混合料中集料最大粒径的4倍。
根据材料组成情况，可采用下列三种试件尺寸：
①5cm×5cm×24cm； ②10cm×10cm×40cm； ③15cm×15cm×55cm。 试件的跨径l（支座间距） 为高的3倍。如图5-3所示。
无机结合料稳定类材料早期强度低，后期强度较高。能 够 符合 路面结构实际工作状态的试验方法为三轴压缩试验。在不具备 三轴压缩试验条件时，可以采用室内承载板法测定无机结合料 混合料早期抗压回弹模量。
这一类材料的应力-应变关系曲线呈现出非线性状，当达到规定 龄期以后，随着其强度的增长，在应力级位较低时，应力-应变 曲线可近似看作是线性的。按回弹应变量确定的回弹模量值， 可以近似看作为常数。
疲劳破坏是路面结构损伤的主要现象，路面材料的抗疲劳性 能直接关系到路面的使用寿命。提高路面的抗疲劳性能应该 注意从两方面加强配合，一是合理的材料组成设计，使混合 料达到最佳配合比和最大密度，使混合料具有较高的强度； 另一方面是合理的结构设计，使得各结构层的层位与厚度达 到理想的程度，在行车荷载作用之下，确保结构层的最大应 力和应力比在控制范围内。
室内疲劳试验的条件同路面在野外的工作状况有很大差别， 因而所得的疲劳寿命比实际的要小很多。通常采用将室内 试验结果与试验路路面实际使用性能相对比的方法，提出 比较符合实际的疲劳方程。
第五章 路面材料力学特性分析
二、水泥混凝土路面材料的疲劳特性 水泥混凝土路面材料的疲劳特性研究，可通过对小梁试件
关于沥青混合料的疲劳特性需要说明的是：
作用在路面上的车辆荷载，施加的是轴载和接触压力，而 不是变形。
从这个意义上说，整个路面结构是受到应力控制的加荷体 系。因而，对于较厚的沥青面层（厚度大于15㎝），其结 构强度在整个路面体系中起主要作用，应采用控制应力的 试验方法；
而对于较薄的沥青面层（厚度小于5㎝），本身结构强度 不大，基本上是跟着下面各结构层一起位移的，宜采用控 制应变的试验方法。处于两者之间的厚度，可取用两种试 验方法之间的某一加荷形式。
式中：α、β——由试验确定的系数。由混凝土的性质（类型和不均匀 性等）和试验条件而定。
第五章 路面材料力学特性分析
无机结合料稳定类材料的疲劳寿命，主要取决于重复应力与 极限应力之比，应力比σr\σf小于50%时，无机结合料稳定类 材料可经受无限次的重复加载次数而无疲劳破坏。