本发明公开了一种基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，本方法在双圆垂直均布荷载下的层状弹性体系理论基础上，引入双模量理论，进行路面力学计算时根据路面各点受力拉压的不同赋予对应的拉压模量，建立了更符合实际路面受力性质的设计方法，提高了路面设计的精准性；按该方法设计的路面半刚性基层及底基层底的最大拉应力及沥青面层的最大拉应变远小于其疲劳极限，极大地提高了路面的使用寿命，达到了耐久性沥青路面的要求；并使路面的破坏仅可能发生在路表，使路面破坏模式由“自下而上”转变为“自上而下”，养护维修时只需对上面层进行铣刨或罩面即可，节约了养护成本。
1.一种基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
在基于现有规范及工程实践的基础上，初拟沥青路面结构，实测或参考相关规范和文献确定各结构层路面材料的设计参数，并要求任意两相邻接触的结构层中，位于下方的结构层的压模量大于或等于位于上方的结构层的拉模量，路基的压模量大于或等于最底端结构层的拉模量；
通过大量路用材料的疲劳试验或参考国内外相关文献确定各结构层的疲劳极限；将各结构层的疲劳极限和现行路面设计规范要求的其它标准作为设计标准；
基于路面双圆垂直均布荷载下的弹性层状体系理论，利用有限元软件建立初拟沥青路面结构数值模型，并按照步骤1的初拟情况，对各结构层层数、厚度及材料属性进行初始设置；
对步骤3中建立的初拟沥青路面结构数值模型，引入双模量理论，基于有限元软件的二次开发平台，编制双模量本构关系的子程序，通过数值方法实现路面结构各点按受力拉压状态的不同赋予对应的拉压模量及拉压泊松比，进行试算，将力学响应值与设计标准对比，如满足设计标准，则计算完成；如不满足，则重新执行步骤1。
2.根据权利要求1所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：步骤4中的通过数值方法实现路面结构各点的模量按受力拉压状态的不同赋予对应的拉压模量及拉压泊松比，具体步骤如下：第一步：先假设路面结构为同模量，按全拉或全压状态赋予路面结构初始弹性参数，得到初始弹性矩阵D+或D—，进而得到初始整体刚度矩阵K0；计算得到每个单元的应力应变及节点的位移；
第二步：根据i-1次迭代计算结果，得到每个单元高斯积分点的主应力和主应力方向，并判断每个积分点上的主应力正负，然后按照式(1)得到每个积分点主应力方向下的柔度矩阵Ax，然后应用式(2)得到弹性矩阵Dx，应用式(3)得到普通直角坐标系下拉压不同模量的单元的刚度矩阵Kxe，最后集成为新的整体刚度矩阵Kx；
式中：εα,εβ,εγ为主应变，σα,σβ,σγ为主应力，A为柔度矩阵，模量E和泊松比μ由各自对应相乘的主应力正负性质确定，如σα＞0，则模量Eα和泊松比μα取E+及μ+，反之取E-及μ-；
D＝A-1 式(2)Ke＝∫VBTLTDLBdV 式(3)式(3)中，B为应变矩阵，L为主应力方向与普通直角坐标方向的转换矩阵，T为矩阵转换符号，V为分析结构区域；
第三步：按刚度矩阵Kx进行i次迭代计算得到各单元的应力应变及节点的位移；
第四步：将i次迭代计算得到的各单元的应力或位移与第i-1次迭代计算的对应各单元的应力或位移作比较，若应力差或位移差的绝对值小于等于收敛控制标准，则计算完成停机，若不满足则i增大1(即i＝i+1)，返回至第二步进行下一次迭代计算，直至满足收敛控制标准；其中，上述步骤中的i代表迭代次数。
3.根据权利要求1所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：步骤1中初拟沥青路面结构包括沥青面层、水泥稳定碎石基层、水泥稳定碎石底基层、碎石垫层和路基，在对上述各结构层的层数、厚度和选用材料设计时，在将路基土改良和加强压实的基础上，提高路基的模量；降低水泥稳定碎石基层的模量，从而达到减小基层与面层和垫层的模量差异的目的；同时增大水泥稳定碎石基层的拉压模量比，以减少基层及以下层位的铺筑层数，并提高沥青面层的压模量，以减小面层拉应变。
4.根据权利要求3所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：初拟沥青路面结构中要求沥青面层的层数大于等于2，且沥青面层的总厚度大于等于15cm，各沥青面层的压模量大于等于1500MPa，拉模量大于等于1200MPa。
5.根据权利要求3所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：初拟沥青路面结构中要求水泥稳定碎石底基层压模量范围为1000-3500MPa，拉模量范围为
200-1500MPa；每层水泥稳定碎石底基层的厚度大于等于15cm；
水泥稳定碎石基层的层数大于等于2，且其压模量范围为2000-6000MPa，拉模量范围为
400-4000MPa；每层的厚度大于等于15cm。
6.根据权利要求3所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：初拟沥青路面结构中要求每层碎石垫层的压模量范围为200-1500MPa，拉模量范围为20-
7.根据权利要求1-3任一项所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：初拟沥青路面结构中要求路基的压模量范围为80-120MPa。
8.根据权利要求1-3任一项所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：步骤3中初拟沥青路面结构数值模型建立时，还包括通过与BISAR3.0基于同模量理论的计算结果对比，验证模型正确性的步骤。
9.根据权利要求1-3任一项所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，其特征在于：有限元软件采用商业有限元软件ABAQUS，二次开发平台采用ABAQUS上的UMAT平台。
10.一种路面结构，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法进行设计，包括从上到下的AC13-I上面层、AC20-I中面层、AC25-I下面层、3.5％～4％水泥稳定碎石基层、2.5％～3.5％水泥稳定碎石基层、1.5％～2.5％水泥稳定碎石基层、0.5％～1.5％水泥稳定碎石底基层、垫层和路基；
其中，AC13-I上面层的厚度为4cm；所述AC20-I中面层的厚度为6cm；所述AC25-I下面层的厚度为8cm；3.5％-4％水泥稳定碎石基层的厚度为18cm；2.5％-3.5％水泥稳定碎石基层的厚度为18cm；1.5％-2.5％水泥稳定碎石基层的厚度20cm；0.5％-1.5％水泥稳定碎石底基层的厚度为15cm；垫层由一层厚度为15cm的优质级配碎石垫层组成；
上述百分比是指水泥质量占水泥稳定碎石基层或水泥稳定碎石底基层质量的百分比。
一种基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法及其路面
结构
技术领域
[0001] 本发明属于沥青路面设计技术领域，尤其涉及一种基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法及其路面结构。
背景技术
[0002] 九十年代以来，我国在高等级道路沥青路面的建设实践中，取得了丰硕的成果。但从已投入运营的沥青路面使用状况来看，大部分未达到使用年限即出现了较严重的功能衰减和结构损坏，其原因除施工质量和超载引起外，结构设计的理论体系存在着明显不足亦为其重要原因之一。
[0003] 现阶段我国沥青路面设计方法采用各向同性的层状弹性体系理论，计算时各层材料参数均采用抗压回弹模量，然而经大量研究表明，大部分材料在受拉与受压时的弹性模量差别较大，路用沥青混合料及水泥稳定类混合料等无机结合料同样表现出拉压模量不等的性质，且一般抗压模量大于抗拉模量。路面结构在荷载作用下存在拉应力区与压应力区，因此在进行路面力学计算时简单地应用较大的抗压回弹模量作为材料的统一模量，将导致我们的计算结果存在较大误差或高估设计路面的性能，这些计算时就产生的误差导致沥青路面结构设计理论设定的路面破坏模式与实际路面典型病害特征不一致，使设计中采用的强度及刚度标准不能有效发挥控制作用。
[0004] 大量研究表明许多材料的模量呈现拉伸模量与压缩模量不等的性质，导致工程结构的力学响应也具有拉压不同特性。С.А.阿姆巴尔楚米扬(АмбарцумянС.А.)于1982年编著了第一本关于拉压不同模量问题的专著，建立了基于拉压模量差异的本构理论称为不同模量理论或双模量理论。
[0005] 双模量理论的研究对象是固体和连续体，认为物体是匀质和各向同性的，且基于小变形假设。С.А.阿姆巴尔楚米扬指出：对于绝大部分具有拉压不同弹性模量的材料，应力与应变的关系曲线可用两条直线来表示，用这种分段直线函数来表示的简化本构关系，具有足够的精度，完全满足工程应用的要求，如图1所示。在双直线模型中，材料的本构关系中的弹性参数以主应力的受拉与受压分为两种情形：受拉时取拉模量E+及拉泊松比μ+，受压时取压模量E-和压泊松比μ-，以此建立了基于主应力方向的本构方程如下：
[0006]
[0007] 式中：εα,εβ,εγ为主应变，σα,σβ,σγ为主应力，A为柔度矩阵，模量E和泊松比μ由各自对应相乘的主应力正负性质确定，如σα＞0，则模量Eα和泊松比μα取E+及μ+，反之取E-及μ-。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种考虑路用材料拉压不同特性的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法及其路面结构。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供的基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤1、初拟沥青路面结构
[0011] 在基于现有规范及工程实践的基础上，初拟沥青路面结构，实测或参考相关规范和文献确定各结构层路面材料的设计参数，并要求任意两相邻接触的结构层中，位于下方的结构层的压模量大于或等于位于上方的结构层的拉模量，路基的压模量大于或等于最底端的结构层的拉模量；
[0012] 步骤2、确定设计标准
[0013] 通过大量路用材料的疲劳试验或参考国内外相关文献确定各结构层的疲劳极限；将各结构层的疲劳极限和现行路面设计规范要求的其它标准作为设计标准；
[0014] 步骤3、建立初拟沥青路面结构数值模型
[0015] 基于路面双圆垂直均布荷载下的弹性层状体系理论，利用有限元软件建立初拟沥青路面结构数值模型，并按照步骤1的初拟情况，对各结构层层数、厚度及材料属性进行初始设置；
[0016] 步骤4、数值模型计算
[0017] 对步骤3中建立的初拟沥青路面结构数值模型，引入双模量理论，基于有限元软件的二次开发平台，编制双模量本构关系的子程序，通过数值方法实现路面结构各点按受力拉压状态的不同赋予对应的拉压模量及拉压泊松比，进行试算，将力学响应值与设计标准对比，如满足设计标准，则计算完成；如不满足，则重新执行步骤1。
[0018] 进一步的，设计参数包括拉压模量、拉压泊松比及抗拉强度。
[0019] 进一步的，步骤4中的通过数值方法实现路面结构各点的模量按受力拉压状态的不同赋予对应的拉压模量及拉压泊松比，具体步骤如下：
[0020] 第一步：先假设路面结构为同模量，如按全拉或全压状态赋予路面结构初始弹性参数，得到初始弹性矩阵D+或D—，进而得到初始整体刚度矩阵K0，并计算得到每个单元的应力应变和节点位移；
[0021] 第二步：根据前一次迭代(i-1次迭代)计算结果，得到每个单元高斯积分点的主应力和主应力方向，并判断每个积分点上的主应力正负，然后按照式(1)得到第i次迭代计算的每个积分点主应力方向下的柔度矩阵Ax，然后应用式(2)得到弹性矩阵Dx，应用式(3)得到普通直角坐标系下拉压不同模量的单元的刚度矩阵Kxe，最后集成为新的整体刚度矩阵Kx；
[0022]
[0023] 其中：
[0024] 式中：εα,εβ,εγ为主应变，σα,σβ,σγ为主应力，A为柔度矩阵，模量E和泊松比μ由各自对应相乘的主应力正负性质确定，如σα＞0，则模量Eα和泊松比μα取E+及μ+，反之取E-及μ-；
[0025] D＝A-1 式(2)
[0026] Ke＝∫VBTLTDLBdV 式(3)
[0027] 式(3)中，B为应变矩阵，L为主应力方向与普通直角坐标方向的转换矩阵，T为矩阵转换符号，V为分析结构区域；
[0028] 第三步：按刚度矩阵Kx进行第i次迭代计算，得到各单元的应力应变或节点位移；
[0029] 第四步：将第i次(即第三步)迭代计算的各单元的应力或位移与第i-1次计算的对应各单元的应力或节点位移作比较，若应力差或位移差的绝对值小于等于收敛控制标准值，则计算完成停机，若不满足则i增大1(即i＝i+1)，返回至第二步进行下一次迭代计算，直至满足收敛控制标准。其中，上述步骤中的i代表迭代次数。
[0030] 进一步的，步骤1中初拟沥青路面结构包括沥青面层、水泥稳定碎石基层、水泥稳定碎石底基层、碎石垫层和路基，在对上述结构层的层数、厚度和选用材料设计时，在将路基土适当改良和加强压实的基础上，适当提高路基的模量；适当降低水泥稳定碎石基层的模量，从而达到减小基层与面层和垫层的模量差异的目的；同时适当增大水泥稳定碎石基层的拉压模量比，以减少基层及以下层位的铺筑层数，并适当提高沥青面层的模量尤其是压模量，以减小面层拉应变。
[0031] 进一步的，初拟沥青路面结构中要求沥青面层的层数大于等于2，且沥青面层的总厚度大于等于15cm，各沥青面层的压模量大于等于1500MPa，拉模量大于等于1200MPa。
[0032] 进一步的，初拟沥青路面结构中要求水泥稳定碎石底基层压模量范围为1000-3500MPa，拉模量范围为200-1500MPa；每层水泥稳定碎石底基层的厚度大于等于15cm；
[0033] 水泥稳定碎石基层的层数大于等于2，且其压模量范围为2000-6000MPa，拉模量范围为400-4000MPa；每层的厚度大于等于15cm。
[0034] 进一步的，初拟沥青路面结构中要求每层碎石垫层的压模量范围为200-1500MPa，拉模量范围为20-250MPa，厚度大于等于15cm。
[0035] 进一步的，初拟沥青路面结构中要求路基的压模量范围为80-120Mpa。
[0036] 进一步的，步骤3中初拟沥青路面结构数值模型建立时，还包括通过与BISAR3.0基于同模量理论的计算结果对比，验证模型正确性的步骤。
[0037] 进一步的，有限元软件采用商业有限元软件ABAQUS。
[0038] 进一步的，二次开发平台采用ABAQUS上的UMAT平台。
[0039] 一种路面结构，采用上述基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法进行设计，包括从上到下的AC13-I上面层、AC20-I中面层、AC25-I下面层、3.5％～4％水泥稳定碎石基层、2.5％～3.5％水泥稳定碎石基层、1.5％～2.5％水泥稳定碎石基层、0.5％～1.5％水泥稳定碎石底基层、垫层和路基；其中，AC13-I上面层的厚度为4cm；所述AC20-I中面层的厚度为6cm；所述AC25-I下面层的厚度为8cm；3.5％-4％水泥稳定碎石层的厚度为18cm；2.5％-3.5％水泥稳定碎石层的厚度为18cm；1.5％-2.5％水泥稳定碎石底基层的厚度20cm；
0.5％-1.5％水泥稳定碎石底基层的厚度为15cm；垫层由一层厚度为15cm的优质级配碎石垫层组成。
[0040] 本发明的基于不同模量理论的沥青路面设计方法与现行沥青路面设计方法相比具有以下突出的优势：
[0041] 1)引入不同模量理论，路面设计参数考虑了材料的拉压不同特性，计算时按受力拉压性质的不同分别赋予对应的拉压模量，更符合路面实际受力情况，提高了路面设计的精准性。
[0042] 2)引入沥青面层和水稳基层的疲劳极限，通过组合设计，使结构层最不利点位的力学响应最大值小于其疲劳极限，极大的提高了路面的使用寿命，达到了耐久性沥青路面的要求。
[0043] 3)本方法将路面破坏模式由“自下而上”转变为“自上而下”，使路面的破坏最先发生在路表或面层上部，养护维修时只需对路表进行铣刨或罩面即可，节约了养护成本，且维修方便。
[0044] 4)本发明对于推进沥青路面设计方法的发展，完善沥青路面设计理论和设计指标，以及提高沥青路面的耐久性均具有重要意义。
附图说明
[0045] 图1是拉压不同模量本构关系示意图；
[0046] 图2是基于双模量理论的沥青路面设计流程；
[0047] 图3是路用沥青混合料的拉模量和压模量测试结果；
[0048] 图4是水泥稳定碎石混合料的拉模量和压模量随水泥剂量变化的规律；
[0049] 图5是双模量问题有限元计算流程；
[0050] 图6是本发明实施例与典型半刚性基层沥青路面结构的路表弯沉对比；
[0051] 图7是本发明优选实施例与典型半刚性基层沥青路面结构的路表最大水平拉应力对比；
[0052] 图8是本发明优选实施例与典型半刚性基层沥青路面结构的路表最大水平拉应变对比；
[0053] 图9是本发明优选实施例与典型半刚性基层沥青路面结构沥青面层内部的最大水平拉应变对比；
[0054] 图10是本发明优选实施例与典型半刚性基层沥青路面结构的最大水平拉应力对比；
[0055] 图11是本发明优选实施例与典型半刚性基层沥青路面结构的轮载中心竖向应力对比。
具体实施方式
[0056] 现结合附图及实施例对本发明的作以详细的说明。
[0057] 参见图2，一种基于双模量理论的耐久性沥青路面设计方法，包括如下步骤：
[0058] 步骤1、初拟沥青路面结构
[0059] 在基于现有规范及工程实践的基础上，初拟沥青路面结构，实测或参考相关规范和文献确定各结构层路面材料的拉压模量等设计参数，并要求任意两相邻接触的结构层中，位于下方的结构层的压模量大于或等于位于上方的结构层的拉模量，路基的压模量大于或等于最底端的结构层的拉模量；
[0060] 具体的，初拟沥青路面结构包括沥青面层、水泥稳定碎石基层、水泥稳定碎石底基层、碎石垫层和路基，在对上述结构层的层数、厚度和选用材料设计时，在将路基土适当改良和加强压实的基础上，适当提高路基的模量；适当降低水泥稳定碎石基层的模量，从而达到减小基层与面层和垫层的模量差异的目的；同时适当增大水泥稳定碎石基层的拉压模量比，以减少基层及以下层位的铺筑层数，并适当提高沥青面层的模量尤其是压模量，以减小面层拉应变。
[0061] 步骤2、确定设计标准
[0062] 通过大量路用材料的疲劳试验或参考国内外相关文献确定各结构层的疲劳极限，主要是水泥稳定碎石基层及底基层的疲劳极限拉应力和沥青面层的疲劳极限拉应变；将各结构层的疲劳极限和现行路面设计规范要求的其它标准作为设计标准；
[0063] 研究表明普通沥青混合料的疲劳极限为70με，改性沥青混合料的疲劳极限为100με。按现行沥青路面设计规范规定方法计算水泥稳定碎石层(包括基层及底基层)的疲劳极限拉应力，如令水泥稳定碎石层设计寿命为50年的容许拉应力为水稳碎石的疲劳极限应力，按特重交通等级计算的累积标准作用次数为6.98×109，按《沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)式B.2.1-1反算得到水泥稳定碎石层的容许拉应力，计算结果见表3，此容许拉应力即为该层水泥稳定碎石层的疲劳极限拉应力，其它设计标准与现行设计规范相同。
[0064] 步骤3、建立初拟沥青路面结构数值模型
[0065] 基于路面双圆垂直均布荷载下的弹性层状体系理论，利用ABAQUS有限元软件建立初拟沥青路面结构数值模型，并按照步骤1的初拟情况，对各结构层层数、厚度及材料属性进行初始设置，材料属性包括拉模量、压模量、拉泊松比、压泊松比。
[0066] 步骤4、数值模型计算
[0067] 对步骤3中建立的初拟沥青路面结构数值模型，引入双模量理论，基于ABAQUS有限元软件的UMAT二次开发平台，编制双模量本构关系的子程序，通过数值方法实现路面结构各点按受力拉压状态的不同赋予对应的拉压模量及拉压泊松比，进行试算，将力学响应值与设计标准对比，如满足设计标准，则计算完成；如不满足，则重新执行步骤1。
[0068] 通过数值方法实现路面结构各点的模量按受力拉压状态的不同赋予对应的拉压模量及拉压泊松比，由于不同模量问题在基于本构关系双线性简化后，属于特殊的非线性问题，拉压不同模量结构的弹性参数与单元的应力状态相关，适合采用迭代技术求解。即利用前一次计算的结果，对单元的主应力状态进行判断，得到相应的弹性矩阵，然后进行下一次迭代，其迭代格式如下：
[0069] Ki-1ui＝F 式(4)
[0070] 式(4)中，Ki-1为第i-1次迭代步的整体刚度矩阵，ui为第i次迭代的结构节点位移列阵。F为外荷载列阵。
[0071] 参见图3，具体步骤如下：
[0072] 第一步：先假设路面结构为同模量，如按全拉或全压状态赋予路面结构初始弹性参数，得到初始弹性矩阵D+或D—，进而得到初始整体刚度矩阵K0，并计算得到每个单元的应力应变和节点位移。
[0073] 第二步：根据前一次迭代(i-1次迭代)计算结果，得到每个单元高斯积分点的主应力和主应力方向，并判断每个积分点上的主应力正负，然后按照式(1)得到i次迭代计算的每个积分点主应力方向下的柔度矩阵Ax，然后应用式(2)得到弹性矩阵Dx，应用式(3)得到普e通直角坐标系下拉压不同模量的单元的刚度矩阵Kx，最后集成为新的整体刚度矩阵Kx；
[0074]
[0075] 其中：
[0076] 式中：εα,εβ,εγ为主应变，σα,σβ,σγ为主应力，A为柔度矩阵，模量E和泊松比μ由各自对应相乘的主应力正负性质确定，如σα＞0，则模量Eα和泊松比μα取E+及μ+，反之取E-及μ-；
[0077] D＝A-1 式(2)
[0078] Ke＝∫VBTLTDLBdV 式(3)
[0079] 式(3)中，B为应变矩阵，L为主应力方向与普通直角坐标方向的转换矩阵，T为矩阵转换符号，V为分析结构区域；
[0080] 第三步：按刚度矩阵Kx进行第i次迭代计算，得到各单元的应力应变或节点位移；
[0081] 第四步：将第i次(即第三步)迭代计算的各单元的应力或节点位移与第i-1次计算的对应各单元的应力或节点位移作比较，若应力差或位移差的绝对值小于等于收敛控制标准值(10-8)，则计算完成停机，若不满足则i增大1(即i＝i+1)，返回至第二步进行下一次迭代计算，直至满足收敛控制标准。其中，上述步骤中的i代表迭代次数。初拟沥青路面结构中要求沥青面层的层数大于等于2，且沥青面层的总厚度大于等于15cm，各沥青面层的压模量大于等于1500MPa，拉模量大于等于1200MPa。初拟沥青路面结构中要求每层碎石垫层的压模量范围为200-1500MPa，拉模量范围为20-250MPa，厚度大于等于15cm。初拟沥青路面结构中要求水泥稳定碎石底基层压模量范围为1000-3500MPa，拉模量范围为200-1500MPa；每层水泥稳定碎石底基层的厚度大于等于15cm；水泥稳定碎石基层的层数大于等于2，且其压模量范围为2000-6000MPa，拉模量范围为400-4000MPa；每层的厚度大于等于15cm。为使得各结构层满足步骤1中的模量匹配要求，在对初拟沥青路面结构各结构层路面材料进行调整时，通过改变配合比、级配、沥青含量或水泥剂量、压实方式中的一种或多种来调节各结构层的模量，以满足本发明的模量匹配要求。
[0082] 以下为采用本发明设计方法设计的一个路面结构的优选实施例，申请人经过大量室内试验表明：混合料如沥青混合料及水泥稳定碎石混合料压模量大于拉模量。其几种常用沥青混合料拉压模量的测试结果如图4所示。图4中AC13、AC20及AC25为沥青路面常用的悬浮密级配型沥青混合料，所用沥青为70#普通基质沥青；AC13-I、AC20-I及AC25-I为经过优化后的沥青混合料，级配为骨架密实型，所用沥青为高性能改性沥青。并通过试验，测试了道路工程中常用的悬浮密实型水泥稳定碎石混合料的拉压模量随水泥剂量的变化响关系，由此确定了其拉模量和压模量的范围及拉压模量比的范围，如图5所示。本实施例通过改变水泥稳定碎石的水泥剂量来调节各水稳碎石层的模量。设计的沥青路面结构及其计算参数如表1所示，典型半刚性基层沥青路面结构(对比例)及计算参数如表2所示。
[0083] 两种路面结构的力学响应详细对比如图6-图11所示。表3示出了两种路面结构对应的关键设计指标对应的力学响应值，由表3和图6-图11可知，从相对值讲，与普通路面结构相比，本优选实施例除面层顶竖向压应力减小不明显外，其它关键力学响应均有大幅减小。其中水泥稳定碎石基层层底拉应力减小了27.3％，水泥稳定碎石底基层层底拉应力减小了92％，与普通路面结构相比几乎小了一个数量级，且远小于对应的疲劳极限应力，而普通路面结构的底基层层底拉应力大于对应的疲劳极限拉应力。因此，在仅考虑荷载对其的影响时，本优选实施例路面结构其寿命几乎是无限长的，可达到所谓的长寿命或耐久性基层的目的；同时可以有效防止因基层开裂引起的路面破坏，如反射裂缝等自下而上的破坏模式。
[0084] 表1优选实施例的沥青路面结构
[0085]
[0086] 表2典型半刚性基层沥青路面结构
[0087]
[0088] 表3优选实施例与普通路面结构的关键力学指标最大值对比
[0089]
[0090] 注：表3中的纵向即行车方向，横向即与纵向垂直的水平方向，竖向即重力方向。
[0091] 沥青面层内部的最大水平拉应变由71.5με减小至30.5με，减小了57.3％，试算结构的最大拉应变远小于沥青层的疲劳极限，因此，在仅考虑荷载作用下，亦达到了耐久性目的。路表的最大水平拉应变从128.7με减小至73με，减小了39.2％，小于疲劳极限100με，极大阻止了因路表拉应变过大产生的路表开裂，即使产生裂缝发生破坏，也是由上而下模式，即破坏发生在上面层，在发生破坏后，只需更换上面层即可，路面养护时也易于实现。
[0092] 面层各结构层顶的竖向压应力略有减小，但减小幅度可忽略不计，同时由于设计结构采用改性沥青，因此设计结构抵抗高温变形或永久变形的能力将会提高。本优选实施例路面结构的弯沉减小了20.4％，表明路面的整体刚度得到了加强。
[0093] 上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
