动水压力对沥青混凝土路面的破坏研究

通过对水膜微元体受力分析,得到动水压力的理论计算方法。动水压力实测的数据回归分析与理论推导解析解规律相同,动水压力值随行车速度的提高呈几何增长的趋势。揭示潮湿多雨地区高等级道路易发生水损坏的原因;指出动水压力作用致使沥青混凝土路面结构粘结力减弱,从而诱发水损坏。     

轮载作用下饱水沥青路面的动力响应

为了对沥青路面内的动水压力进行研究,基于Biot团结方程,将沥青混和料看作多孔介质,并考虑了它和水体的惯性力及两者之间的耦合作用,对饱水沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析．结果表明,水压的产生和消散在轮载作用过程中同时存在,导致面层内正负水压力及渗透力随时间交替出现,这证实了水损坏过程中的水力反复泵吸作用．动孔隙水压力随车速的增大而增大,而且由于水压力的存在路面弯沉和面层内的有效应力减小了,但水对沥青膜的乳化和置换作用加强了．动水压力的最大值出现在面层底部,所以建议在面层底部设一排水层,将排水状态由单面排水变为双面排水,将有效抑止水损坏的发生．     

轮载作用下饱水沥青路面的动力响应

为了对沥青路面内的动水压力进行研究,基于Biot固结方程,将沥青混和料看作多孔介质,并考虑了它和水体的惯性力及两者之间的耦合作用,对饱水沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析.结果表明,水压的产生和消散在轮载作用过程中同时存在,导致面层内正负水压力及渗透力随时间交替出现,这证实了水损坏过程中的水力反复泵吸作用.动孔隙水压力随车速的增大而增大,而且由于水压力的存在路面弯沉和面层内的有效应力减小了,但水对沥青膜的乳化和置换作用加强了.动水压力的最大值出现在面层底部,所以建议在面层底部设一排水层,将排水状态由单面排水变为双面排水,将有效抑止水损坏的发生.     

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。     

动水压力作用下沥青路面水-孔隙结构应力分析

为了研究动水压力对沥青路面产生水损害的原因,对水-孔隙结构进行了应力分析,建立了沥青路面水-孔隙结构承受车辆荷载的模型,提出了沥青路面空隙率与孔隙水压力的关系,并讨论了沥青路面内部因孔隙水压力而致使孔壁在反复的荷载作用下发生的胀裂与抽吸和冲刷作用.     

不同排水形式下混凝土路面内孔压规律研究

混凝土路面的早期水损坏一直困扰着我国的道路工程师。为了研究不同排水情况下混凝土路面的抗水损坏能力,基于Biot固结理论及裂隙渗流和流固耦合理论,利用COMSOL Mutiphysics建立混凝土路面结构三维流固耦合模型。对比当车辆移动荷载经过时压实路面(不设置排水层)、表层排水、基层排水3种排水条件下混凝土路面孔隙水压变化增长、消散规律。数值分析结果表明:路面在基层排水的条件下的孔隙水压力最小。说明设置基层排水,对于刚施工完成且未出现裂缝的路面,具有最佳的抗水损坏性能。     

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.     

非均布移动荷载下路面结构应力分析

采用移动加载的动栽模型,考虑非均布轮胎荷载模式以真实地模拟行车方式,建立三维有限元路面结构模型,分析了非均布移动荷栽作用下路面结构的应力响应,以及不同行车速度对结构的影响,以探求移动荷载作用下表面裂缝的开裂机理.结果表明:移动荷栽作用下结构内拉应力不至于引起表面裂缝的产生,但在轮迹带内边缘下最大剪应力比较大,对高速道路应注意高速下拉应力的影响;在低速的路面上更易出现表面纵向裂缝,对低速路面抗剪强度的控制尤为重要.     

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。     

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.     

不同裂缝形式下沥青混凝土路面内孔压变化规律研究

为了研究车辆荷载作用下沥青混凝土路面中裂缝孔压的变化规律及其对路面质量的影响,基于Biot固结理论及裂隙渗流和流固耦合理论,利用COMSOL Mutiphysics建立沥青混凝土路面结构三维流固耦合模型。对比当车辆移动荷载经过时无裂缝、横向裂缝、纵向裂缝和交叉裂缝四种路面情况下沥青混凝土路面的孔隙水压力增长、消散规律和路面形变。数值分析结果表明:相对于横向裂缝,纵向裂缝的存在更有利于孔隙水压力的消散;横向裂缝和交叉裂缝存在时孔隙水压最大,从而加剧了路面的水损害;裂缝对路面形变无显著影响。     

运动中的车辆荷载测量对路面平整度的要求

运动中的车辆荷载测量系统ＷＩＭ是安装于路面上用于测量行驶中车辆荷载,并以此估计车辆静荷载的一种系统。通过模拟计算给出了不同路面平整度状况和不同车速条件下,运载与静载之间的可能偏差或车辆振动对荷载测量的影响。     

不平整路面上的车辆等效动载系数

采用双自由度4参数的四分之一车辆振动模型，以路面不平整度为激励，运用随机振动理论分析了不平整路面上的车辆随机动载，得到了车辆动载、车辆动载峰值及其系数的概率分布.基于车辆动载峰值的概率分布以及Palmgren-Miner线性累积疲劳损伤理论，推导了车辆对不平整混凝土路面的等效动载峰值及其系数的表达式，建立了车辆随机动载与确定性动载之间的关系，进而根据车辆随机振动确定车辆动载系数.算例分析表明，在以均值加3倍方差作为车辆可能出现的最大动载的情况下，最大动载系数和等效动载峰值系数随车速及路面不平整度的增大而增大，但在相同条件下，最大动载系数远大于等效动载峰值系数，说明采用最大动载系数进行路面结构设计是偏于保守的.     

重载作用下大碎石柔性基层的抗车辙性能

基于重载,通过室内试验,采用考虑运动车辆与不平整路面相互耦合作用的更加符合实际的汽车动载模型而建立起来的具有较高精度的车辆动力作用下沥青路面车辙计算与预估的方法,对大碎石柔性基层的抗车辙性能进行研究;并通过试验路的跟踪观测对试验成果和三维动载数值计算结果进行了验证.结果表明,重载作用下车辙主要是由横向剪切引起的,采用低标号沥青、压碎值小的优质集料和合理级配的大碎石柔性基层路面的抗车辙能力并不比传统的半刚性基层沥青路面差.     

动态载荷下半刚性路面应力分析

针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性来考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,采用ANSYS有限元分析软件分析了动态荷载下半刚性路面的应力特性。结果表明,路面的疲劳破坏是动载引起的水平应力、横向应力和垂直应力共同作用的结果,水平应力的交变变化是使路面产生疲劳破坏的主要因素。在一定的车速下,随着载荷的增加,半刚性底基层底部的最大水平拉应力增大;在一定的载荷下,随着行车速度的提高,半刚性底基层底部的最大水平拉应力减小,提高行车速度可以减小路面的损伤程度。     

采用离散元法分析路面结构的疲劳特征

为了在考虑疲劳损伤和恢复性能的基础上,获取路面结构在重复荷载作用下的疲劳特征,采用离散元方法建立了路面结构模型,并分析了在正弦重复荷载作用下路面结构沥青层底部的受力特性.由于路面荷载的随机性,分别以荷载大小、荷载间歇时间、荷载作用次序为考察对象,分析其对路面结构沥青层底受力特征的影响.研究结果表明:随着周期荷载作用次数的增大,沥青层底部拉应力快速增大至某一基础值,并在此基础值附近呈周期性波动,拉应变则在以一定幅值波动的同时,呈现整体水平先急剧增大后缓慢增大的规律;延长荷载作用的间歇时间,虽然一定程度上增大了拉应力和拉应变的波动幅值,但却显著降低了沥青层底拉应力和拉应变的整体水平;不同的荷载作用次序在沥青层底引起的应力应变状态不同,从小至大序列的荷载对沥青层造成的损伤明显小于从大至小序列的荷载.     

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。