车辆循环荷载作用下柔性路面路基的永久变形

柔性路面路基土过量的车辙变形会造成大量的经济损失,影响到路面行车的安全性和舒适性,而且还会引起路面其它形式破坏例如反射裂缝的产生和加强.为此首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状,对现有的路基土永久变形预估模型进行了简要评价并重点讨论了南非车辙预估模型;然后,基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的力学-经验计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量,该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数;最后,以一个柔性路面和半刚性路面为例,应用该模型对不同轴载下的路基变形进行了预估.该预估模型可以为以后沥青路面车辙方面的研究及其沥青路面的设计提供参考.     

柔性基层沥青路面结构粘弹性三维有限元分析

以沈大高速公路沈鞍段路面结构为例,在温度变化时考虑沥青混合料粘弹性影响,建立了柔性基层沥青路面温度场疲劳断裂模型,借用三维有限元实现交通荷载及温度荷载耦合作用下路面结构的动力特性。研究多场耦合作用下柔性基层沥青路面结构的破坏行为。研究表明:荷载在移动过程中剪切型应力强度因子对路面开裂起控制作用;降温时张开型应力强度因子是沥青路面开裂破坏的主要因素;对柔性基层沥青路面结构考虑变温和交通荷载耦合作用下的疲劳寿命预估,结果显示,该方法与实际更为接近。     

半刚性基层沥青路面疲劳裂缝扩展与寿命预估研究

以疲劳断裂力学理论和材料试验为基础,对半刚性基层沥青路面裂缝的扩展行为进行系统研究,分析了裂缝尖端的应力强度因子变化规律和偏荷载作用下各影响因素对疲劳寿命的影响;结合路面结构初始状态的荷载响应,回归得到了路面的疲劳寿命预估方程。结果表明,路面疲劳主要是由偏荷载作用于横向裂缝导致,疲劳寿命随面层整体模量和轴载增长而递减,随基层模量、路基模量、中面层厚度、基层厚度增长和车速而递增,随下面层厚度的增长先减后增。回归得到的疲劳寿命预估方程考虑的影响因素更加全面,为我国路面结构设计和科研提供了理论支持和补充。     

基于模拟实验研究不均匀沉降对加宽路面结构的影响

试验采用大型地面沉降模拟器及光栅传感器系统,目的是分析新旧路基路面结构在不同荷载下的沉降情况。结果显示,不同的沉降量能够引起道路的拉伸应变。尤其在重复荷载作用下,道路端部结构层受到交替作用的拉、压力,最终导致路面的疲劳失效。由于新的路基很容易受到路面结构动载荷的影响,而旧路基有相对高的刚度,因而能够很好地传递静、动荷载。目前,土工格栅之间的拼接会在一定范围内降低道路的不均匀沉降。实验表明,土工格栅能够有效地阻止或延缓路面结构的失效。土工格栅不但可使路基的回弹模量增加,同时还可以减少路基的不均匀变形。因此,在长期荷载作用下,应力或应变分布趋于均衡。     

水泥稳定碎石设计参数研究

基于重载交通和现代测试技术的发展,采用材料试验机(MTS)环向引伸仪法实测了水泥稳定碎石的回弹模量和泊松比,并用BISAR程序计算了回弹模量和泊松比的变化对给定路面结构剪应力和拉应力的影响规律.结果表明:水泥稳定碎石的回弹模量和泊松比均随荷载的增加而增加;水泥稳定碎石回弹模量和泊松比的变化对路面结构剪应力和拉应力的影响不明显;超载对路面结构剪应力和拉应力的不利影响显著.     

非饱和粘性路基土回弹模量之研究

利用MTS动力三轴试验系统,进行一系列路基土回弹模量试验,并于试验后以滤纸法量测土样之基质吸力,以探讨非饱和粘性路基土之回弹模量特性及基质吸力对回弹模量之影响。研究结果显示重复荷载下之偏应力愈大则回弹模量愈小,且回弹模量随基质吸力的增加而增加。本文并建立以重复荷载之偏应力及基质吸力预测非饱和粘性路基土回弹模量之模式,改善传统模式未能考虑含水率对路基之影响。     

交通荷载作用下加筋土路基残余变形减小的机理分析

应用有限单元法对交通荷载作用下加筋土路基进行隐式动力分析,并基于累积塑性变形的计算和影响因素分析,揭示加筋减小路基土残余变形的机理。分析结果表明:对于级配碎石基层沥青混凝土路面,加筋改善路基表面的压应力分布,减小传递到路基表面的剪应力,加筋后路基土上部80cm范围内动偏应力大大减小,而动偏应力是引起路基残余变形的重要因素之一;另一方面,交通荷载作用下,路基土的累积塑性变形主要发生在路基上部100cm范围内。因此,加筋后路基土累积塑性变形的减小,主要是由于加筋减小交通荷载作用下路基土上部的动偏应力;土工格栅刚度越大,动偏应力减小越显著。     

半刚性基层沥青路面耐久性对设计影响分析

利用JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》中路面各结构层层底拉应力验算公式和BISAR3.0设计分析软件,对半刚性基层沥青路面疲劳寿命及影响因素进行了分析。分析结果表明,延长路面使用寿命的关键是增加半刚性基层和底基层的疲劳寿命,减小在行车荷载作用下的半刚性基层和底基层层底的拉应力。这可通过增加路面各结构层厚度和土基模量等措施获得,而其中增加底基层厚度和土基模量是既经济又有效的措施。     

沥青路面永久变形预估研究

为了精确预估沥青路面的永久变形,以十天高速公路陕西汉中段为试验路段,通过实地观测统计获得了全年路面温度区间分布频率和全年不同温度区间的轴载等级分布频率,采用有限元建模并计算路面结构的偏应力,计算表明,偏应力随深度的增加呈先增大后减小趋势,且路面的中面层偏应力最大.通过不同温度及偏应力的三轴重复荷载试验,建立了SMA-13,AC-20,ATB-30沥青路面重复荷载永久变形黏弹性力学模型,其拟合相关系数大于0.980 0.综合考虑路面温度、路面厚度、荷载作用次数、荷载大小、路面结构中各点偏应力及沥青混合料蠕变柔量等因素,提出了沥青路面永久变形预估方法,试验表明,该预估方法可模拟沥青路面结构实际受力状态,准确预估其容许永久变形寿命.经计算,十天高速公路陕西汉中段的容许永久变形寿命为13a.     

路面永久变形的实验研究

<正> 柔性路面在行驶车轮长期重复荷载作用下会逐渐产生积累的永久变形,它会直接影响到路面的平整度和使用质量。二十多年来,各国对此进行了大量的试验研究,并制订了不少考虑永久变形和车辙的柔性路面设计付体系和计算方法。我国柔性路面设计理论和设计方法均只考虑路面的弹性变形。随着我国四化建设事业的飞速发展,汽车轴重和公路交通量不断增大,分道行驶的渠化交通使不少公路出现不同程度的永久变形甚至车辙破坏。为了探索柔性路面的永久变形特性,过去几年在路面疲劳研究的同时也进行了永久变形的重复荷载试验。     

交通荷载应力路径下砂土地基变形特性研究

在交通荷载作用下,地基土单元不仅偏应力大小周期性变化而且主应力轴连续旋转。为了研究交通荷载应力路径下地基土单元排水变形特性,利用动态空心圆柱仪对K0固结下饱和砂土进行了一系列"苹果型"动力循环应力路径以及普通动力循环应力路径试验。两组应力路径试验结果的对比表明交通荷载应力路径引起的主应力轴连续旋转会加速竖向永久变形的累积,并且对竖向回弹模量具有软化作用,而且随着循环应力比的增大,两种应力路径下变形特性差异变得更加明显。最后,基于Uzan回弹模量模型提出了相应的修正公式用来考虑主应力轴旋转效应。     

水网密集区粘土路基当量回弹模量的预估分析

基于非饱和土基本理论,利用基质吸力及土水特征曲线的最新研究成果,对受地下水位控制的粘土路基的平衡湿度状态进行了预估分析;同时采用室内重复动三轴试验方法,建立了非饱和粘性路基土动回弹模量的双线性本构经验预估模型.将上述研究成果相结合,创建了综合考虑路基湿度和应力状态的路基当量回弹模量的预估方法,并结合实体工程建立了以地下水位、路基填筑高度为核心的路基当量回弹模量预估方程.通过与试验路上传统测试方法测试结果的对比分析,表明该评价方法具有准确、可靠特点.研究成果从平衡湿度和应力状态耦合控制的角度,对水网密集区粘土路基当量回弹模量的确定提供了新的视角和途径.     

行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究

本文首先对单个行车荷载作用下湿软路基的残余变形进行研究,分析影响因素,模拟行车荷载作用下湿软路基残余变形的结构体系,判断路基中竖向动应力的变化,建立了交通荷载作用下湿软路基残余变形的计算方法。     

路基土回弹模量影响因素分析

采用室内重复加载三轴试验测试了不同性质路基土的回弹模量(Erm),分析了应力级位、含水量和压实度对路基土回弹模量的影响.结果表明:偏应力(dσ)和侧向应力(3σ)对路基土回弹模量均有显著影响,含水量对路基土回弹模量的影响非常大,而压实度同样是一个主要影响因素.路基土回弹模量测试及取值应遵循的条件为:估算路基土实际受力水平以确定应力级位;根据Miner线性累加损坏准则,对全年各季节不同含水量状况下的路基土回弹模量取加权平均值;压实度可根据实际施工水平取值,或取95%.     

交通荷载作用下公路路面结构振动分析

为了研究路面结构的振动特性,基于2.5D有限单元方法建立了高速公路路面结构和下卧层地基在交通荷载作用下的三维耦合振动模型。通过计算分析了路面振动加速度的变化规律和路面结构的面层、基层和底基层中的应力分布,考虑了车辆运行速度、荷载振动频率、路面分层结构形式、路面材料和下卧层地基模量等因素的影响。结果表明：车辆运行速度和荷载振动频率对路面结构的振动响应有着显著影响;同时随着路面材料刚度的提高,路面结构振动会降低,在实际工程中可通过选用合适刚度的路面材料以获得路面性能的较大改善。     

行车荷载作用下沥青路面路基永久变形计算

在常规路基永久变形分层应变总和预估法的基础上,考虑公路渠化交通,提出了综合考虑轮载横向分布频率的分条分层应变总和的计算方法,计算结果表明,考虑轮载横向分布频率的路基永久变形预估方法更符合实际情况。     

Effect of geogrid-reinforcement in granular bases under repeated loading

The thickness of the base plays a crucial role in the stability of pavements and the lack of availability of good quality aggregates is a major concern in India and other countries. Loading on top of the base plays a crucial role in the design of pavements. Usually, the design of the pavement is done for standard axle load, however, in the field, in some of the cases, the vehicles are overloaded which results in a higher wheel load on the pavements. The current paper examines the performance of geogrid reinforced unpaved sections at higher stresses with the primary objective of reducing the thickness of base layer required in the field. Experimental studies were carried out using repeated plate load tests to obtain the optimum depth of placing the geogrid in granular base layer to achieve maximum reduction in rutting of pavement. Resilient deformation behavior of both reinforced and unreinforced sections are obtained and these values are utilized to predict the resilient modulus of the base sections. The paper also discusses the reduction in permanent deformation by the introduction of geogrid. Rut depth reduction studies were carried out in order to compare the performance of reinforced and unreinforced sections. The role played by the reinforcement in reducing the strains on top of the subgrade is studied in detail. A comparison is also carried out to understand the pressure distribution along the base layer and role played by the geogrids in reducing the pressure on the subgrade. Further, values of stress distribution angles were obtained for reinforced and unreinforced sections. It is evident from the studies that geogrids contributed to improved performance as well as reduction in thickness of the aggregate layer.