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摘 要：分析了沥青路面车辙产生机理及其影响因素，综述了国内外车辙预估的研究历程，在此基础上指出车辙预估的研究发展方向，并提出在沥青路面车辙预估研究中有必要考虑层间接触状态这一重要影响因素。
关键词：沥青路面;车辙预估;剪切流动变形;有限元模拟
0 引言
车辙是道路主要损坏类型之一，过量的车辙变形将对行车构成安全隐患，不仅降低道路服务质量，还会诱发路面开裂，严重缩短道路的使用寿命，长期以来，车辙问题已成为国内外道路科研工作者的研究热点。建立合理的车辙预估模型，对车辙的防治和沥青路面设计具有重要的学术意义及工程应用价值。本文综述了国内外车辙预估的研究历程，以便为车辙预估研究及路面设计提供参考。
1 车辙产生机理及影响因素
1.1 车辙产生机理
针对车辙病害问题，目前较为统一地认为常见的失稳型车辙的产生主要存在两种机理：压密变形和剪切流动变形。
（1）压密变形。沥青混合料骨料之间存在大量孔隙，摊铺碾压过程使得大部分孔隙被细料填充并压实，但混合料内仍有较多孔隙存在。在道路碾压完毕并开放交通的初期，车辆荷载反复作用下混合料内的孔隙再一次被压实和填充，轮碾作用区路面压实度进一步增加，伴随着沥青混凝土的体积缩小，从而形成压密型车辙。
（2）剪切流动变形。混合料的压密变形趋于稳定后，高温条件下，由细集料、矿粉和沥青拌合形成的沥青砂浆在车辆荷载反复作用下将呈现出流动状态，失去对沥青混合料骨架结构的稳定及支撑作用，使得沥青混凝土的骨架结构从稳定状态向不稳定状态转变，最终在剪应力作用下发生剪切失稳破坏，最终形成失稳型车辙。
1.2 车辙的影响因素
从材料组成上看，表面粗糙、有棱角且针片状含量少的粗集料会增强骨料之间的嵌挤力，大大提高混合料的抗车轍能力。不同的针入度指标对应不同的沥青标号，针入度小的沥青稠度大，由此种沥青拌制而成的沥青混凝土抗变形能力强。混合料中沥青用量越大，富集的沥青越多，导致在高温条件下混合料容易发生流动，致使沥青路面易发生变形。此外，优良的骨架密实型结构的沥青混合料内部骨架结构能充分发挥嵌挤力，这对沥青路面的抗车辙能力有较大促进作用。
沥青路面在太阳辐射和雨水冲刷等影响下逐渐发生老化，其路用性能不断衰减，易发生破坏。道路上的行车数量逐年增加，作用在路面上的荷载值和荷载作用频率也不断增长，超负荷的交通量和荷载值将显著影响路面车辙。目前，沥青路面设计一般假定层间接触状态处于完全连续状态，但实际道路层间接触并非完全连续。已有研究表明，层间接触不良将造成沥青路面力学响应发生显著变化。由此可知，层间接触状态会影响沥青路面车辙的产生和发展，进而影响道路的使用性能和耐久性。
2 国内外车辙预估研究现状
1972年Romain[1]综合考虑了车辆荷载和环境温、湿度等对道路结构的影响，将沥青路面的车辙总变形看成是各个亚层变形的总和，提出了“层应变法”的预估方法，并利用弹性层状体系理论计算车辙变形，该预估方法属于典型的理论法。
第四届国际沥青路面设计会议上，有学者利用回归统计的方法，对车辆荷载反复作用下沥青混合料永久变形进行了详细研究，得出基于回归统计的车辙预估方法，该方法属于经验法的范畴。修正了路基顶面压应变的设计指标，使道路设计更加符合实际情况，同时还提出了路表面永久变形的设计标准，该标准可以对路表面过量的变形进行有效控制，这为后来提出的Shell车辙预估方法打下了基础。此外，有学者基于粘弹性理论计算路面内的应力和应变，并结合大量试验计算沥青路面的永久变形，最终建立了沥青混合料塑性应变和沥青面层内应力、环境温度、车辆轮载累积作用时间之间的关系式，实现了车辙的预估，该预估方法属于力学-经验法。
到了21世纪，随着计算机技术的发展，有限元方法在车辙研究中得到了广泛应用。众多研究者采用有限元法对沥青路面结构进行了数值模拟计算，并结合室内试验，回归拟合了有限元的分析结果，实现对车辙的预估。
在国内，徐世法等人[2]为了合理表达沥青混合料的材料性质，开展了大量的蠕变试验，较为全面的分析了沥青混凝土在多因素影响下的变形特性，并基于此，针对沥青混合料建立了“四单元”与“五参数”相结合的蠕变模型。研究还发现，沥青混合料内部存在大量孔隙，具有一定的透水能力，而半刚性基层透水性较差，雨水渗入后易滞留在基层内部。车辆荷载作用下易出现唧浆现象，造成路面结构严重破坏。车辙变形在半刚性路面中普遍存在，由于基层刚度较大，发生在沥青面层内的车辙变形占主导部分，而基层中产生的永久变形相对较少，甚至可以忽略不计。黄晓明等人[3]通过室内足尺试验，建立了永久变形与车辆轮载作用次数之间的关系，同时提出在进行沥青混合料配合比设计时，要注意材料的抗剪切流动性能。近年来，全国各地针对车辙问题进行了大量的研究和现场实际调查，综合考虑车辆荷载、气候、自然环境、路面结构组成、施工质量控制、原材料等因素，对沥青路面车辙病害进行了详细分析与评价。
3 研究现状的评述
国内外学者经过多年对沥青路面车辙问题的研究，提出了许多以沥青路面永久变形为基础的车辙预估模型。对于沥青路面车辙的计算，目前常用的有经验法、理论法和力学-经验法。
经验法直接来源于实际路面，针对性较强，对特定道路精度很高，但该方法在进行车辙预估时仅适用于非常具体的环境条件，因此难以推广;理论法建立模型较容易，但无论是弹性理论还是黏弹性理论都基于一定的假设条件，混合料性质得不到真实表达，因此在实际应用中不能很好的预估车辙，具有一定局限性;力学-经验法首先利用理论求解路面的应力、应变，再结合室内外试验，统计得出沥青层永久变形同路面结构、材料性质和荷载之间的经验关系。它借鉴了理论法和经验法各自的优势，可得出适用于各种道路结构的永久变形预估模型，是目前车辙预估研究的发展方向。
在对沥青路面的研究中，层间接触性能的劣化往往造成路面结构内力学响应发生较大变化，进而对车辙有较大影响。因此，有必要在现有的车辙预估研究基础上，合理考虑层间接触状态这一重要影响因素，进而对车辙预估研究做进一步的完善和发展。
4 结语
（1）力学-经验法是车辙预估研究的主流方法，但随着计算机技术的发展，有限元法因其强大的功能被越来越多地应用在车辙研究中，其发展空间广阔。
（2）目前对车辙的计算和分析主要考虑路面材料特性、荷载、环境、路面结构组成等影响因素，但没有考虑由于层间接触状态变化引起的路面结构力学响应的变化，从而导致对车辙的预估准确性不够。因此，有必要对考虑层间接触状态的车辙病害进行深入研究。
参考文献：
[1]Barksdale，R.D.Laboratory Evaluation of Rutting in Base Course Materials，Proceedings，Third international Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements，London，1972.
[2]徐世法，朱照宏.按粘弹性理论预估沥青路面车辙[J].同济大学学报，1990（3）：299-305.
[3]黄晓明，张晓冰，邓学钧.沥青路面车辙形成规律环道试验研究[J].东南大学学报（自然科学版），2000（5）：96-101.
关键词：沥青路面;车辙预估;剪切流动变形;有限元模拟
0 引言
车辙是道路主要损坏类型之一，过量的车辙变形将对行车构成安全隐患，不仅降低道路服务质量，还会诱发路面开裂，严重缩短道路的使用寿命，长期以来，车辙问题已成为国内外道路科研工作者的研究热点。建立合理的车辙预估模型，对车辙的防治和沥青路面设计具有重要的学术意义及工程应用价值。本文综述了国内外车辙预估的研究历程，以便为车辙预估研究及路面设计提供参考。
1 车辙产生机理及影响因素
1.1 车辙产生机理
针对车辙病害问题，目前较为统一地认为常见的失稳型车辙的产生主要存在两种机理：压密变形和剪切流动变形。
（1）压密变形。沥青混合料骨料之间存在大量孔隙，摊铺碾压过程使得大部分孔隙被细料填充并压实，但混合料内仍有较多孔隙存在。在道路碾压完毕并开放交通的初期，车辆荷载反复作用下混合料内的孔隙再一次被压实和填充，轮碾作用区路面压实度进一步增加，伴随着沥青混凝土的体积缩小，从而形成压密型车辙。
（2）剪切流动变形。混合料的压密变形趋于稳定后，高温条件下，由细集料、矿粉和沥青拌合形成的沥青砂浆在车辆荷载反复作用下将呈现出流动状态，失去对沥青混合料骨架结构的稳定及支撑作用，使得沥青混凝土的骨架结构从稳定状态向不稳定状态转变，最终在剪应力作用下发生剪切失稳破坏，最终形成失稳型车辙。
1.2 车辙的影响因素
从材料组成上看，表面粗糙、有棱角且针片状含量少的粗集料会增强骨料之间的嵌挤力，大大提高混合料的抗车轍能力。不同的针入度指标对应不同的沥青标号，针入度小的沥青稠度大，由此种沥青拌制而成的沥青混凝土抗变形能力强。混合料中沥青用量越大，富集的沥青越多，导致在高温条件下混合料容易发生流动，致使沥青路面易发生变形。此外，优良的骨架密实型结构的沥青混合料内部骨架结构能充分发挥嵌挤力，这对沥青路面的抗车辙能力有较大促进作用。
沥青路面在太阳辐射和雨水冲刷等影响下逐渐发生老化，其路用性能不断衰减，易发生破坏。道路上的行车数量逐年增加，作用在路面上的荷载值和荷载作用频率也不断增长，超负荷的交通量和荷载值将显著影响路面车辙。目前，沥青路面设计一般假定层间接触状态处于完全连续状态，但实际道路层间接触并非完全连续。已有研究表明，层间接触不良将造成沥青路面力学响应发生显著变化。由此可知，层间接触状态会影响沥青路面车辙的产生和发展，进而影响道路的使用性能和耐久性。
2 国内外车辙预估研究现状
1972年Romain[1]综合考虑了车辆荷载和环境温、湿度等对道路结构的影响，将沥青路面的车辙总变形看成是各个亚层变形的总和，提出了“层应变法”的预估方法，并利用弹性层状体系理论计算车辙变形，该预估方法属于典型的理论法。
第四届国际沥青路面设计会议上，有学者利用回归统计的方法，对车辆荷载反复作用下沥青混合料永久变形进行了详细研究，得出基于回归统计的车辙预估方法，该方法属于经验法的范畴。修正了路基顶面压应变的设计指标，使道路设计更加符合实际情况，同时还提出了路表面永久变形的设计标准，该标准可以对路表面过量的变形进行有效控制，这为后来提出的Shell车辙预估方法打下了基础。此外，有学者基于粘弹性理论计算路面内的应力和应变，并结合大量试验计算沥青路面的永久变形，最终建立了沥青混合料塑性应变和沥青面层内应力、环境温度、车辆轮载累积作用时间之间的关系式，实现了车辙的预估，该预估方法属于力学-经验法。
到了21世纪，随着计算机技术的发展，有限元方法在车辙研究中得到了广泛应用。众多研究者采用有限元法对沥青路面结构进行了数值模拟计算，并结合室内试验，回归拟合了有限元的分析结果，实现对车辙的预估。
在国内，徐世法等人[2]为了合理表达沥青混合料的材料性质，开展了大量的蠕变试验，较为全面的分析了沥青混凝土在多因素影响下的变形特性，并基于此，针对沥青混合料建立了“四单元”与“五参数”相结合的蠕变模型。研究还发现，沥青混合料内部存在大量孔隙，具有一定的透水能力，而半刚性基层透水性较差，雨水渗入后易滞留在基层内部。车辆荷载作用下易出现唧浆现象，造成路面结构严重破坏。车辙变形在半刚性路面中普遍存在，由于基层刚度较大，发生在沥青面层内的车辙变形占主导部分，而基层中产生的永久变形相对较少，甚至可以忽略不计。黄晓明等人[3]通过室内足尺试验，建立了永久变形与车辆轮载作用次数之间的关系，同时提出在进行沥青混合料配合比设计时，要注意材料的抗剪切流动性能。近年来，全国各地针对车辙问题进行了大量的研究和现场实际调查，综合考虑车辆荷载、气候、自然环境、路面结构组成、施工质量控制、原材料等因素，对沥青路面车辙病害进行了详细分析与评价。
3 研究现状的评述
国内外学者经过多年对沥青路面车辙问题的研究，提出了许多以沥青路面永久变形为基础的车辙预估模型。对于沥青路面车辙的计算，目前常用的有经验法、理论法和力学-经验法。
经验法直接来源于实际路面，针对性较强，对特定道路精度很高，但该方法在进行车辙预估时仅适用于非常具体的环境条件，因此难以推广;理论法建立模型较容易，但无论是弹性理论还是黏弹性理论都基于一定的假设条件，混合料性质得不到真实表达，因此在实际应用中不能很好的预估车辙，具有一定局限性;力学-经验法首先利用理论求解路面的应力、应变，再结合室内外试验，统计得出沥青层永久变形同路面结构、材料性质和荷载之间的经验关系。它借鉴了理论法和经验法各自的优势，可得出适用于各种道路结构的永久变形预估模型，是目前车辙预估研究的发展方向。
在对沥青路面的研究中，层间接触性能的劣化往往造成路面结构内力学响应发生较大变化，进而对车辙有较大影响。因此，有必要在现有的车辙预估研究基础上，合理考虑层间接触状态这一重要影响因素，进而对车辙预估研究做进一步的完善和发展。
4 结语
（1）力学-经验法是车辙预估研究的主流方法，但随着计算机技术的发展，有限元法因其强大的功能被越来越多地应用在车辙研究中，其发展空间广阔。
（2）目前对车辙的计算和分析主要考虑路面材料特性、荷载、环境、路面结构组成等影响因素，但没有考虑由于层间接触状态变化引起的路面结构力学响应的变化，从而导致对车辙的预估准确性不够。因此，有必要对考虑层间接触状态的车辙病害进行深入研究。
参考文献：
[1]Barksdale，R.D.Laboratory Evaluation of Rutting in Base Course Materials，Proceedings，Third international Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements，London，1972.
[2]徐世法，朱照宏.按粘弹性理论预估沥青路面车辙[J].同济大学学报，1990（3）：299-305.
[3]黄晓明，张晓冰，邓学钧.沥青路面车辙形成规律环道试验研究[J].东南大学学报（自然科学版），2000（5）：96-101.