半刚性基层沥青路面是我国最为常用的一种典型路面结构形式^[1]，它主要由沥青混凝土面层、半刚性基层(或底基层)以及土基所组成^[2]，各结构层的层间结合效果直接影响着沥青路面的使用功能和服役寿命^[3]。实体工程中，经常会出现由于层间接触不良而导致的各种路面病害，如：沥青面层的剥落、推移、开裂^[4-5]，半刚性基层的冲刷、唧浆等^[6-7]。

目前，我国沥青路面设计方法中假设各结构层间为完全连续状态^[8]，但实际情况却并非如此。从材料性质来看，沥青面层和半刚性基层是两种性质完全不同的材料。沥青面层使用沥青胶结料、属于有机类结合料，具有模量低、变形能力好的特点^[9-12]，而半刚性基层主要使用水泥、石灰、粉煤灰等无机水硬性结合料，模量大、变形能力差^[13-15]，由于物理性质不同，导致在相同荷载作用下的力学响应行为存在明显差异，沥青面层和半刚性基层的层间接触状态属于典型的异质材料层间黏结问题^[16]。作为组成半刚性基层沥青路面的两个主要结构层，二者之间的层间结合效果，不仅对结构内部的荷载传递产生影响，而且对沥青面层内部的剪应力分布、沥青面层的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性都会产生不同程度的影响^[17-19]。现行沥青路面设计规范中的层间完全连续假设^[20]，对于同质材料(沥青各层之间、基层各层之间或基层与底基层之间)的层间黏结，在某种程度上是有效的，但对于异质材料(沥青面层与半刚性基层之间)而言，显然是不合理的，这直接影响到沥青面层和半刚性基层内部的力学计算结果，也关系到所设计的路面结构是否正确。可见，开展层间黏结问题和层间应变传递效果的研究是很有必要的。

鉴于此，为了研究有效的半刚性基层沥青路面结构层间评价手段和量化评价标准，文中设计了小尺寸层间结合试验模型，通过在该模型上层底面和下层表面对应位置处布设应变片对，对层间上、下层对应测点处的应变传递情况进行了实测，并分析了相应的影响因素。

为了实测获取路面结构层间应变传递情况，文中设计了小尺寸层间结合试验模型，通过在相应位置处粘贴应变片的方式，采用电测法^[21]进行应变量测。主要试验设计方案如下：

(1) 模拟路面结构的小尺寸试验模型采用圆柱体试件，直径为30 cm，厚度为10 cm。研究中，制备了两种材料的试验模型，用于模拟沥青路面和半刚性基层，即：沥青混凝土小尺寸试验模型(AC)和水泥稳定碎石小尺寸试验模型(CBG)。其中，沥青混凝土材料为SBS改性沥青AC-16、水泥稳定碎石材料为CBG-20。试件制备时采用静压法成型，试验前对试件表面进行打磨处理后采用环氧树脂粘贴应变片对。

(2) 层间应变成对布置，上层底面和下层表面位置一一对应。在每种试验模型中，应变片按照轴对称方式进行布置，径向应变沿直径方向对称粘贴、切向应变垂直于直径方向粘贴, 如图 1所示。

图 1 小尺寸层间结合试验模型应变片布置示意图(组合Ⅲ) Fig. 1 Layout of strain gauges in small-sized interlayer bonding test model

(3) 根据实际道路特点，文中研究模拟两种层间结合情况，即：同质材料层间结合(包括沥青各层之间、基层各层之间两种问题)和异质材料层间结合(沥青面层与半刚性基层之间)。其所对应的试验模型组合为：组合Ⅰ-上下层均为沥青混凝土(即AC+AC)，组合Ⅱ-上下层均为水泥稳定碎石(即CBG+CBG)，组合Ⅲ-上层为沥青混凝土、下层为水泥稳定碎石(即AC+CBG)。

(4) 为了更好地模拟实际路面状况，对不同的试验模型组合采取了一定的层间结合措施。组合Ⅰ(AC+AC)的层间结合采用70^#沥青黏层进行粘结，沥青用量为0.4 kg/m²；组合Ⅱ(CBG+CBG)的层间结合采用水泥净浆进行粘结；组合Ⅲ(AC+CBG)的层间结合采用沥青用量为1.0 kg/m²的70^#沥青黏层进行粘结。

(5) 试验荷载采用MTS-810在3种结构组合的上层结构表面进行静态加载。荷载水平共6级，分别为：0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9 MPa。试验温度为3种，分别为：5，15，25 ℃。

为了研究同质材料和异质材料的层间应变传递问题，开展了相同温度和相同荷载水平下，3种试验模型组合的应变测试工作。文中取代表性荷载(荷载水平为0.7 MPa)下的应变实测值对试验结果进行分析。

表 1、图 2~图 3为荷载水平0.7 MPa下不同材料的层间应变传递实测结果。图表中的数据表明：(1) 在层间应变传递时，无论上下层是同质材料、还是异质材料，上层底面的径向和切向应变始终大于下层顶面的应变。(2) 相同温度和荷载条件下，异质材料上层底面的应变明显大于同质材料的应变，对于上层结构受力较为不利。(3) 对于上下层为同质材料的情况，沥青混凝土和水泥稳定碎石均表现出相同的试验现象，即：下层顶面的应变均略小于上层底面，但数值较小幅度不大，层间应变传递较为连续。其原因应是同质材料在相同荷载和温度条件下，材料的结构响应行为相同，上下层结构能够协同变形，层间应变传递效果好。(4) 对于异质材料，上层底面和下层顶面的应变数值差别较大，特别是下层顶面的应变数值衰减较快，层间应变传递效果较差，近似为不连续状态。产生这种现象的原因，主要是异质材料在相同应力路径下，具有不同的结构响应行为，沥青混合料变形明显大于半刚性基层材料，故前者的应变数值较大、后者的应变数值较小。可见，同质材料的层间应变传递效果较好、接近连续状态，异质材料的层间应变传递较差、不连续。上下层为异质材料时，对于上层结构受力更为不利。

图 2 不同材质层间应变实测值(5 ℃) Fig. 2 Measured strains of interlayer of different materials(5 ℃)

图 3 不同材质层间应变实测值(15 ℃) Fig. 3 Measured strains of interlayer of different materials (15 ℃)

表 2~表 3、图 4~图 5为不同试验温度下同质材料和异质材料的层间应变测试结果。图表中的数据表明：(1) 随着温度的增加，上层底面和下层顶面的应变逐渐增大，沥青混合料的应变数值增加十分明显，水泥稳定碎石增加幅度不大。(2) 无论是同质材料、还是异质材料，当温度升高以后，上下层的应变差值逐渐变大，层间应变传递效果变差。可见，温度对于层间应变数值和传递效果具有十分明显的影响。随着温度的增加，同质或异质材料的应变数值变大，上层底面和下层顶面的应变差也变大、层间应变传递效果降低。

图 4 同质材料不同温度下层间应变传递效果 Fig. 4 Transferring effect of strain of interlayer of homogeneous materials at different temperature

图 5 异质材料不同温度下层间应变传递效果 Fig. 5 Transferring effect of strain of interlayer of heterogeneous materials at different temperature

表 4和图 6为同质材料试验模型(组合Ⅰ)在不同荷载水平15 ℃条件下的层间应变传递实测结果，表 5和图 7为异质材料试验模型(组合Ⅲ)在不同荷载水平15 ℃条件下的层间应变传递实测结果。图表中的数据表明：(1) 随着荷载增加，上层底面和下层顶面的应变数值逐渐增大。(2) 同质材料随着荷载水平的增加，上下层层间应变比呈明显的线性趋势增加，这说明荷载增大以后层间应变传递效果逐渐减弱、对层间结合不利。(3) 异质材料随着荷载水平的增加，上下层层间应变比呈明显的线性趋势减小，这说明荷载增大以后层间传递效果应逐渐变好，上下层在受压状态下更容易协同变形。可见，荷载水平对层间应变传递具有较为明显的影响，而且对于同质材料和异质材料所产生的影响完全不同。荷载增加后，减弱了同质材料的层间应变传递效果、不利于层间结合，对于异质材料的层间结合更为有利。

图 6 同质材料不同荷载水平下层间应变传递效果 Fig. 6 Transferring effect of strain of interlayer of homogeneous materials under different load levels

图 7 异质材料不同荷载水平下层间应变传递效果 Fig. 7 Transferring effect of strain of interlayer of heterogeneous materials under different load levels

(1) 相同温度和荷载条件下，异质材料上层底面的应变明显大于同质材料的应变，对于上层结构受力较为不利。

(2) 同质材料的层间应变传递效果较好、接近连续状态，异质材料的层间应变传递较差、不连续。上下层为异质材料时，对于上层结构受力更为不利。

在结构计算分析中，对于同质材料选择层间连续的假设是可行的，而对于异质材料则应考虑层间应变不连续的问题，此时采用古德曼模型进行力学计算会较为合理。

(3) 随着温度的增加，无论是同质材料、还是异质材料，上下层的应变差值逐渐变大，层间应变传递效果变差。可见，温度对于层间应变数值和传递效果具有十分明显的影响。随着温度的增加，同质或异质材料的应变数值变大，上层底面和下层顶面的应变差也变大、层间应变传递效果降低。

(4) 同质材料随着荷载水平的增加，上下层层间应变比呈明显的线性趋势增加，这说明荷载增大以后层间应变传递效果逐渐减弱、对层间结合不利。异质材料随着荷载水平的增加，上下层层间应变比呈明显的线性趋势减小，这说明荷载增大以后层间应变传递效果逐渐变好，上下层在受压状态下更容易协同变形。可见，荷载水平对层间应变传递具有较为明显的影响，而且对于同质材料和异质材料所产生的影响完全不同。荷载增加后，减弱了同质材料的层间应变传递效果、不利于层间结合。

从试验研究的结果来看，同质材料和异质材料的层间应变传递效果差别较大，在开展结构计算分析时，沥青面层之间、半刚性材料层之间可以使用连续假设，而沥青面层和半刚性基层之间的层间接触条件宜采用半连续、半滑动假设，以保证理论计算模型与工程实际情况相符。