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出版者:人民交通出版社

作者:黄仰贤

出品人:

页数:559

译者:

出版时间:1998-1

价格:70.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787114028335

丛书系列:

图书标签:

• 道路科技领域著作
• 路面工程
• 交通工程
• 土力学
• 材料力学
• 结构力学
• 路面设计
• 路面分析
• 沥青路面
• 水泥混凝土路面
• 公路工程

现代土木工程中的路面结构优化与材料创新 图书简介 本书聚焦于现代交通基础设施建设领域的核心挑战——路面工程。在当今社会对交通效率和可持续性提出更高要求的背景下，本书深入探讨了路面结构的设计、施工、维护及材料的创新应用，旨在为土木工程师、交通规划师以及相关领域的研究人员提供一套全面且前沿的技术参考和实践指南。全书内容紧密围绕如何构建更持久、更经济、更环保的道路系统展开，避免了对传统路面分析方法的简单复述，而是着重于当前行业面临的实际问题和未来的发展方向。 第一部分：高性能路面材料的革新与应用 本部分是全书的基石，详细剖析了用于构建现代路面系统的关键材料的最新发展。我们认识到，传统沥青和水泥混凝土材料已逐渐难以满足日益增长的交通荷载和极端气候条件带来的挑战。 1.1 新型沥青胶结料的设计与性能 深入研究了高模量沥青（High Modulus Asphalt, HMA）的设计理念及其在提高路面抗车辙能力方面的优势。重点阐述了聚合物改性沥青（PMA）中不同聚合物（如SBS、SBR等）的作用机理，如何通过微观结构调控来优化沥青的粘弹性能，从而显著提高其低温抗裂性和高温抗车辙能力。此外，书中还探讨了再生沥青的使用技术，包括如何通过添加活性剂（如烯烃类或芳烃类）来恢复老旧沥青的性能，以实现真正的循环经济。 1.2 超高性能混凝土（UHPC）在路面工程中的潜力 超高性能混凝土（UHPC）以其极高的抗压强度、优异的耐久性和极低的渗透性，正成为重载交通和特殊结构（如桥面铺装）的首选材料。本章详细分析了UHPC的纤维增强机制（特别是钢纤维和聚合物纤维的协同作用），以及如何通过精确控制基体材料（高细粉煤灰、硅灰和减水剂）的配比，实现其优异的力学性能。书中还提供了UHPC在实际路面工程中的施工工艺参数和养护控制要点。 1.3 环保型集料与再生骨料的利用 探讨了传统天然集料短缺的背景下，工业副产品（如粉煤灰、矿渣）和回收骨料（RAP、RAS）在路面结构中的替代应用。重点分析了如何通过先进的清洗和改性技术，克服再生骨料活性不足、吸水率高等问题，确保其在沥青混合料或水泥稳定碎石中的性能满足设计标准。 第二部分：先进路面结构力学分析与寿命预测 本部分超越了传统的刚柔性路面分界论，专注于采用多尺度、多场耦合的分析方法，以精确预测路面在复杂荷载和环境作用下的长期性能。 2.1 考虑非线性特性的多层结构有限元模型 传统的路面分析多采用线性弹性理论，这在高应力集中区域（如车轮作用点下方）和材料发生塑性变形时，预测精度显著下降。本书详细介绍了如何建立考虑材料本构关系非线性的三维有限元模型。核心在于精确表征沥青层在不同温度和应力水平下的粘塑性行为，以及基层材料的应力依赖性。书中提供了针对典型路面结构（如半柔性路面、复合式路面）的建模步骤和求解技巧。 2.2 损伤累积模型与疲劳寿命预测 路面结构的破坏是一个渐进的损伤累积过程。本章深入探讨了基于能量、应力应变或断裂韧性的损伤模型，例如Visco-Elastic Continuum Damage (VECD) 模型在沥青路面疲劳分析中的应用。不同于简单的车辙预测，本书侧重于建立更具物理意义的损伤演化方程，结合交通荷载谱和实际气候数据，实现对结构性开裂和功能性退化的精确寿命预测，为维护决策提供科学依据。 2.3 动态响应分析与冲击荷载影响 针对高速列车、重型卡车集群等高频、高强度的动态荷载，本部分分析了路面结构在动态荷载作用下的响应特征。内容包括采用谱分析方法研究路面的振动特性，并评估快速交通流导致的永久变形和疲劳损伤的加剧效应。 第三部分：智能化施工、检测与维护策略 现代路面工程强调全生命周期的质量控制和精细化管理。本部分着眼于如何利用先进技术手段，从施工现场到运营阶段，实现路面的“健康”管理。 3.1 施工过程的实时质量控制技术 介绍了非接触式和原位（in-situ）测量技术在路面施工质量保证中的应用。重点介绍热成像技术对沥青混合料铺筑温度的实时监测、激光扫描技术对压实度和平整度的精确测量，以及通过核辐射密度仪验证基层材料的均匀性。书中强调了如何将这些实时数据反馈至摊铺和压实设备，实现闭环的自动化质量控制。 3.2 无损检测（NDT）技术在路面评估中的集成应用 系统梳理了目前主流的无损检测技术，包括落锤式弯沉仪（FWD）、探地雷达（GPR）和共振式检测方法。特别强调了如何通过多源数据的融合分析，从宏观的沉降趋势到微观的空隙率和材料分层情况，构建路面的三维“健康档案”。GPR数据在识别结构内部薄弱层、水损害和早期裂缝方面的应用案例被详细分析。 3.3 基于性能的路面维护与管理系统（PMS） 维护策略的优化是延长路面使用寿命、降低全生命周期成本的关键。本章不再局限于传统的定期预防性养护，而是阐述如何构建基于可靠性分析和经济学评估的性能化养护管理系统。内容包括：如何根据预测的损伤演化曲线，确定最佳的干预时机（如早期预防性维护或重度维修），并量化不同维护措施（如超薄罩面、铣刨罩面、整修为基底）在不同路况下的成本效益比。 第四部分：可持续交通与环境适应性设计 未来的路面必须具备更高的环境适应性和资源节约性。本部分探讨了应对气候变化和能源挑战的工程措施。 4.1 太阳能反射路面与热岛效应缓解 分析了高反射率路面材料（如浅色沥青或高反光涂层）在城市环境中的应用，旨在降低路面表面温度，缓解城市热岛效应，并减少空气污染物的生成。书中讨论了如何平衡高反射性与路面所需的抗滑性能。 4.2 渗水路面与雨水资源化管理 针对城市内涝问题，详细介绍了多孔和透水路面结构的设计原理和水力学特性。内容涵盖了不同类型透水铺装（如透水沥青、多孔混凝土、碎石层）的渗透能力测试方法，以及在确保结构稳定性的前提下，如何优化其排水层设计，实现雨水就近渗透和资源化利用。 4.3 能源收集型路面（Piezoelectric & Thermal）的初步探索 前瞻性地介绍了将交通能量转化为电能的压电材料在路面结构中的集成可能性，以及利用路面与大气之间的温差进行热能收集（如热泵系统）的初步研究成果，为未来“会发电的路面”奠定理论基础。 结语 本书旨在提供一个从材料创新到结构设计，再到智能化管理的完整知识体系，以应对当前和未来交通基础设施建设对效率、可靠性和环境友好性的严苛要求。全书的讨论始终聚焦于前沿技术和工程实践的紧密结合，力求为读者提供具有高度可操作性的前瞻性指导。

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《路面分析与设计》在路面测试与检测技术这一块，提供了一套非常系统且实用的知识体系。它并没有仅仅停留在理论分析层面，而是详细介绍了各种现场检测手段，包括非破坏性检测（如落锤仪、弯沉仪、地质雷达、红外热成像等）和破坏性检测（如取芯、钻芯等）。书中对于每一种检测技术的原理、操作方法、数据采集与分析，以及其在路面状况评估、设计参数验证、养护决策制定等方面的应用进行了详尽的讲解。我尤其对书中关于如何利用这些检测数据来评估路面的剩余寿命，以及如何根据检测结果来调整和优化现有的路面设计参数，从而指导未来的养护和重建工作的内容印象深刻。这些技术手段的掌握，对于确保路面工程的质量控制和优化管理至关重要，也为工程师在实际工作中提供了有力的技术支撑。

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在阅读《路面分析与设计》关于路面材料的耐久性与气候适应性部分时，我深刻体会到路面设计并非一成不变的静态过程，而是与自然环境因素密切相关的动态耦合。书中对于不同地区气候条件（如高温、低温、潮湿、干旱、冻融循环）对路面材料性能的影响进行了系统性的阐述。例如，在高温环境下，沥青路面的粘滞性增加，容易发生车辙，而水泥混凝土路面则可能产生温度应力导致开裂。在低温环境下，沥青路面的脆性增加，易发生反射裂缝，混凝土路面则会受到冻胀冻缩的影响。书中详细介绍了各种材料（如沥青、水泥、稳定碎石、级配碎石、沥青稳定碎石等）在不同气候条件下的耐久性指标，并提供了选择和设计适合当地气候条件的材料组合的指导原则。我尤其对书中关于“适应性设计”的理念印象深刻，它强调要根据当地的实际气候特点，通过优化材料配比、结构层厚度以及接缝设置等措施，最大限度地提高路面的使用寿命和抵抗环境破坏的能力，而不是盲目套用通用设计标准。

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我对《路面分析与设计》中关于路面排水设计的阐述印象深刻，这部分内容直接关系到路面的使用性能和耐久性，却往往容易被忽略。书中详细讲解了路面表面排水和路基排水的重要性，以及如何通过合理的路面横坡、纵坡设计、边沟设置、排水孔布置等措施，有效地将雨水和融雪水排出路面结构，避免水分对路面材料产生损害，以及避免水分在路面结构中积聚导致强度下降、冻胀等问题。书中还分析了不同类型的路面结构（如透水性路面、沥青路面、水泥混凝土路面）在排水性能方面的差异，并提供了根据气候条件和交通荷载来选择合适排水设计的建议。例如，在多雨地区，可能需要设计更陡的横坡和更完善的边沟系统；而在寒冷地区，则需要考虑融雪季节带来的大量水分，以及如何避免水分在结构层中冻胀。这些关于排水的细节，体现了作者对路面工程的全面性考量。

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《路面分析与设计》中关于路面养护与修复策略的章节，为我打开了全新的视角，让我认识到路面工程的生命周期管理远比初步建设更为复杂和重要。书中系统地介绍了各种常见的路面病害，如沥青路面的裂缝、坑槽、车辙、松散，以及水泥混凝土路面的裂缝、错台、唧浆等，并对其产生的原因进行了深入分析。更重要的是，作者详细阐述了针对不同病害类型，从预防性养护（如封层、灌缝、表面处理）到修复性养护（如铣刨加罩面、罩面、板式修复、整体式换板）的各种技术措施。书中对于各种养护修复材料（如沥青玛蹄脂、热拌稀浆封层、抗裂贴、聚合物改性沥青等）的性能特点、施工工艺以及适用范围进行了详细介绍，并且还涉及了养护成本效益分析和生命周期成本评估，以帮助决策者做出最优化的养护方案选择。这些内容对于指导我进行实际路面工程的维护管理，延长路面使用寿命，提升交通安全性和舒适性，具有极强的实践指导意义。

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这本书在路面设计理论的演进方面，提供了一份引人入胜的历史梳理和前瞻性展望。《路面分析与设计》并非孤立地呈现当下的设计方法，而是追溯了路面设计理论的发展脉络，从早期的经验法、类比法，到基于性能的设计方法（Performance-Based Design，PBD），再到更加先进的可靠度设计方法（Reliability-Based Design，RBD）。书中详细阐述了不同设计方法的科学原理、适用范围以及各自的优缺点。例如，在介绍PBD时，作者着重讲解了如何通过对路面结构进行多参数的性能评估（如抗车辙、抗裂、平整度等），并将其与设计寿命进行关联，从而优化设计参数。而对于RBD，则强调了设计过程中的不确定性因素（如材料变异性、荷载变异性、施工变异性等），并引入了概率理论和统计方法，以确保路面设计能够达到预定的可靠度水平。这种理论体系的演进，让我深刻理解了路面设计从“经验驱动”向“科学驱动”的转变，也为未来路面设计的智能化和精细化指明了方向。

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这本《路面分析与设计》的封面设计就充满了科技感和专业性，深蓝色的背景如同夜幕下的高速公路，线条流畅的道路剖面图跃然纸上，仿佛预示着书中蕴含的严谨科学与创新思维。拿到这本书，我首先被它扎实的理论基础所吸引。它不仅仅是简单地罗列公式和图表，而是深入浅出地阐述了路面材料的力学性能、变形机理以及在不同荷载和环境作用下的行为表现。比如，在讨论沥青路面结构层时，作者并没有止步于弹性理论的经典应用，而是详细介绍了粘弹性理论在沥青材料分析中的重要性，以及如何通过各种试验方法（如蠕变试验、应力松弛试验）来获取材料的粘弹性参数，并将其应用于层状体系的应力应变计算。书中对于沥青混合料的设计也进行了详尽的解析，从集料的级配选择、矿料压实度控制，到沥青用量和改性剂的应用，都给出了清晰的指导。特别是关于沥青路面在高温和低温条件下的性能差异，以及如何通过优化混合料组成和设计来提高路面的抗车辙和抗裂性能，这一点令我印象深刻。作者在这一部分引用了大量的案例研究和实验数据，使得抽象的理论变得具体可感，也为实际工程设计提供了宝贵的参考。

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这本书在讨论路面设计新理念和前沿技术方面，展现了其与时俱进的学术追求。《路面分析与设计》并未止步于传统的设计方法，而是积极引入了如“绿色路面”设计、沥青路面“温拌技术”（Warm Mix Asphalt, WMA）、“智能路面”技术等最新发展。在“绿色路面”部分，作者探讨了如何通过使用再生材料（如再生沥青混合料、再生水泥混凝土）、低能耗材料以及设计具有更长使用寿命的路面结构，来降低路面工程对环境的影响，实现可持续发展。对于温拌沥青技术，书中详细介绍了其基本原理、工艺流程以及与传统热拌沥青技术的性能对比，并分析了温拌技术在降低生产能耗、减少污染物排放以及提高施工性能方面的优势。此外，关于“智能路面”，作者也展望了如何将传感器技术、数据传输技术融入路面结构，实现对路面状态的实时监测和智能反馈控制。这些前沿内容的介绍，为我指明了路面工程未来的发展方向，也激发了我进一步学习和探索的兴趣。

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《路面分析与设计》在路面结构层之间相互作用的分析上，展现了其理论的深度和广度。它不仅仅将路面视为各层独立的结构，而是将其看作一个整体性的耦合系统。书中详细解析了不同材料层（沥青混合料、水泥混凝土、沥青稳定碎石、级配碎石、土基等）之间在传递荷载、分散应力方面的作用机制。例如，沥青面层和基层之间的界面粘结情况、沥青层与水泥混凝土基层之间的相互影响，以及基层与路基的共同作用，都被细致地剖析。书中引入了“层间剪切应力”、“层间弯曲应力”等概念，并给出了计算这些应力的数学模型，说明了不良的层间粘结如何导致应力集中，进而加速路面损伤。特别是在讨论沥青路面与水泥混凝土基层复合路面时，作者深入探讨了两种材料之间力学性能的差异如何影响整个结构的应力分布和变形特性，以及如何通过优化设计来发挥各自的优势，减少不利影响。

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读完《路面分析与设计》中关于水泥混凝土路面的章节，我仿佛经历了一场关于硬质铺装的深度探索。这本书在解析水泥混凝土路面时，并没有停留在传统的板理论层面，而是将最新的有限元分析方法引入其中，详细阐述了如何利用软件模拟路面板在交通荷载、温度变化和基础不均匀沉降等复杂作用下的应力分布和变形情况。书中对于板体应力集中、温度应力、收缩应力以及荷载应力之间的相互作用进行了非常细致的分析，并重点讲解了如何通过合理的板厚设计、接缝设置（包括胀缝、缩缝、施工缝）以及钢筋配置来有效控制裂缝的产生和发展。我尤其欣赏的是，作者在讨论混凝土配合比设计时，不仅关注了强度和耐久性，还深入探讨了混凝土的抗裂性能、早期强度增长以及施工性能等关键因素，并提供了不同等级水泥、粗细骨料、外加剂及掺合料的最佳组合建议。书中关于水泥混凝土路面早期强度发展对施工质量的影响，以及如何通过优化养护措施来保证路面早期强度和耐久性，这些内容对于提高工程实践质量具有极大的指导意义。

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《路面分析与设计》在交通荷载对路面结构的影响这一部分，无疑是本书的亮点之一。作者并没有简单地将交通荷载视为静态的分布载荷，而是将其置于动态和累积效应的视角下进行分析。书中详细阐述了车辆荷载的重复作用如何导致路面材料疲劳损伤，并引入了“当量单轴载荷”的概念，通过复杂的转换系数将不同轴重、轴距、轮胎压力和接触面积的车辆荷载，折算成等效的40kN标准轴载进行累加计算。这种方法充分考虑了车辆类型、载重分布以及行驶速度等因素对路面寿命的影响。此外，书中还对不同类型的路面结构（沥青路面、水泥混凝土路面、复合路面）在相同交通荷载作用下的损伤机理进行了对比分析，揭示了各自的优缺点和适用范围。我特别注意到关于沥青路面抗车辙能力和水泥混凝土路面抗板裂能力的分析，它们是如何受到交通荷载的重叠效应和重复累积损伤的影响，并给出了相应的损伤预测模型。这些模型在指导路面设计参数的选取，例如层厚、材料强度等级等方面，提供了非常科学的依据。

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