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2013年长安大学公路学院道路与铁道工程硕士研究生入学考试试题 参考答案 (2014-04-23 20:32:26) 转载▼
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长安大学 道铁
2013年硕士研究生入学考试试题 参考答案 试题代码：803 试题名称：道路工程
一、试述水对路面的危害，以及常用的路面排水措施及其设置要点。（15分）
答：水对路面的危害可以表现为：降低路面材料的强度，在水泥混凝土路面的接缝和路肩处造成唧泥；移动荷载作用下引起的唧泥和高压水冲刷，造成路面基层承载能力下降；在冻胀地区，融冻季节水会引起路面承载力的普遍下降。
当路基横断面为路堑时，横向排流的表面水汇集于边沟内。当路基横断面为路堤时，可采用两种方式排除路面表面水：一种是让路面表面以横向漫流形式向堤坡面分散排放；另一种方式是在路肩外侧边缘放置拦水带，将路面表面水汇集在拦水带同路肩铺面，或者路肩和部分路面铺面组成的浅三角形过水断面内，然后通过相隔一定间距设置的泄水口和急流槽集中排放到路堤坡脚外。两种排水方式的选择，主要依据表面水不可能对路堤坡面造成的冲刷危害。在汇水量不大，路堤不高，路线纵坡不同，坡面耐冲刷能力强的情况下，应优先采用横向漫流分散排放的方式。而在表面水有可能冲刷路堤坡面的情况下，则采用将路面表面水汇集在拦水带内，通过泄水口和急流槽集中排放的方式。 拦水带可由沥青混凝土现场浇筑，或者由水泥混凝土预制块铺砌而成。采用水泥混凝土预制块拦水带时，应避免预制块影响路面内部水的排泄。拦水带的泄水口可设置成开口（喇叭口）式。设在纵坡坡段上的泄水口为提高泄水能力，宜做成不对称的喇叭口，并在硬路肩边缘的外侧设置逐渐变宽的低凹区。
二、试述路基沉陷变形的类型、成因及其防止措施。（15分）
答：路堤沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落。路基的沉陷可以有两种情，一是路基本身的压缩沉降；二是由于路基下部天然地面承载能力不足，在路基自重的作用下引起沉陷或向两侧挤出而造成的下沉。
原因：路基的沉缩是因路基填料选择不当，填筑方法不合理，压实度不足，在路基堤身内部形成过湿的夹层等因素，在荷载和水温综合作用下引起路基沉缩。地基的沉陷是指原天然地面有软土、泥沼或不密实的松土存在，承载能力极低，路基修筑前未经处理，在路基自重作用下，地基下沉或向两侧挤出，引起路基下陷。 措施：（1）正确设计路基横断面。（2）选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。（3）采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度。（4）适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。（5）正确进行排水设计(包括地面排水，地下排水，路面结构排水以及地基的特殊排水。（6）必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，设置砂垫层以疏干土基。⑺采取边坡加固，修筑挡土结构物，土体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。 三、水泥稳定碎石的概念、强度形成机理及强度影响因素。（15分）
答：在按照一定级配组成的碎石中，掺入适当水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，此类混合料称为水泥稳定碎石。水
泥稳定碎石可铺筑基层，水泥稳定类基层具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长，所以应用范围很广。
强度形成机理：⑴化学作用：如水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用等等。⑵物理－化学作用：如碎石与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等等。 1）水泥的水化作用 在水泥稳定碎石中，首先发生的是水泥自身的水化反应，从而产生出具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定碎石强度的主要来源。 2）化学激发作用
钙离子的存在不仅影响到了碎石颗粒表面双电层的结构，而且在这种碱性溶液环境下，碎石本身的化学性质也将发生变化。 3）碳酸化作用
水泥水化生成的 Ca(OH)2，除了可与粘土矿物发生化学反应外，还可以进一步与空气中的 CO2 发生碳化反应并生成碳酸钙晶体。碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，也可以对土的基体起到填充和加固作用；只是这种作用相对来讲比较弱，并且反应过程缓慢。 影响因素：
1)碎石质量及级配
碎石的类别和性质是影响水泥稳定碎石强度的重要因素，虽然各类碎石均可用水泥稳定，但稳定效果不同。试验和生产实践证明，用水泥稳定级配良好的碎石，效果最好，不但强度高，而且水泥用量少。 2)水泥的成分和剂量
各种类型的水泥都可以用于稳定水泥。水泥的矿物成分和分散度对其稳定效果有明显影响。对于同一种碎石，通常情况下硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差。在水泥硬化条件相似，矿物成分相同时，随着水泥分散度的增加，其活性程度和硬化能力也有所增大，从而水泥稳定碎石的强度也大大提高。水泥稳定碎石的强度随水泥剂量的增加而增长，但过多的水泥用量，虽获得强度的增加，在经济上却不一定合理，在效果上也不一定显著，且容易开裂。 3)含水量
含水量对水泥稳定碎石强度影响很大，当含水量不足时，水泥不能在混合料中完全水化和水解，发挥不了水泥对碎石的稳定作用，影响强度形成。同时，含水量小，达不到最佳含水量也影响水泥稳定碎石的压实度。因此，使含水量达到最佳含水量的同时，也要满足水泥完全水化和水解作用的需要为好。 4)施工工艺过程
水泥、碎石和水拌和得均匀，且在最佳含水量下充分压实，使之干密度最大，其强度和稳定性就高。水泥稳定碎石从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短。若时间过长，则水泥凝结，在碾压时，不但达不到压实度要求，而且也会破坏已结硬水泥的胶凝作用，使水泥稳定碎石强度下降。水泥稳定碎石需湿法养生，以满足水泥水化形成强度的需要。养生温度愈高，强度增长的愈快。因此，要保证水泥稳定碎石养生的温度和湿度条件。 四、分析水泥混凝土路面设计过程中，哪些环节需要考虑行车荷载因素，具体如何体现。（15分） 答：水泥混凝土路面结构设计以100KN单轴—双轮组荷载为标准轴载，不同轴—轮型和轴载的作用次数应进行轴载当量换算。我国现行的混凝土路面设计规范采用的结构设计方法是以混凝土路面板在车辆荷载应力和温度应力综合作用下，在纵缝边缘中部出现纵向疲劳开裂作为临界损坏状态，设计时以荷载应力和疲劳温度应力的叠加小于等于混凝土疲劳强度作为设
计标准。水泥混凝土路面考虑了设计年限内累计轴载作用次数Ne，其值对路面厚度有影响。 五、试分析环境温度对沥青路面的影响，在沥青混合料组成设计及沥青路面结构设计中是如何考虑其影响的？（15分）
答：沥青路面结构直接暴露在大气之中，经受着自然环境因素的影响。温度是对沥青路面结构有重要影响的自然环境因素，沥青路面材料的强度与刚度及其体积随路面结构内部温度的变化有时会有大幅度的增减。温度随着环境而发生变化，且沿着结构的深度呈不均匀分布，如果这种不均匀的胀缩因某种原因受到约束而不能实现时，沥青路面结构内便会产生附加应力，即温度应力。
沥青路面面层结构内不同深度处的温度随气温的变化呈周期性变化。沥青混合料在冬季低温时具有很高的粘滞度，沥青混合料呈现为弹性体，并且具有弹性体的变形特性。夏季高温时，沥青混合料的粘滞度迅速降低。
温度是影响沥青路面力学特性的一个重要因素，沥青混合料的强度随温度而变化，温度降低时强度提高，温度升高时强度降低。沥青混合料的特点是强度和抗变形能力随温度的升降而产生变化。温度升高时，沥青的粘滞度降低，矿料之间的粘结力削弱，导致强度降低。温度降低时恰好相反，沥青的粘滞度增高，因而强度增大。由于沥青混合料强度的这种变化，导致沥青路面稳定性和工作状况变坏，使用性能降低。
夏季高温时，若沥青混合料的高温稳定性不足，路面就会产生较大的剪切变形。因此提高沥青混合料在高温下的抗剪切能力，就是提高其温度稳定性。 影响沥青混合料高温稳定性的因素主要是：沥青和矿料的性质及其相互作用的特性，矿料的级配组成等。为了提高沥青混合料的高温稳定性，可采用提高粘结力和内摩阻力的方法。在混合料中增加粗矿料含量，或限制剩余空隙率，使粗矿料形成空间骨架结构，就能提高混合料的内摩阻力。适当地提高沥青材料的粘稠度，控制沥青与矿粉的比值，严格控制沥青用量，采用具有活性的矿粉，以改善沥青与矿粉的相互作用，就能提高混合料的粘结力。此外，在沥青混合料中使用掺入聚合物（如天然橡胶、聚乙烯等）改性的沥青，也能取得比较满意的效果。采用动稳定度来表征沥青混合料的热稳性是适宜的。
沥青路面在低温时强度虽然增大，但其变形能力却因刚性增大而降低。气温下降，特别是在急骤降温时，会在路面结构上产生温度梯度，路面面层遇降温而收缩的趋势会受到其下部层次的约束在面层产生拉应力，最终导致拉应力超过沥青混凝土的强度，造成面层开裂。沥青路面的低温缩裂，大致可分为两类：一类是温度下降而造成路面的开裂，它与沥青混合料的体积收缩有关，这种裂缝是由表面开始发裂而逐渐发展成为裂缝；另一类是属于路基或基层收缩与冰冻共同作用而产生的裂缝，这类裂缝是从基层开始逐渐反映到沥青面层开裂。 影响低温开裂的主要因素有：路面所用沥青的性质、当地的气温状况、沥青老化程度、路基的种类和路面层次的厚度等。此外，路面面层与基层的粘着状况，基层所
用材料的特性，行车的状况对开裂也有一定的影响。使用稠度较低、温度敏感性低的沥青，可以减少或延缓路面的开裂。路面所在地区的气温愈低，开裂愈为严重。沥青材料的老化，对低温更为敏感，使路面产生开裂的可能性增大。增加沥青面层的厚度可以减少或者延缓路面的开裂，但是不能根除。 六、试分析下列路面结构组合与厚度方面的不合理之处，并在此基础上通过调整给出你认为合理的路面结构。（15分）
a、某一级公路路面结构 b、某高速公路路面结构 (重交通、中湿路段) (潮湿路段、气候分区1-4-1)
水泥混凝土面层板18cm 中粒式沥青混凝土（AC-20）6cm 天然砂砾12cm 沥青玛蹄脂碎石（SMA-16）5cm 石灰土10cm 粗粒式沥青混凝土（AC-25）8cm
土基 水泥稳定碎石 20cm 水泥稳定砂砾 20cm 土基
答：对于a而言，该一级公路交通等级为重交通，面层板厚度18cm偏小，不能满足要求，应增加面层板厚度，一般应大于24cm；该路段干湿类型为中湿，不能用天然砂砾做基层，天然砂砾的强度，刚度以及稳定性都不能满足重交通一级公路的需要，选用水泥稳定碎石或者石灰稳定工业废渣类做基层。
对于b而言，沥青玛蹄脂碎石常作为高等级沥青路面的表面层，不应作为中面层，因此选用沥青玛蹄脂碎石做表面层，中粒式沥青混凝土做中面层；由于该路段干湿类型为潮湿，气候分区为1-4-1，为夏炎热冬温潮湿，路面最小防冻厚度应大于等于40，应增加垫层厚度，或者垫层结构加铺石灰土。 七、名词解释（15分）
①缓和坡段：在纵断面设计中，当纵坡的长度达到限制坡长时，按规定设置的较小纵坡路段称为缓和坡段。其作用是恢复在较大纵坡上降低的速度；减少下坡制动次数，保证行车安全；确保道路通行质量。
②横向力系数：是衡量汽车稳定性程度的系数，即单位车载的横向力。
③横净距：在弯道各点的横断面上，驾驶员视点轨迹线与视距曲线之间的距离叫横净距用h表示。
④通行能力：在一定的道路、环境和交通条件下，单位时间内道路某个断面上所能通过的最大车辆数，是特定条件下道路能承担车辆数的极限值，用辆∕小时（pcu∕h）表示。
⑤V85：即运行速度。指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保持的安全速度。通常采用测定的第85百分位行驶速度作为运行速度。 八、试述公路的功能有哪些？在设计中是如何体现的？（15分）
答：道路功能是指道路能为路用者提供交通服务的特性，包括通过功能和通达功能。
通过功能是道路能为用路者提供安全、快捷、大量交通的特性；通达功能是道路能为用路者提供与出行端点连接的特性。 公路按功能可划分为干线公路、集散公路和地方公路三类。其中干线公路又分为主干线公路和次干线公路，集散公路分为主集散公路和次集散公路。
九、试述在定线过程中，定导向线，定坡度线，一次修订导向线，二次修正导向线的特点？（15分） 答：（1）定导向线
在地形图上仔细研究路线布局阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况，选择有利地形如平缓顺直的山坡、开阔的侧沟、利于回头的地点等，拟定路线各种可能的走法。经利用有利地形、避让不良地质的调整后的匀坡线组成的折线Aab……D具有理想坡纵的折线，可作为试定平面线形的参考。 （2）定坡度线
这条坡线是具有平均纵坡的折线，其作用一是放通了路线，证明方案是成立的，二是放坡可发现中间控制点，为下一步工作提供依据。 （3）一次修订导向线 目的：用纵断面修改平面，避免纵向大填大挖在平面试线各桩的横断方向上点出与概略设计标高相应的点子，这些点的连线（折线）就称为修正导向线。（在纵断面图上读出每个桩的填、挖高度，点回到平面试线各桩的横断面方向上，连接这些点的折线称为修正导向线。） 特点：具有理想纵坡，中线上不填不挖的折线，这一步实际上是在平面上找出与理想纵坡相
对应的导向线。
（4）二次修订导向线
目的：用横断面最佳位置修正平面，避免横向填挖过大。
对修正导向线各点绘制横断面图，用路基模板找出最佳“经济点”横断面位置，将这些点再点回到平面图上，连接这些点的折线称为二次修正导向线。 特点：具有理想纵坡、横断面位置最佳的折线。 十、试分析在交通量较大且载重车辆混入率较高的高速公路长大上坡路段易产生哪些问题？采取哪些措施可改善该路段存在问题？（15分） 答：（1）在公路纵坡较大的路段上，载重车爬坡时需克服较大的坡度阻力，使输出功率与车重比值降低，车速下降，大型车和小型车的速差变大，超车频率增加，对行车安全不利。速差较大的车辆混合行驶，必然减小快车的行驶自由度，导致通行能力降低。
（2）纵坡越陡，坡长越长，对行车影响也越大。主要表现在：行车速度显著降低，甚至要换低排挡克服坡度阻力；易使水箱“开锅”，导致汽车爬坡无力，甚至熄灭；下坡行驶制动次数频繁，易使制动器发热失效，甚至造成车祸；影响通行能力和服务水平。因此，对纵坡长度必须加以限制。
（3）影响通行能力，易造成道路交通事故。由于长大上坡路段载重汽车行驶速度 减小，在交通量较大的情况下，会导致该路段的通行能力降低，通行质量和行驶安全性下降，甚至造成交通事故。
改进措施：为消除上述不利影响，宜在陡坡路段增加爬坡车道，将载重车从正线车流中分离出去，以提高小客车行驶的自由度，确保行车安全，提高路段的通行能力；各级道路为连续上坡或下坡时，在不大于规定的纵坡长度之间设置缓和坡段（较小纵坡路段），恢复汽车在较大纵坡上降低的速度；减少下坡制动次数，保证行车安全；确保道路通行质量。缓和坡段的纵坡不应大于3%，其长度应不小于最小坡长。