考虑水稳碎石性能劣化的沥青路面变形

采用线性Drucker-Prager理想弹塑性模型和时间型指数蠕变速率方程,利用有限元分析软件ABAQUS,分析连续性周期荷载作用下,水泥稳定碎石基层性能劣化过程中荷载作用对层状沥青路面结构受力及变形的影响,并对车轮轴载对路面车辙的影响作了深入分析.结果表明：在沥青面层中非弹性应变最大值变化规律与基层模量下降没有表现出明显的关系;沥青面层变形占总变形的比例最大,中面层对车辙的影响最显著;基层性能劣化使路面抗变形能力显著下降,路面永久变形随着基层模量的下降呈强非线性增长;在基层性能劣化过程中,随着沥青面层永久变形值的增加,沥青层面在路面结构中所占比例逐渐下降;在路面投入使用初期,非弹性变形发展较快,限制重载车辆可以有效减少车辙,为路面车辙控制提供了一定的依据.     

环道路面永久变形预估模型研究

针对环道沥青路面永久变形的预估方法进行研究,将沥青路面永久变形的因素归纳为:路面温度、路面厚度、荷载作用次数、抗剪强度以及路面结构内的剪应力.采用路面位移仪测定环道路面结构在不同荷载作用次数下的永久变形;利用预埋式温度计测定路面结构不同层位的温度;通过单轴贯入试验测定沥青混合料的抗剪强度;同时在模量测定的基础上分析了3种环道路面结构的剪应力.最后利用试验数据及力学分析结果,通过回归方法得到环道沥青路面永久变形预估模型.     

柔性路面动静模量力学响应及疲劳寿命研究

为了研究柔性基层沥青路面结构应力响应及疲劳寿命,依据弹性层状体系理论,利用BISAR3.0计算软件对典型路面结构的力学响应进行计算,通过调整各结构层模量,将计算数据进行汇总,分析动静模量对路面设计指标的影响。结果表明,动静模量变化是影响柔性路面的重要因素,随着车辆轮组和模量的增加,设计指标的轴载作用次数减小,路面疲劳寿命逐渐减少。因此,在道路设计施工时要充分考虑到动静力学变化的影响,为柔性路面在我国实施奠定基础。     

全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

基于遗传算法的沥青路面永久变形预估方法

针对沥青路面永久变形的预估方法进行研究.首先分析永久变形的产生机理,以剪应力作为主要力学指标,提出了路面永久变形的预测模型形式;然后,选用沥青混合料AC13作为试验级配,进行60℃单轴贯入抗剪试验、20℃模量试验及不同温度、不同荷载和不同厚度条件下的车辙试验,利用实测模量采用有限元方法计算车辙试件在不同荷载及不同厚度条件下试件内的剪应力分布;最后依据路面结构的剪应力分析结果、车辙试验以及抗剪试验结果,采用遗传算法确定路面永久变形预估模型的参数,得到基于试验数据及力学分析的沥青路面永久变形预估模型.     

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.     

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．     

典型沥青路面应变响应的现场实测研究

为了揭示沥青路面在车辆荷载作用下的力学响应变化规律,为耐久性路面设计提供参考,采用光纤光栅传感技术,对柔性基层(S1)、组合式基层(S2)及半刚性基层(S3)3种典型沥青路面结构开展了动静载作用下的应变现场测试试验,分析了路面应变沿水平和深度方向的应变场变化规律.结果表明,中上面层及下基层底为沥青路面最不利层位;此外,...     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.     

旧路模量对沥青稳定碎石基层路面结构力学影响分析

沥青稳定碎石柔性基层路面结构是目前国际沥青路面界的研究热点,其中旧路回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数,取值变化范围很大,对路面结构力学有重要的影响.文章选取沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构,选用标准荷载,建立三维有限元路面结构模型,分析旧路回弹模量参数变化时的力学响应.分析结果为设计柔性基层沥青路面提供了力学理论依据.     

旧路模量对沥青稳定碎石基层路面结构力学影响分析

沥青稳定碎石柔性基层路面结构是目前国际沥青路面界的研究热点,其中旧路回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数,取值变化范围很大,对路面结构力学有重要的影响．丈章选取沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构,选用标准荷载,建立三维有限元路面结构模型,分析旧路回弹模量参数变化时的力学响应．分析结果为设计柔性基层沥青路面提供了力学理论依据．     

高温地区沥青路面结构抗车辙性能分析

车辙是高温地区沥青路面主要的病害之一,为分析温度对沥青路面抗车辙性能的影响,选取半刚性基层、冷再生基层及柔性基层3类典型的沥青路面结构,采用ANSYS有限元软件建立模型,以应力、应变及车辙预估值来表征不同结构沥青路面的抗车辙性能。研究结果表明:沥青路面结构剪应力、剪应变峰值出现在距路表6~7cm处,压应变峰值在距路表6~7cm处,且应力应变峰值出现位置基本上不随温度变化;随着温度的增加,应变的增长较应力更为明显;在高温条件下,与半刚性基层和冷再生基层沥青路面相比,柔性基层沥青路面具有更好的抗车辙性能。     

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成, 针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律. 试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响. 由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高. 此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变. 加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限. 加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.     

动载作用下半刚性沥青路面瞬态响应分析

为了研究车辆行驶作用下半刚性基层沥青路面的力学响应规律,采用大型有限元分析软件ANSYS12.0,基于实测荷载图式建立了非均布竖向移动荷载下层间有限粘结的弹性体系模型,探讨了动载作用下半刚性沥青路面竖向位移、各向应力和应变的瞬态动力响应规律。结果表明:通过实测轮胎接地面积计算得到折减系数为0.82,进而得到更为精确的荷载响应结果;荷载移动过程中,半刚性沥青路面的水平拉应力和拉应变的最大值并非出现在基层层底,路面各层计算点会出现交替受压或受拉现象;进行路面结构分析时,应通过控制行车方向的应力和应变满足水平方向的力学响应要求。     

沥青稳定基层路面结构的研究

高速公路半刚性基层沥青路面出现反射裂缝是非常普遍的现象,但沥青稳定柔性基层的试验路经两年观察无反射裂缝.对于沥青稳定基层结构的设置,根据国外研究资料并通过理论分析表明,适当增加基层厚度有利于减小层底拉应变,从而提高路面结构的耐疲劳性能.同时采取措施提高土基模量也能显著增强路面结构的承载能力.     

沥青混合料动态模量季节性变化规律研究

路面结构中沥青混合料的实际工作温度是一个很宽的范围,为了更客观地进行路面结构的分析和设计,需要确定混合料力学性质随时间的变化情况.通过试验确定了某一柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转化因子,并利用实测的2002-2003年每1 h的气候数据分析了试验段温度场的分布及变化情况,进而确定了路面结构内不同深度处沥青混合料动态模量随时间的变化情况,可供路面结构分析和设计参考.分析结果表明,沥青混合料的动态模量呈现出明显的季节性变化,最大、最小日平均动态模量可相差14倍以上,随着深度的增加,动态模量的季节性变化幅度逐渐减少.     

重载交通下的不同沥青路面结构适应性分析

伴随着国家经济的高速发展,道路交通量的不断增加,沥青路面在重载、超限作用下发生早期破坏的现象日益严重。以弹性层状体系理论为依据,采用弹塑性有限元分析方法,利用ABAQUS对沥青路面结构进行三维有限元模拟,结合马鞍山交通情况分析不同沥青路面结构在不同轴重作用下面层及基层的应力应变情况。通过计算和分析,在重载作用下面层表面剪应力、弯沉及基层拉应力受到路面结构变化的影响较大,并得出柔性基层与半刚性基层沥青路面结构在重载条件下适应性,提出适应于重载交通下的沥青路面结构,推荐合理的沥青路面结构层设计参数和结构组合,根据研究结果为重载交通下的沥青路面设计提供参考。     

粘土永久变形预估模型试验与仿真研究

路基永久变形影响沥青路面的车辙,经详细分析推荐出路基土永久变形试验方案,对粘土进行了重复加载动三轴试验,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式.采用扩展的Drunker-prager土体本构模型,对于粘土重复加载动三轴试验进行了有限元仿真.试验曲线或有限元仿真曲线与预估模型均比较吻合,相关系数R2均在0.99以上;模型参数的回归公式的相关系数R2最小值为0.53,大于临界值0.50.分析结果表明:建立的粘土永久变形预估模型可靠性较高,可以用有限元仿真来代替部分室内重复加载动三轴试验.     

长寿命路面沥青层内应变曲线驼峰现象分析

基于陕蒙高速长寿命路面结构组合形式,借助弹性层状体系理论分析沥青层内水平拉应变的变化规律,提出消除或缓和沥青层内水平拉应变曲线驼峰现象的措施.结果表明:当沥青联结层与沥青基层的模量比≥1.5时,沥青层内应变曲线驼峰出现,并且随模量比的增大,驼峰现象加剧.高模量层的存在是沥青层内驼峰现象出现的根本原因.只有当沥青联结层与沥青基层的模量比较接近时,沥青层内应变曲线的驼峰现象才有明显改善.分析结果为长寿命路面结构设计提供了理论基础.     

重载对沥青路面车辙及疲劳寿命的影响

为分析重载条件下沥青路面易产生车辙及疲劳病害的成因,基于弹性层状体系理论,利用ABAQUS有限元软件,分别通过车辙量和剪应力、基层疲劳模型表征路面车辙和疲劳寿命,研究了超重交通荷载对沥青路面车辙及疲劳寿命的影响。结果表明,当基层模量为0.4GPa,轴载从100kN增加到200kN时,压密变形量增加了29.82%,路面内最大剪应力增加了24.7%,基层疲劳寿命缩减了95.30%;而当基层模量为2.0GPa时,上述指标分别为27.67%,39.2%,99.26%。由此可知,重载对沥青路面结构破坏影响显著,且随着基层模量的增加,车辙和疲劳病害更加严重。研究结果有助于解释重交通路段沥青路面车辙及疲劳病害的成因。