2.7 路面材料的累积变形与疲劳特性
   路面结构在荷载应力重复作用下，可能出现的破坏极限状态有二类；第一类，若路面材料处于弹塑性工作状态，则重复荷载作用将引起塑性变形的累积，当累积变形超出一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度以下，出现破坏极限状态；第二类，路面材料处于弹性工作状态，在重复荷载作用之下虽不产生塑性变形，但是结构内部将产生微量损伤，当微量损伤累积达到—定限度时，路面结构发生疲劳断裂，出现破坏极限状态。累积变形与疲劳破坏这二种破坏极限的共同点就是破坏极限的发生不仅同荷载应力的大小有关．而且同荷载应力作用的次数有关。
2.7.1 累积变形
   路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形累积而产生沉陷或车辙，是路面结构的主要病害。这种永久性的变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合。它不仅同荷载的大小，作用次数以及路基土的性状有关，也受路面各结构层材料变形特件的影响。
   （1）碎、砾石混合料
   碎、砾石混合料在重复应力作用下的塑性交形累积规律同细粒土相似，图2—33所示是一种级配良好的混合料的重复加载试验结果。由图可见，当偏应力σd低于某一数值时，塑性变形随作用次数增加而增加，且逐渐趋向稳定。重复次数大于104次后，达到平衡状态，平衡状态的应变量同σd／σ3的比值大小有关。当偏应力较大时，塑性变形量随作用次数增加而不断增长，直至破坏。
   级配不良、颗粒尺寸单—的混合料，在应力重复作用很多次以后，塑性变形仍有增大趋势。含有细粒过多的混合料，由于混合料密实度降低，变形累积过大，因此均不宜用于修筑路面.

  （2）沥青混合科
   沥青混合料在重复应力作用下变形累积过程的研究，可利用单轴压缩试验或重复作用三轴压缩试验来进行。两种试验方法所得的累积应变——时间关系的规律基本一致。
   图2—34所示为一密实型沥青碎石混合料经受重复三轴试验的结果。由图可以看出塑性应变量随重复作用次数的增加而增加的情况。温度越高，塑性应变累积量越大。许多试验结果表明，在同一温度条件下．控制累积应变量的是加荷时间的总和，而不仅是重复作用的次数；加荷频率以及应力循环的间隔时间对累积应变——时间关系的影响不大：
   影响累积变形的因素，除了温度、施加应力大小以及加荷时间之外，同集料的状况也有关系。有棱角的集料比圆角的集料能获得较高的劲度模量，因此累积变形量较小；密实级配的沥青混合料比开级配沥青混合料的累积变形量小；此外压实的方法．压实的程度对变形累积的规律都有一定影响。

2.7.2 疲劳特性
   对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能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，是由于材料微结构的局部不均匀，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。
   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—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。
   （1）水泥混凝土及无机结合料处治的混合料
   此类材料的疲劳性能研究，可通过对小梁试件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(抗折强度)σf值之比称为应力比.绘制应力比σr ／σf与重复作用次数Nf的关系曲线，称为疲劳曲线，如图2—35所示。
   由图2—35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重复应力级位相同时，Nf的变动幅度较大，表明试验结果离散，但其概率分布基本符合对数正态分布，因此，若要得到可靠的均值必须进行大量的试验；
   ③通过回归分析，可得到描述应力比和作用次数关系的疲劳方程，可用下式表征；

   式中：αβ——由试验确定的系数，与混凝土的性质和试验条件有关.
   ④当重复作用次数为从N1=107时，应力比σr ／σf＝0.55，此时尚未发现有疲劳现象；
   ⑤当应力比σr ／σf <0.75时，重复应力施加的频率对试验结果(即疲劳方程)的影响很微小.
   无机结合料处治的很合料其疲劳特性同水泥混凝土相类似，但疲劳方程的系数α喝β值则有所不同，疲劳极限明显比水泥混凝土低。
   （2）沥青混合料
   沥青混合料疲劳特性的室内试验可以用简支小梁或圆柱体试验等方法进行。两种试验方法：控制应力和控制应变试验。
   控制应力试验是在试验过程小保持荷载或应力值始终不变，而应变量的增长速率不断增加；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值，使应变量始终保持不变. 在试验中材料的劲度仍不断下降，保持不变应变量所需要的力不断减小.
   控制应力试验，材料的疲劳破坏往往以试件出现断裂为标志。控制应变试验，并不会出现明显的疲劳破坏现象，可以以劲度模量下降到初始模量值的50％作为疲劳破坏的标难。在条件相同的试验中，控制应变试验所得到的材料疲劳寿命比控制应力试验所得的结果大得多。
   采用控制应力试验方法得到的σr和疲劳破坏作用次数Nf，在双对数坐标上呈直线型，即可以用以下方程估算材料的疲劳寿命：

   式中: A、C、b、d——由试验得到的回归常数，与混合料性质、温度和其它试验条件有关。