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。     

沥青路面水损害分析

针对沥青路面水损害问题,运用轴对称有限元方法分析了标准轴栽作用下沥青路面层内孔隙水压力的变化规律及其对沥青路面结构应力状态的不利影响。研究结果表明,孔隙水压力致使沥青与集料剥离,并引起沥青路面内部开裂,从而造成沥青路面过早破坏。     

车辆移动荷载下黏弹性沥青路面的弹性等效方法

沥青路面设计规范中采用的力学模型是静载作用下弹性多层体系,而实际车辆作用为移动荷载,沥青层也表现为黏弹性。如何在路面设计中选取合适的弹性模量,从而近似表征移动荷载作用下黏弹性多层体系的力学行为是核心问题。首先,推导移动荷载作用下弹性/黏弹性多层体系力学响应解析解,获得各层力学响应与模量之间的理论关系。其次,基于理论关系,提出弹性模量的等效原则及流程,并以黏弹性三层体系为例,对比等效前后的力学响应分布和模量,验证弹性等效方法的有效性;最后,基于神经网络算法,以各沥青层黏弹参数、温度及车速为输入、等效弹性模量为输出,建立等效弹性模量预估模型。结果表明：等效弹性模量可在数值上反映黏弹性层的性质;各类力学响应分布在等效前后基本一致,证明此方法可有效地将移动荷载作用下黏弹性多层体系等效到静载作用下弹性多层体系;等效弹性模量预估模型可为沥青路面设计提供准确力学参数。     

具有黏弹性衬砌的深埋圆形隧洞饱和土动力响应

 由于混凝土衬砌具有黏弹性性质,以往的弹性曲梁、弹性壳体等理论都难以描述其蠕变的全过程。将土体和混凝土衬砌分别视为饱和多孔黏弹性介质和具有分数阶导数本构的黏弹性体,在频率域内研究饱和黏弹性土和分数导数型黏弹性衬砌系统耦合振动特性。根据Biot理论和黏弹性理论,通过位移势函数,分别得到简谐荷载作用下饱和土和衬砌的位移、应力和孔压解析通解,并通过衬砌内边界以及饱和土和衬砌接触面处的应力和位移协调条件,给出待定系数的具体表达式。考察饱和土和衬砌各物性和几何参数对系统动力特性的影响,研究表明：饱和黏弹性土和分数导数型黏弹性衬砌系统的动力特性与饱和黏弹性土和经典黏弹性衬砌系统的动力特性存在较大差异。另外,随着土骨架阻尼比的增加,响应幅值逐渐减小。     

层状地基对移动荷载响应的理论推导

多孔饱和流体介质对表面移动荷载的响应在工程和物理的许多领域都是十分重要的。本文提供了一种基于Biot多孔介质理论的扩展方法,这是一种用来解决饱和、非饱和或者两者混合的地基对动力荷载的响应的半解析方法。并且能处理各种复合荷载,如不规则荷载,随时间变化的表面荷载。     

弹性饱和多孔介质在非轴对称荷载下的稳态动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换 ,求出了弹性饱和多孔介质Biot方程在非轴对称情况下的级数解。首先把饱和多孔介质固体骨架位移和孔隙流体压力用级数展开 ,建立了级数系数函数满足的微分方程组 ;然后把未知函数按一定方式进行组合 ,使方程组进一步简化 ;再应用Hankel变换把关于两个变量的微分方程组转化为只有一个变量的微分方程组 ;最后解微分方程组 ,得到了有关函数的Hankel变换。接着 ,以Biot方程在非轴对称情况下的Hankel变换解为基础 ,给出了饱和多孔介质总应力分量和孔隙流体相对于介质骨架位移的Hankel变换表达式。作为特例 ,在文章的结尾部分还应用Biot方程的解得到了半空间弹性饱和多孔介质分别在表面非轴对称竖向简谐荷载和水平简谐荷载作用时的稳态动力响应。所有这些结果都对研究饱和多孔介质的动力响应特性和有关工程领域有一定意义。     

黏弹性软土中隧道超静孔隙水压力解析研究

假定土体为饱和多孔黏弹性介质,采用Burgers四元件流变模型来描述,结合建立在Terzaghi-Rendulic固结理论基础上的固结-流变耦合模型,采用复变函数解法,利用复变量将原平面上的研究域保角映射到像平面上的圆环域内,在像平面上求解以超静孔隙水压力为变量的控制方程,进而得到原平面域上软土盾构隧道的超静孔隙水压力的解析表达式。并在此基础上,研究了衬砌排水边界条件下盾构隧道的孔隙水压力问题以及土体特性对孔隙水压力的影响。     

地震荷载作用下海底管线的动力反应分析

 地震荷载作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而在目前的海床动力响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应,同时也没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理。为此,基于Biot动力固结理论建立海床–管线相互作用的计算模型,以大型有限元软件ADINA为平台对El Centro地震波作用下的海底管线的动力响应以及管线周围土体的孔隙水压力变化规律进行分析,讨论不同的管线半径、管线壁厚和土性参数对计算结果的影响。在数值计算过程中引入黏弹性人工边界,有效地模拟散射波由有限域到无限域的传播,较为实际地反映在地震波作用下海底管线的动力响应问题。     

饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动

为深入了解饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向振动特性,基于Boer多孔介质理论,考虑激振频率对摩擦桩桩底土体动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解并验证了其合理性。进一步通过参数化对比分析探讨了桩基埋深比和土体渗透系数对所得竖向动力阻抗和桩顶速度时域响应的影响规律。解析推导得出的对应竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,丰富了桩基动力学的理论,可为相关工程实践提供参考和理论支持。     

柔性基层沥青路面结构黏弹性力学响应分析

沥青混合料是典型的黏弹性材料,只有对沥青路面结构进行黏弹性分析,才能得到其实际的力学响应。对一柔性基层沥青路面的各层沥青混合料进行了不同温度、不同频率下的复数模量试验,并利用黏弹性理论关系式,将沥青混合料复数模量试验结果转化为其蠕变柔量的Prony系列表达式,并进而求解在静载和加载、卸载两种荷载模式下路面结构路表弯沉、基层底面拉应变和土基顶面压应变的黏弹性力学响应。研究结果表明,由于沥青混合料的蠕变和松弛特性,各种响应尤其是基层底面的拉应变随时间呈现出较为复杂的变化趋势。随加载或卸载时间的延长,各响应逐渐趋于稳定。本研究也表明进行黏弹性分析可以更科学地描述沥青路面结构的行为特性及破坏原理。     

重载交通对沥青路面早期破坏的力学分析

针对济青高速公路新罩路面的早期破坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查,基于重轴轴载的作用图式,分析了重载交通作用下该沥青路面各结构层的力学响应,指出了重载是造成济青高速公路出现早期破坏的主要原因。     

车速对沥青路面结构动力响应的影响

运用三维动力有限元的方法,分析了车速对沥青路面结构的动力响应的影响规律。分析结果表明：车速对路面结构的最大竖向位移、最大垂直压应力、最大水平剪应力产生的动力响应明显,对基层底部的最大水平拉应力和最大横向拉应力产生的动力响应非常有限。     

隧道火灾下不同沥青路面结构的燃烧情况分析

对隧道火灾下不同沥青路面结构的燃烧情况进行了分析,通过计算估计了隧道内发生火灾时人员的撤出时间,分析了在有燃烧油料的情况下,两种路面结构的排除能力,并对不同路面的燃烧情况从温度变化、燃烧面积及燃烧沥青量三个方面进行了分析。     

考虑层间状态的沥青路面温度与荷载耦合行为分析

沥青路面是典型的层状体系,层间黏结状态的好差直接影响到路面的使用性能.采用三维非线性有限元软件ABAQUS,同时考虑沥青混合料的劲度模量随温度变化的特性,数值模拟计算了沥青路面在不同温度场状况下分别与水平及竖向荷载耦合作用的关键力学响应,分析各响应指标随层间接触状态变化的特性.研究结果表明由于接触模型作用机理的不同,其关键力学指标响应要比连续模型下的大;除路表竖向变形大小几乎与层间接触状态无关外,其他指标在低温状况下,层间接触条件变化对其影响较小,而在高温状况下,特别当层间接触摩擦系数μ＜0.6时影响很大,尤其对基层、底基层的最大拉应力及面层的最大剪应力影响显著.研究成果为科学解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了有力依据,为改善层问黏结条件有利于提高路面整体性能提供了理论支撑.     

车辆荷载下上覆无限大薄板加筋路堤的三维动力响应

利用半解析的方法研究了车辆荷载作用下加筋路堤上覆薄板的动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立了加筋路堤-道路系统模型。采用上覆Kirchhoff小变形无限大薄板模拟路面板,车辆荷载用4个均布矩形荷载来模拟。在忽略土颗粒自重的情况下,半空间土体引入Biot方程,通过Fourier变换以及边界条件求得变换域里的加筋路堤层位移表达式,采用快速Fourier变换求出时域里的位移。通过数值计算,给出了移动荷载速度、加筋路堤层厚度、板刚度以及加筋率对道路系统位移响应的影响。     

厂拌热再生沥青路面技术的推广应用探讨

通过对沥青路面再生原理及其应用现状的分析和观察,介绍了常见的四种沥青路面再生技术及其应用,指出厂拌热再生技术沥青混凝土路面不仅可以满足环境保护的要求,节约成本,还可以达到普通全新沥青混凝土路面的技术和质量标准.     

模量不均匀路基上的沥青路面动力响应研究

为研究路基模量的不均匀对沥青路面动力响应的影响规律,首先采用便携式落锤弯沉仪(简称PFWD)对亚-雪公路路基模量分布进行现场测试,分析并总结路基模量的空间不均匀分布特征;进而考虑汽车车体的运动、轮胎的黏弹效应、沥青路面的黏弹性能以及路基模量的不均匀特性,基于D′Alembert原理和黏弹性薄板振动理论,建立了重载汽车-路面-不均匀模量路基耦合动力学模型,并分析了路基不均匀特性、行车速度和后轴轴重对沥青路面动力响应的影响。计算结果表明,路基模量的不均匀性对路面动应变的影响显著。当汽车行驶通过路基不均匀模量区时,后轴产生的基层底应变幅值约为前轴的2倍;当后轴轴载由100kN增加至180kN,基层底应变幅值由62με增加到109με;随着行车速度从5km/h增加至80km/h,基层底部的拉应变幅值增加1.3倍,并逐渐趋于稳定;特别当路基不均匀模量幅值从40MPa降低到0、不均匀模量弦长由1m增加至4m,基层层底拉应变幅的增幅分别可达26%和23%。     

高温与重载对沥青路面的影响

分析了车辙对沥青路面的危害,介绍了高温对路面的影响,重点探讨了重载对沥青路面半刚性基层,路表弯沉,疲劳寿命,车辙四方面的影响,以引起相关设计人员的重视,从而及时采取措施以延长路面寿命。     

基于动力问题的高等级公路沥青路面车辙预估方法

基于运动车辆与不平整路面的相互耦合作用,建立车辆动力作用下沥青路面车辙计算与预估方法。提出一种更加符合实际的汽车动载模型;采用室内蠕变试验确定不同级配、不同温度和不同油石比下的沥青面层混合料Burgers黏弹性模型参数;提出以车辙等效的轴载换算及轴载累加作用时间tt计算方法;通过路面温度场观测,综合相应温度场路面材料动稳定度,建立一种新的路面代表温度的计算方法;针对重复与累加作用时间加载的不同,在理论计算基础上,提出不同沥青路面结构加载修正系数;结合有限元方法分析动力轴载累加时间作用下沥青路面车辙及加载修正系数,获得最终车辙预估值。通过邯郸—长治高速公路试验路车辙预估值与实测值对比,误差仅为8%～9.5%。表明沥青路面车辙预估方法的合理性,并具有较高的精度。     

沥青路面沥青混合料针对性设计

由于沥青混合料设计不合理,造成沥青路面产生严重的车辙,因此沥青混合料原材料选择和配合比设计要充分考虑其对路面高温稳定性能的影响。从矿料的颗粒形状和化学性质、沥青性质、矿料级配、沥青混合料空隙率、矿料间隙率、路面中面层沥青混合料性能等方面对沥青路面车辙产生的原因进行了分析,提出了针对车辙产生原因的沥青混合料设计措施。