平原水网区等级公路若干问题的研究

研究了平原水网区高地下水位时等级公路的路基和路面结构受力问题.采用有限元计算了重载交通条件下路基的工作区深度,试验研究了不同压实度和含水量状态下路基的支撑能力,计算分析了高地下水位时路面结构的力学响应.研究认为,在重载交通条件下,路基的工作区深度达2m以上,现有的等级路路基高度严重不足,地基下较大深度范围处于路基工作区内;由于土的弹塑性质的变化,高含水量时黄河冲（淤）积粉土的回弹模量并不能真实地反映路基的承载能力;标准轴载下,地下水位为1.5m时,路表弯沉即达到34.07mm,超过了设计弯沉;高地下水位对基层和底基层,尤其是对底基层疲劳寿命的影响很大.通过分析,提出了相应的工程对策.      

探讨路面底基层弯沉值偏大的原因

路面底基层设计弯沉值的大小主要取决于土基的回弹模量,而影响土基回弹模量的因素很多,特别是含水量对回弹模量的影响最大。因此,在压实工作中要经常注意观察与检测土的含水量,并视需要采取相应措施,尽可能消除和减轻水对路基造成的危害。     

含裂缝沥青路面结构轮载响应分析

采用Abaqus6.10有限元软件建立三维含裂缝路面结构模型,以Coulomb摩擦接触模拟路面裂缝力学行为,对含裂缝路面结构进行标准轮载力学响应分析。计算在标准轮载作用下路面结构顶面弯沉、基层及面层层底拉应力的大小及分布规律。研究表明,在轮载作用下,含裂缝路面结构在平行于裂缝方向的拉、压应力沿深度方向均增大;在轮载靠近裂缝边缘时水泥稳定基层层底出现峰值拉应力,路面结构以平行于裂缝的拉应力破坏为先导;裂缝的存在对弯沉影响很大,降低了路面结构的传荷能力和整体性,路面结构设计应考虑裂缝的影响。     

基于多层弯沉盆法的沥青路面结构层模量反演

路面结构层模量是确定路面结构损伤状态的重要指标,决定着道路养护决策的科学性,而路面结构层模量反演是确定此指标的有效方法,也是路面结构性能评价中最关键的技术之一。文章利用沥青路面各结构层实测的弯沉盆数据,基于多层弯沉盆法对路面各结构层的弹性模量进行了反演分析。结果表明:多层弯沉盆法与传统方法的模量反演结果相比,沥青层和路基模量反演结果较为接近,而半刚性基层(上基层、下基层、底基层)结果差别较大;从底基层顶面到沥青层顶面,路基反演回弹模量修正系数逐渐减小,而路基弹性模量随检测层位的增高即压应力的减小而增大。     

重载作用下海排灰基层沥青路面结构力学响应分析

目的 分析重载作用下海排灰基层沥青路面结构受力特点,验证其合理性,为海排灰的进一步应用推广提供依据.方法 应用有限元软件ABAQUS,分析不同轴载作用下的海排灰基层沥青路面结构的弯沉、应力状况.结果 弯沉随轴载增加呈线性增加趋势;底基层层底拉应力最大,当超载100％时达到0.213 MPa,接近容许拉应力;各层最大剪应力随深度变化规律为先增大,后减小,下面层和基层上层为受剪力最不利区.结论 通过对ABAQUS计算结果进行分析,认为海排灰基层沥青路面能够适应营口地区重载交通情况,但对轴载为200 kN(超载100％)的汽车要严格控制.     

重载作用下沥青路面结构动力特性分析

采用三维有限元法,分析了重载作用下沥青路面结构应力和弯沉变化规律,研究了沥青路面结构的早期破坏机理,得出在重载作用下,路面结构的表面易产生较大的拉应力,超载将使弯沉和应力急剧增大．结果表明,重载和超载是导致路面结构早期破坏的主要原因．     

基层铺筑时施工车辆对石灰土底基层的力学影响分析

石灰土底基层的结构承载能力与养护时间密切相关.为探求基层施工期间,石灰土底基层在汽车轮作用下内部的力学行为、路面的损坏机理和类型,本文首先通过室内试验研究,获得了石灰土不同龄期的各种路用性能.然后利用Bisar3.0程序计算出龄期、施工车辆轴载、水平荷载等各种因素作用下,弯沉、层间剪应力和层底拉应力等力学指标变化规律,这对改善半刚性基层沥青路面早期破坏现象具有一定的借鉴作用.     

沥青路面路基工作区深度影响因素的研究

针对当前未考虑道路结构层参数、车辆动荷载、行车速度对沥青路面路基工作区深度的影响现状,文中借助有限元软件,分析了38种道路结构层参数、5种车辆动荷载和2种行车速度对沥青路面路基工作区深度的影响。结果表明:铺面结构层模量对路基工作区深度的影响较小,而铺面结构层厚度对路基工作区深度的影响较大,特别是基层厚度对路基工作区深度的影响尤为显著;土基模量对路基工作区深度影响显著,但随着土基模量的增加,路基工作区深度增加;车辆动荷载对路基工作区深度的影响呈线性正相关,且车辆动载每增加50kN,路基工作区深度增加约1m;行车速度对路基工作区深度的影响呈正相关,且行车速度每增加10m/s,路基工作区深度增加约0.4～1.4m。     

板底脱空对水泥混凝土路面板动力响应分析

为了分析板底脱空对水泥混凝土路面板的动力响应,基于流固耦合原理建立了考虑板与板相互作用的9块水泥混凝土路面板脱空有限元模型,分析在行车荷载作用下,车辆参数(均布质量、作用面积和运动速度)、路面板参数(路面板厚度、纵横缝分布钢筋等)以及板下地基脱空(不同脱空面积、不同位置以及脱空处不同含水量)对路面结构作用力的影响;探讨了接缝处布设钢筋的9块板水泥混凝土路面结构的动态弯沉、最大弯拉应力和水压力的变化规律.结果表明:无论脱空与否板角隅处脱空区域水泥混凝土路面板顶的表面弯沉、弯拉应力明显大于纵缝脱空区域;弯沉和弯拉应力随着脱空面积的增大而增大;脱空区域不同含水量对板弯沉和弯拉应力影响不大.随着脱空面积的增大,基层脱空区域底面受水压力呈线性增长的趋势,其中板角隅处脱空区域水压力明显大于纵缝脱空区域.     

Thiopave改性沥青路面力学响应研究

基于Thiopave改性沥青路面良好的高低温稳定性,采用有限元软件对典型半刚性基层沥青面层进行计算,得到不同沥青面层层底力学响应,并对计算结果进行对比研究,得到的主要结论如下：Thiopave沥青路面层底弯拉应力显著大于SBS沥青及基质沥青路面,路表轮隙中心处弯沉值小于SBS沥青及基质沥青路面;随着SEAM掺量的增加,Thiopave沥青路面层底弯拉应力逐渐增大,路表轮隙中心处弯沉值逐渐减小;随着沥青面层厚度的增加,沥青面层底部主拉应力减小,路表轮隙中心处弯沉值也呈现减小趋势．     

半刚性基层模量衰减对沥青路面结构力学行为的影响

针对目前重载车辆、高性能材料和大厚度结构层的广泛应用,结合半刚性基层在使用过程易出现裂缝导致适应性受到质疑的现象,通过分析不同荷载和半刚性基层材料模量变化时的路面力学行为,研究路表弯沉、层底拉应力、拉应变和剪应力、剪应变的变化,提出了后续运营中当半刚性基层受损后,路面结构仍然保持稳定的基层模量范围,更接近路面实际情况,为设计时考虑基层受损状态而确定材料模量提供理论依据,增强了半刚性基层的适应性.分析结果表明:不同荷载作用下,若半刚性基层受损出现模量衰减,模量在1200~2000MPa之间,面层力学行为和底基层力学行为处于稳定状态;模量在1 200~1 600 MPa之间,半刚性基层即使受损也不会影响其正常使用,此时路面结构整体仍处于稳定状态.     

泡沫沥青冷再生混合料在道路大修工程中的应用研究

为了确定泡沫沥青冷再生混合料的适应交通等级及合理的层位结构,对泡沫沥青冷再生混合料的路用性能进行试验研究,认为泡沫沥青冷再生混合料可应用于各级道路的基层.根据我国现行规范及国内典型案例,拟定出高、低等级下沥青道路合理路面结构厚度组合,并利用ANSYS软件进行建模模拟,计算出不同厚度组合下的路表弯沉及基层层底拉应力.并通过数值分析得出各层厚度及旧路面模量对于泡沫沥青冷再生路面性能的影响,得出旧路面强度对大修沥青路面使用性能有重要影响的结论.通过反算累计标准轴载作用次数,并对比我国交通等级的规定,提出泡沫沥青冷再生混合料应用于道路大修工程中合理的路面结构组合.     

粉性土路堤变形的有限元分析

粉性土路堤在不同行车荷载、不同压实度、不同填筑高度下的变形和应力有限元计算结果表明：超限车辆引起粉性土路堤的过大变形是导致半刚性沥青路面结构疲劳开裂的重要因素．路堤填筑高度大于8m后，路堤内的应力应变急剧加大，大大超过路基顶面的容许弯沉．提高粉土路基的压实度，特别是提高90％，93％区的压实度能有效地降低路基的变形，改善路面结构的疲劳拉应力状况．     

基于实测弯沉等效的重载交通沥青路面轴载换算

重载是引起当前我国沥青路面破坏的主要因素之一,其轴载换算一直是路面设计计算的关键问题.通过实测得到几条高速公路在不同轴载条件下的路表弯沉值,分析了弯沉值与轴载的相关关系,系统研究了基于弯沉等效的轴载换算指数的变化规律,最后推导出了适用于重载交通的沥青路面轴载换算公式.计算结果表明,轴载换算指数n明显大于规范推荐值,新公...     

行车和温度荷载作用下沥青路面的松弛响应分析

目的研究沥青混凝土路面在行车和温度荷载作用下的松弛特性,更好地做到防裂控制工作．方法确定黏弹性材料参数及能够反应温度、沥青混合料黏弹性本构关系,建立典型的路面结构三维有限元模型,模拟面层材料在不同初始变形的应力状态,分析路表弯沉、沥青面层层底和土基顶面的响应．结果沥青路面在荷栽和温度作用下,面层黏弹性材料会使路面应力减小．面层层底和基层层底应力会发生松弛,最后趋于稳定值;在行车载荷作用下弯沉会随着时间的推移发生回弹,最后逐渐趋于稳定．结论松弛是材料本身属性与其他因素无关;应力松弛模量越小,松弛性能越好,低温抗裂性越好．     

沥青路面结构参数变化对路表弯沉值影响分析

采用基于弹性层状体系理论的BISAR 3.0软件,在层间接触关系为完全连续条件下,详细分析了沥青路面结构的路基回弹模量、基层回弹模量、面层回弹模量、基层厚度及面层厚度对路表弯沉值的影响规律.通过分析,发现路基回弹模量是路表弯沉值的主要影响因素,路基回弹模量与基层厚度组合变化对路表弯沉值的影响比路基回弹模量与底基层厚度、面层厚度组合变化影响大,提出了影响沥青路面结构层设计的最不利组合形式,为沥青路面结构组合设计提供参考依据.     

层间接触状态对路表动态黏弹弯沉的影响

为研究结构层接触状态对路表弯沉影响,采用ABAQUS软件对半刚性、柔性基层沥青路面结构进行动态黏弹性分析,分析过程中将沥青混合料作为黏弹性材料,荷载选用落锤式弯沉仪(FWD)典型荷载,计算沥青路面结构在不同结构层处于滑动状态下路表弯沉时程曲线,并与连续状态进行对比分析.结果表明:对于多层路面结构体系,结构层接触状态对路表弯沉具有明显影响,其中面-基层滑动状态对路表弯沉影响程度最大,荷载中心处的弯沉峰值相对于连续状态均增加了50%以上,而且接触状态对路表弯沉的影响还与层位的位置相关.研究结果表明,在对路面进行力学分析时,应充分考虑层间接触状态,尤其对于利用弯沉值进行路面质量评价以及模量反演更为重要.     

FWD动载下的横观各向同性路基动力响应分析

利用有限元分析原理,建立基于横观各向同性路基的三维仿真模型,分析在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)脉冲动载作用下路基表面的弯沉,及不同深度处力学指标的变化,讨论土基材料横观各向同性对力学指标的动力响应影响.结果表明,路基弯沉峰值随距荷载中心点距离的增大而滞后,荷载中心点与距荷载中心200 mm处传感器点的滞后幅度最大(为60%);弯沉值随水平模量的增大而减小,最大减小幅度为21%;路基所受应力随深度的增加而减小,最大减小幅度为67%;水平模量的增大也会减小应力值,最大减小幅度为28%.落锤式弯沉仪能较好模拟车辆移动荷载状况,反映实际路面受力情况,基于横观各向同性的土质路基,能有效地预测路基的使用性能.     

基于横观各向同性倒装式沥青路面结构分析

基于所建的横观各向同性层状弹性体系解,分析了碎石材料横观各向同性特性对倒装式沥青路面结构的影响,分析结果表明,随着碎石材料水平模量的减小,路表弯沉和沥青层底拉应变是增加的,而半刚性基层底部拉应力和路基顶部压应变却是减小的。沥青面层的厚薄较为严重地影响路表面弯沉、沥青层底拉应变和路基表面压应变,碎石材料的横观各向同性特性对于稍厚一点的沥青面层的路面结构影响不是很大。     

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。