水-荷载耦合作用下沥青路面孔隙水压力研究

水-荷载的耦合作用是沥青路面早期损坏的主要原因之一.基于饱和多孔介质理论通过轴对称有限元的瞬态动力分析,计算得到饱和沥青路面内部孔隙水压力的时程变化;分析不同渗透性、车速和荷载条件下的孔隙水压力变化规律.结果表明,荷载的动态作用导致沥青路面内部的孔隙水压力具有波动性质;正负孔隙水压力的循环作用是沥青膜破坏的主要诱因;路面内部存水时,高速、重载将加速沥青路面性能衰减.     

饱水沥青路面动力响应的空间分布分析

水-荷载的耦合作用是沥青路面早期损坏的主要原因之一。首先基于饱和多孔介质理论,建立饱水沥青路面动力响应分析的三维有限元模型,并给出了荷载作用形式、边界条件和材料参数;而后对比分析了动态荷载作用下,饱水沥青路面和无水沥青路面的竖向位移、竖向应力、剪应力和孔隙水压力的空间分布情况。结果表明,与无水状态相比,饱和状态下沥青路面的应力场和位移场都发生了变化,且出现了较大的孔隙水压力的正负逆转,这种孔隙水压力的反复作用将导致集料和沥青粘结的破坏。     

沥青路面水损害疲劳破坏过程的数值模拟分析

以比奥渗流固结理论和各向同性线弹性损伤理论及疲劳损伤理论为基础,提出沥青路面的水损害力学分析模型,运用轴对称有限元方法对力学模型进行求解,并编制有限元程序进行数值模拟分析.重点分析了孔隙水压力对沥青路面受力状态的影响,以及在有孔隙水存在的情况下沥青路面在车载作用下的疲劳损伤过程.计算结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层的渗透系数、面层厚度以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,孔隙水的存在会导致路面结构应力集中加剧,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

沥青路面超孔隙水压力计算的刚度矩阵法

目的 分析浸水沥青路面的应力状态。解决高速公路沥青路面的水侵害问题．方法 将浸水沥青路面视为多层饱和弹性半空间轴对称体，利用Hankel和Laplace积分变换等数学方法以及Boit固结方程，推导出任意一层浸水沥青路面超孔隙水压力的刚度矩阵，再按传统的有限元方法组成总体刚度矩阵．通过求解由总体刚度矩阵所构成的代数方程和Hankel和Laplace积分逆变换．结果 得到了外荷载作用下沥青路面超孔隙水压力问题的精确解．结论 在路面的面层中以及面层与基层的接触面附近，超孔隙水压力出现最大值．     

海底管线周围海床的地震液化分析

地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一.本文建立了地震荷载作用下海底管线周围海床液化的有限元模型,采用土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪,将不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式引入到二维动力固结方程中,基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到了地震荷载作用下海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律.通过变动参数计算了海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响,进一步对管线周围海床的液化势进行了评判.     

饱和沥青混合料的孔隙水压力解析

基于有效应力理论,推导了饱水状态下的沥青路面结构内部的孔隙水压力计算方程,并通过Matlab软件求得数值解,具体分析了孔隙水压力的变化规律以及标准胎压、混合料孔隙率和沥青材料弹性模量等材料参数变化对孔隙水压力产生的影响.     

沥青路面层状黏弹体超孔隙水压力的求解

为研究水对沥青路面的影响,利用积分变换和传递矩阵的方法推导了FWD动荷载作用下路基路面层状黏弹性体超孔隙水压力轴对称问题的解析解．该方法概念清晰,公式简洁,易于应用．引入F.durbin的方法实现Laplace逆变换的数值方法,求解了层状黏弹性体的时域解,为检测沥青路面水损害提供理论依据。     

有压冻融土体孔隙水压力变化试验研究

基于室内试验,开展了周期温度边界和上覆荷载共同作用下土体内部孔隙水压力变化及变形发展规律研究.结果表明：土体内部孔隙水压力的变化同时受到温度、上覆荷载以及冻融周期等因素的综合影响.融化过程中,孔隙水压力在短时间内快速增大后消散.冻结过程中,孔隙水压力先增大后减小.孔隙水压力变化幅度随上覆荷载的增大而增大,在冻融周期为8 h温度边界条件下,上覆荷载由50 kPa增加至150 kPa,试样高度77 mm处孔隙水压力平均变化幅度由13.4 kPa增加至46.0 kPa.冻融周期越大,孔隙水压力的变化幅度越大.在周期温度边界和上覆荷载共同作用下,试样竖向变形呈现阶梯型发展趋势,且量值主要受上覆荷载影响.荷载相同时,冻融周期对试样最终竖向变形值影响较小,上覆荷载为100 kPa时,冻融周期4 h和8 h温度边界条件下试样的最终竖向变形分别为10.5 mm和11.2 mm.     

车载引起的沥青路面内动水压力现场试验研究

为了研究移动车载引起的动水压力对沥青路面水损坏产生的影响,探究路面层内动应力变化及动水压力的长消规律,利用自主研制的耐高温动应力和动水压力传感器,对现场行车荷载引起的动应力及动水压力进行实测,获取了动水压力的实测数据;并且基于Biot固结理论,利用一种反映移动效应的车轮荷载数值模拟方法,对实测工况下路面情况进行了动态流固耦合分析,定量研究了路面层内的动水压力长消规律。发现现场实测与数值模拟结果基本一致。沥青路面在周期行车荷载作用下,路面空隙中不断产生动水压力的泵吸作用,导致沥青混合料强度下降,进而引发水损坏。该成果验证了水损坏的水力驱动机理,为水损坏研究和路面设计提供了借鉴。     

黄土高填方场地孔隙水压力的变化规律

孔隙水压力是评价黄土高填方场地变形与稳定的重要参数。为探讨沟谷地形中黄土高填方场地孔隙水压力增长和消散规律，对陕北某黄土高填方工程进行了施工期和工后期的孔隙水压力监测和分析。结果表明：在分析超静孔隙水压力的增长和消散规律时，须扣除因土层压缩和地下水位变化而引起的静水压力变化值；孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填土荷载的影响；土方填筑快，孔隙水压力增长快，反之，孔隙水压力增长慢，甚至消散；施工期的孔隙水压力增量与填土荷载增量呈近似线性关系，多级荷载的孔隙水压力系数小于0.2，土体始终处于稳定状态；工后期孔隙水压力消散缓慢，沉降达到完全稳定需要较长时间。     

既有半刚性基层沥青路面大修处治策略

为了科学地进行高等级公路既有半刚性基层沥青路面结构大修处治策略,利用Abaqus有限元软件建立路面结构分析模型,分析了路面结构层参数对半刚性底基层抗疲劳寿命的影响,并应用北京市高速公路典型路段的实际数据对计算结果进行了工程验证分析,提出了既有半刚性基层沥青路面大修处治策略.研究结果表明:基层厚度、底基层厚度、面层厚度、交通荷载大小对半刚性底基层疲劳寿命的影响较为显著,路基模量和底基层模量的影响次之,面层模量和基层模量等路用材料刚度的影响相对较小.高速公路实际应用状况也表明:沥青路面首次大修年限与沥青面层总厚度的相关性相比路面结构总厚度更加显著,较厚沥青面层的路面结构具有较长的使用寿命;材料模量出现一定衰变,并不影响路面结构的耐久性基础,旧路结构通过加铺增加面层厚度,在不进行全面翻修改造的情况下,仍可以使路面结构具有充足的耐久性,延长其使用寿命.     

具有碎石基层的沥青路面结构的非线性有限元分析

对具有碎石基层的沥青路面结构,采用8节点等参元的弹塑性有限元模型,分析了路面结构的变形、应力及塑性区域．分析结果表明,均布车载下该结构的最大位移发生在路面面层的对称轴上,这与采用弹性层状体系设计沥青路面的最大弯沉点位置一致;最大主应力发生在沥青面层底部且最大塑性应变发生在对称轴上, 塑性影响区在离对称轴3．5倍当量圆半径的范围内．与经验公式相比,该计算结果合理,为揭示沥青路面的实际工作状态提供参考．     

大粒径沥青碎石下面层材料组成及结构设计研究

通过试验研究和力学行为分析确定大粒径沥青碎石作为下面层的设计方法,包括路面材料组成设计和路面结构设计两个方面.对四种不同级配的大粒径沥青碎石进行路用性能和力学性能试验,通过性能的对比选择一种综合性能较优的级配材料.拟定沥青路面结构形式并采用不同厚度的大粒径沥青碎石作为下面层,对路面结构进行力学计算并分析其力学行为.通过试验研究,推荐综合性能较好的ATB-30作为大粒径沥青碎石下面层;通过对路面结构的力学行为分析,推荐大粒径碎石下面层的合理厚度为10～11cm.     

季冻区典型路面疲劳设计与静载设计对比研究

季节性冰冻地区公路沥青路面结构面临着较为极端的气候条件,因而,采用典型路面结构设计的方法成为现行国标的适当补充.本文分析了典型路面结构设计的必要性和客观性,并推荐半刚基层沥青路面及纯柔性沥青路面两种典型结构,采用现行设计方法验算了两种结构的设计指标的合理性.此外,采用壳牌沥青所推出的BISAR软件计算了弹性层状体系在静载下的荷载响应,对疲劳响应和静载响应进行了定量对比,从而力求使静载响应成为现行设计方法的有利补充.     

长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析

选取半刚性基层沥青路面典型结构,对不同轴载下半刚性层底拉应力的分析发现,典型结构仅适合于超载不严重的交通状态.对混合式沥青路面结构沥青层底拉应变和半刚性层底拉应力进行了计算,得到同时满足沥青层和半刚性层不受疲劳破坏时的沥青层厚度,与国外长寿命路面设计软件PerRoad2.4的计算结果相比,混合式长寿命路面结构更具有经济性.     

半刚性基层沥青路面面层剪应力峰值的影响因素

目的探讨沥青路面面层剪应力峰值变化规律和影响因素.方法运用多层弹性体系理论,双圆均布荷载下,考虑路面结构层厚度、模量变化以及层间状态的不同,分析半刚性基层沥青路面剪应力峰值的变化规律和影响因素.结果沥青路面剪应力峰值会随面层厚度的增加而减小,随基层厚度的增加而增大;沥青路面使用过程中面层模量变化以及设计选取基层模量过高会导致剪应力峰值的提高;层间出现滑移也将导致沥青路面剪应力峰值的大幅度增加.结论路面结构层模量变化及层间连接状态的不同对沥青路面剪应力峰值有显著的影响;路面结构层厚度对沥青路面剪应力峰值的影响相对较小,但也不容忽视.设计和施工过程中应充分考虑沥青路面剪应力的影响因素并加以控制.     

柔性基层改善沥青路面半刚性底基层温度状况分析

半刚性沥青路面反射裂缝产生的原因之一是半刚性基层温度变化引起的,半刚性基层和沥青面层之间加入柔性基层可有效地防止沥青路面出现反射裂缝,根据传热学原理,采用有限单元法对吉林通化试验路3种路面结构半刚性基层顶部温度状况进行了对比,分析结果表明无论夏季或冬季,柔性基层都能有效地改善沥青路面半刚性基层的温度状况,从而减少或消除沥青路面出现反射裂缝．