车辙是沥青路面的一种典型病害，主要源自于沥青混合料的黏弹塑性变形，而高温、重载和慢速交通是加剧路面车辙产生的重要外因。随着我国经济发展与车辆保有量持续增长，道路交通量也显著增长，车辙问题愈发严重。《沥青路面黏弹性变形机理与车辙防治技术》结合试验研究、理论分析和数值模拟等方法，系统研究沥青和沥青混合料的黏弹塑性变形特性，揭示沥青混合料的时间-温度-应力等效性，阐述重载慢速交通对沥青路面车辙的作用机理，重新认识超载、重载对沥青路面结构的影响，进而针对传统半刚性基层路面与新型柔性基层沥青路面等不同路面结构提出抗车辙沥青混合料的多层次优化设计方法、灌浆型半柔性路面材料和超大粒径沥青混合料设计方法、沥青稳定碎石抗车辙优化设计方法和级配碎石抗车辙优化设计方法，形成有效防治沥青路面车辙的综合技术体系。

目录
　　**版序
　　第二版前言
　　**版前言
　　**章 绪论 1
　　**节 沥青路面车辙成因及其分布特性 1
　　一、沥青路面车辙的成因和影响因素 1
　　二、沥青路面车辙的时间分布特性 5
　　三、沥青路面车辙的空间分布特性 9
　　第二节 沥青混合料永久变形的力学模型和车辙预估 15
　　一、沥青混合料永久变形的试验方法 15
　　二、沥青混合料永久变形的经验性模型 19
　　三、沥青混合料永久变形的黏弹性力学模型 21
　　四、沥青混合料永久变形的黏弹黏塑性力学模型 30
　　五、沥青路面车辙预估方法 36
　　第三节 沥青路面车辙的防治思路 40
　　一、沥青路面结构与组合 40
　　二、沥青面层材料优化技术 44
　　三、运营期主动预防 51
　　第二章 重载慢速交通下沥青混合料的变形特性 56
　　**节 沥青胶浆高温流变特性 56
　　一、粉胶比对沥青胶浆高温流变特性的影响 56
　　二、温度对沥青胶浆高温流变特性的影响 60
　　三、慢速荷载条件沥青胶浆高温流变特性 61
　　第二节 沥青混合料的蠕变变形特性 64
　　一、沥青混合料级配选择与试件制备 64
　　二、蠕变试验方案 65
　　三、蠕变试验结果分析 66
　　第三节 沥青混合料时间-温度-应力等效性 70
　　一、时间-温度-应力等效原理 70
　　二、时间-温度-应力移位因子的确定 72
　　三、蠕变主*线的确定 74
　　第三章 沥青路面永久变形数值分析方法 75
　　**节 沥青路面的温度场分析 75
　　一、沥青路面温度场基本理论 75
　　二、路面温度场边界条件 76
　　三、路面材料热学参数 78
　　四、沥青路面温度场分析 80
　　第二节 沥青混合料永久变形材料模型分析 83
　　一、沥青混合料黏弹黏塑性本构模型 83
　　二、本构模型的数值实现 86
　　第三节 沥青路面永久变形分析 88
　　一、沥青路面黏塑性基本响应分析 88
　　二、永久变形发展影响因素 90
　　三、柔性基层沥青路面车辙发展与分布规律 95
　　第四章 多轴重载交通作用下爬坡路段沥青路面力学响应分析 99
　　**节 爬坡路段车辆运行特性与模拟 99
　　一、重载车辆运行特性分析 99
　　二、爬坡车辆移动荷载模拟 102
　　第二节 爬坡路段沥青路面的力学响应 108
　　一、不同行驶状态路面位移分析 108
　　二、不同行驶状态路面应力分析 109
　　三、不同行驶状态时间历程变化 115
　　四、移动荷载作用下速度影响规律 117
　　五、移动荷载作用下水平力系数影响规律 118
　　第三节 多轴车下路面力学响应数值模型构建与分析 118
　　一、多轴车的数值模型与移动模拟 118
　　二、多轴车下路面力学响应分析 121
　　第五章 抗车辙沥青混合料的多层次优化设计 127
　　**节 沥青胶结料的优化设计 127
　　一、基于交通条件的沥青等级优选 127
　　二、基于模糊数学综合评判的抗车辙改性剂优选 128
　　第二节 细集料填充效应与优化设计 135
　　一、细集料填充方法 135
　　二、细集料填充效应 140
　　三、细集料填充优化设计方法 146
　　第三节 粗集料骨架效应与优化设计 147
　　一、粗集料骨架效应均匀试验设计 148
　　二、粗集料骨架形成体积参数识别 149
　　三、粗集料骨架稳定性评价 156
　　四、粗集料骨架优化设计方法 161
　　第四节 多层次优化沥青混合料的性能与路面车辙 161
　　一、掺加抗车辙剂的中面层混合料设计及其性能研究 161
　　二、下面层硬质沥青混合料组成设计及其性能研究 163
　　三、多层次优化后沥青路面的永久变形数值分析 166
　　第六章 灌浆型半柔性路面材料组成设计与使用性能 170
　　**节 母体多孔沥青混合料设计 170
　　一、半柔性路面母体沥青混合料设计步骤与流程 170
　　二、母体沥青混合料的级配和*佳油石比 172
　　三、母体沥青混合料的参数关系 175
　　第二节 流动性水泥灌浆材料组成设计 177
　　一、普通流动性水泥净浆材料组成设计 177
　　二、普通流动性水泥砂浆材料组成设计 186
　　三、普通净浆与普通砂浆的对比分析 194
　　第三节 高性能流动性水泥灌浆材料组成设计 198
　　一、高性能水泥净浆组成设计 198
　　二、高性能灌浆材料与普通灌浆材料的性能对比分析 206
　　三、高性能水泥净浆的工作性研究 211
　　第四节 半柔性路面的使用性能和解决车辙问题的适应性分析 215
　　一、半柔性路面力学强度特性 216
　　二、半柔性路面的路用性能 222
　　三、半柔性路面解决车辙问题的适应性分析 232
　　第七章 超大粒径沥青混合料组成设计及其使用性能 239
　　**节 超大粒径沥青混合料级配设计 239
　　一、集料级配设计 239
　　二、集料级配合成 254
　　三、估算*佳沥青用量 260
　　第二节 超大粒径沥青混合料成型方法 261
　　一、基于旋转压实的SLSM成型方法 261
　　二、基于马歇尔大型击实的SLSM成型方法 262
　　三、基于振动击实的SLSM成型方法 264
　　四、不同成型方法的对比分析 265
　　第三节 超大粒径沥青混合料体积特性 267
　　一、SLSM-40体积指标 267
　　二、SLSM-50体积指标 277
　　三、SLSM体积参数与级配组成关系 279
　　第四节 超大粒径沥青混合料强度形成机理及其使用性能 280
　　一、SLSM强度形成机理 280
　　二、SLSM的强度特性 285
　　三、SLSM的模量特性 289
　　四、SLSM的路用性能 294
　　第五节 基于不同层位需求的超大粒径沥青混合料优化设计 301
　　一、不同层位对SLSM性能的要求 302
　　二、基于不同层位需求的SLSM材料组成优化设计方法 303
　　第六节 超大粒径沥青混合料施工技术研究 306
　　一、SLSM的施工工艺 306
　　二、集料细化研究 308
　　三、SLSM离析控制 316
　　第八章 柔性基层沥青路面材料抗车辙优化 319
　　**节 柔性基层沥青路面力学响应分析 319
　　一、级配碎石基层沥青路面典型结构力学响应分析 319
　　二、结构层模量对路面结构力学响应影响分析 324
　　三、结构层厚度对路面结构力学响应影响分析 342
　　四、沥青层结构层位组合及材料性能需求优化 352
　　第二节 沥青混合料抗车辙性能优化 357
　　一、沥青混合料配合比设计 357
　　二、沥青混合料抗车辙性能关键影响因素分析 365
　　三、抗车辙性能评价指标优化 371
　　第三节 沥青稳定碎石抗车辙性能优化 377
　　一、沥青稳定碎石抗疲劳性能影响因素分析 377
　　二、高模量抗车辙沥青稳定碎石 380
　　三、抗车辙性能评价指标验证 385
　　第四节 级配碎石抗车辙性能优化 388
　　一、级配碎石动三轴试验 388
　　二、级配碎石动态模量影响因素分析 389
　　三、级配碎石车辙影响因素分析 397
　　参考文献 403

**章 绪 论
　　**节 沥青路面车辙成因及其分布特性
　　一、沥青路面车辙的成因和影响因素
　　1．沥青路面车辙的成因
　　沥青路面车辙包括沥青混合料的塑性剪切流动、土基与基层的变形以及一定程度的再压实作用和材料的磨耗等。对于施工过程中压实良好的路面，以及具有良好土基和基层的路面，通常认为车辙是沥青混合料的压密和剪切变形共同作用的结果，压密的影响主要表现在交通荷载作用的初始阶段，而后期主要表现为塑性剪切变形[1]。
　　一般认为，沥青混合料是典型的黏弹黏塑性综合体，在低温小变形范围内接近线弹性体，在高温大变形范围内表现为黏塑性体，在一般温度范围内则为黏弹性体。其力学特性不同于传统的弹性固体材料，也不同于传统的黏性流体材料，但在某些特殊条件下表现出与弹性固体和黏性流体相似的特征[2]。
　　为了更明确沥青混合料高温流变中变形的组成，可以进行蠕变恢复试验[3]，其典型应变和时间的关系*线如图1.1所示。其中，εtotal为总应变；ε0为瞬时应变，与时间无关，在加载瞬间产生；εe为弹性应变，与时间无关，卸载后瞬时恢复；εp为塑性应变，与时间无关，不可恢复；εve为黏弹性应变，与时间有关，随
　　图1.1 蠕变恢复试验典型的应变和时间的关系*线
　　卸载时间的延长而逐渐恢复；εvp为黏塑性应变，与时间有关，不可恢复。蠕变恢复试验研究结果表明，沥青混合料的变形由两部分组成：①可恢复的瞬时弹性变形和黏弹性变形(εresilient)；②不可恢复的黏塑性变形和瞬时塑性变形(εpermanent)。其中不可恢复的黏塑性变形和瞬时塑性变形与车辙密切相关。
　　2．沥青路面车辙的影响因素
　　沥青路面车辙是在行车荷载反复作用下产生竖向永久变形的累积，是内在因素和外部条件综合作用的结果，其影响因素如图1.2所示。内在因素主要反映在材料本身的性质上，而外部条件主要包括温度和荷载条件。此外，路基、路面基层和路面结构组成及其施工质量也会影响沥青路面的抗车辙性能。
　　图1.2 沥青路面车辙影响因素
　　3．沥青路面车辙影响因素的灰关联熵分析
　　灰关联分析是一种系统分析方法，通过一定数据处理，计算目标值(参考数列)与影响因素(比较数列)的关联度和关联度的排序，寻求影响目标值的主要因素。灰色系统关联度(简称灰关联)分析由邓聚龙提出，但是一般灰关联分析在确定灰关联度时，局部点关联测度值控制整个灰关联倾向，并造成信息损失，而灰熵关联度能克服上述不足，评定结果更为准确[4]。灰关联熵分析步骤如下。
　　设 为参考序列， 为比较序列，其中 。对每个序列进行初值化处理，即
　　 (1.1)
　　 (1.2)
　　式中， 为初值化处理后的参考序列； 为初值化处理后的比较序列。因此有
　　 (1.3)
　　 (1.4)
　　式中， 为灰关联系数； 为分辨系数，取值为0～1； 为序列 的一般灰关联度。
　　为避免失真，需保证比较序列始终在参考序列的上方或者下方[5]，即规定对 ，恒有 。
　　设 ，则建立灰关联系数分布映射为
　　 (1.5)
　　式中， 为灰关联系数分布映射； 为映射值，满足 ， 且 。
　　函数 ，称为序列 的灰关联熵，其灰熵关联度为
　　 (1.6)
　　式中， 为序列 的灰熵关联度； 为灰关联熵的*大值， 。灰熵关联度越大，表示影响越显著。
　　进行不同条件下沥青混合料车辙试验，沥青混合料的级配组成如表1.1所示，车辙试验结果如表1.2所示。以变形量为参考序列，各影响因素的灰关联熵如表1.3所示。
　　表1.1 沥青混合料的级配组成
　　表1.2 不同条件下车辙试验结果
　　表1.3 各影响因素的灰关联熵
　　各影响因素的灰熵关联度为 =0.9835； =0.9868； =0.9839； =0.9850； =0.9750； =0.9902； =0.9876。其中， 表示各影响因素的灰熵关联度；a表示沥青用量；v表示空隙率；P4.75表示4.75 mm筛孔通过率；f表示粉胶比；s表示公称*大粒径；p表示荷载；T表示温度。研究表明，各影响因素对沥青混合料车辙深度的影响大小为荷载>温度>空隙率>粉胶比>4.75mm筛孔通过率>沥青用量>公称*大粒径。对实际路面，温度不受人为因素影响，可以认为荷载和空隙率是影响沥青路面抗车辙性能*重要的两个因素。
　　二、沥青路面车辙的时间分布特性
　　1．沥青混合料变形的时间依赖性
　　根据弹性静力学的观点，弹性材料的应变响应只与现时的应力状态相关，与应力状态的变化无关，即在考察弹性体的变形时，只需考察其当前的荷载状况，而不需要了解其加载历史，换句话说，弹性材料的力学响应与时间无关。然而，对于黏弹性材料，在考察其当前的应变响应时，以前的加载历史将对以后的变形产生影响。并且，对黏弹性体施加的作用与当前的时间间隔越长，对现时响应产生的影响越小。也就是说，加载速度越快，黏弹性材料的弹性特征越显著，而加载速度越慢，其黏性特征越明显。黏弹性材料与加载速度的这种相关性实际上是时间相关性的另一种表现形式。
　　因此，沥青混合料的变形可以描述为荷载作用时间的函数，并且由瞬时弹性变形、黏弹性变形和黏性流动变形组成。卸载后弹性变形立即恢复，黏弹性变形随时间延长而逐渐恢复，黏性流动变形因为不能恢复而称为永久变形。对于某一种给定的沥青混合料，弹性变形部分和永久变形部分的比例，与应力、荷载作用时间和温度有关。在高温条件下，或在长时间荷载作用下沥青混合料的行为响应接近黏性，而在低温条件下或短时间荷载作用下则呈现弹性。
　　在静态荷载(重复荷载)作用下，沥青混合料蠕变(永久)应变规律如图1.3所示。可以将其分为三个阶段[6]：**阶段为迁移期，蠕变(永久)应变在瞬间迅速增大，但应变速率随时间迅速减小；第二阶段为稳定期，蠕变(永久)应变呈直线形稳定增长，应变速率保持稳定，该过程为总过程的主要部分；第三阶段为破坏期，蠕变(永久)应变和应变速率均急剧增大，直至破坏。
　　应变速率随荷载作用时间(次数)的变化*线如图1.4所示。在较低的应力水平下，材料主要表现为**和第二阶段，蠕变变形速率逐渐减小，而总应变达到一定值；在较高的应力水平下，第二阶段的蠕变变形速率可能逐渐减小，也有可能增大，即发展到第三阶段。
　　图1.3 沥青混合料变形规律
　　图1.4 应变速率随荷载作用时间(次数)的变化*线
　　2．沥青路面车辙的时间分布特性
　　实际新建或加速加载试验路面车辙的形成过程可划分为三个阶段[7]：①开始阶段的压密过程；②沥青混合料的流动过程；③矿质骨架的重新排列和矿质骨架的破坏过程。开放交通初期，在车辆荷载作用下，混合料被压密，其变形有一个迅速增大的过程；但变形速率迅速下降，这与迁移期相对应；通车一段时间后，车辙变形速率趋于稳定，对应于稳定期；到路面使用后期，达到一定的标准轴次，辙槽处路面极易开裂破坏，*终导致其变形迅速增大，对应于破坏期。图1.5是在美国WesTrack试验路Section 23上实测的车辙深度与累计当量标准轴次(ESAL)的关系。
　　我国的东南大学开展了环道车辙试验[8]，环道试验温度为60℃，路面结构形式如表1.4所示，不同荷载作用次数下环道路面内外侧平均绝对车辙变化如图1.6所示。研究表明，六种路面结构均表现出三阶段的变形特性。