基于COMSOL流-固耦合分析的沥青路面结构动水压力研究

为了解不同饱和度沥青路面结构在荷载作用下的动水压力差异性,借助COMSOL有限元软件,建立动荷载作用下的路面有限元模型,研究不同沥青路面结构的孔隙水压力及竖向压应力变化规律,并通过正交试验探究不同参数对单层排水沥青路面孔隙水压力的影响。研究结果表明:密级配沥青路面孔隙水压力远大于排水沥青路面;随着排水层数的增加,孔隙水压力减小,对应的竖向压应力增加;云图显示,渗透系数的不同,使密级配沥青路面的孔隙水压力在竖向的影响显著,而单层排水沥青路面的孔隙水压力在水平方向影响较大。由正交试验结果可知,单层排水沥青路面孔隙水压力的各参数敏感性由大到小依次为渗透系数、轮载峰值、车速。     

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。     

交通荷载作用下桩承式加筋路堤性能分析

为了研究交通荷载作用下桩承式加筋路堤的性能,采用FLAC3D软件建立桩承式加筋路堤的三维动力流固耦合分析模型,对比分析桩间距、路堤高度、格栅模量、桩体模量等对路面沉降及路基中孔隙水压力的影响。结果表明:随着格栅模量、桩体模量的增加或桩间距、路堤高度的逐渐减小,桩承式加筋路堤路面的工后沉降逐渐增大;随着桩间距、路堤高度、格栅模量的增加或桩体模量的逐渐减小,路基中累积的超孔隙水压力最大值逐渐减小。     

动荷载下饱水沥青路面黏弹性分析

为深入剖析沥青路面动水损坏机理,基于多孔介质理论,建立饱水沥青路面有限元模型,比较分析面层为弹性和黏弹性,以及面层饱水和表面层饱水的动力响应,并分析孔隙水压力峰值的发展规律和周期荷载对孔隙水压力的影响。结果表明,黏弹性面层的竖向变形和负孔隙水压力较大,正孔隙水压力较小,面层底部未出现水平拉应力;孔隙水压力峰值的大小及出现的位置发生改变,正、负孔隙水压力峰值出现的最终位置分别在底基层内和下面层内;与路面完全饱水相比,面层饱水和表面层饱水的竖向变形较大,面层饱水的面层层底的负孔隙水压力较大,而表面层饱水的表面层底负孔隙水压力较小;周期荷载的作用使孔隙水压力出现明显的周期性正、负交替,面层间的负孔隙水压力峰值变化率较基面层间的大。据此分析得出,面层特性对饱水沥青路面的动力响应有较大影响,面层饱水对基面层的损害严重,沥青路面的水损坏主要发生在面层的中下部。     

沥青面层层间剪应力的影响因素分析

通过运用BISAR程序对影响路面面层的层间剪应力的因素进行分析,重点对比分析了荷载和面层厚度因素在不同层间接触条件下对层间剪应力的影响,分析结果表明：层间剪应力随着荷载的增大而逐渐增大,随着面层厚度的增加而逐渐减小。     

南水北调西线一期工程砂岩温度、围压和水压耦合试验研究

通过不同温度(25℃～70℃)和围压(0～60 MPa)及孔隙水压力(0～10 MPa)和围压(25～60 MPa)条件下的耦合三轴试验,研究了南水北调西线一期工程砂岩的强度特性和变形特性。试验结果显示,相同温度下,三轴压缩时砂岩的强度随围压增加而增长,而变形模量随围压的增长变化不大;温度对其强度的影响比较复杂,在低围压(0～40 MPa)下,岩石的强度随温度增长,围压超过40 MPa后,强度随温度的增长有降低的趋势。平均变形模量对温度的依赖性较大,总体上随着温度增加其值得到提高。相同孔隙水压力作用下,砂岩的强度受围压控制,表现为围压越大,岩石的强度越高;相同围压条件下,孔隙水压力越高,岩石强度越低。在孔隙水压力作用下,围压越高,平均变形模量越高;在围压作用下,孔隙水压力越高,变形模量越低。     

移动荷载作用下桩承式加筋路堤的动力特性

为了研究桩承式加筋路堤在移动荷载作用下的特性,采用FLAC 3D软件建立了移动荷载作用下道路的三维动力流固耦合分析模型,对桩承式加筋路堤和天然路堤在移动荷载作用下的竖向变形、桩土应力比、超孔隙水压力、加速度等进行了对比分析,并研究了不同轴载对路堤竖向变形的影响。分析结果表明：移动荷载作用下,桩承式加筋路堤通过桩体土拱效应和格栅张拉膜效应的联合作用,其路面竖向变形、桩土应力比、超孔隙水压力、加速度均比天然路堤的结果明显减小;随着轴载的增加,桩承式加筋路堤路面竖向变形不断增大。     

辽西花岗岩水–岩耦合力学特性试验研究

为了研究水–岩耦合作用对辽西花岗岩力学性质的影响,采用MTS–815岩石力学试验系统,通过对花岗岩试样施加不同的围压和孔隙水压力,对其变形破坏过程进行试验研究,分析水–岩耦合作用下辽西花岗岩的有效峰值强度、扩容现象、残余强度、峰后强度及其参数的演化规律。研究结果表明,有效峰值强度折减系数随孔隙水压力增大近似呈线性增长,但变化斜率随着围压增大而逐渐减小。在围压较小时孔隙水压对有效强度折减系数有明显的影响,在围压较大而孔隙水压较小时,施加应力压缩孔隙喉道抑制了孔隙水压对试样的作用。扩容起点是致密岩体水岩耦合作用增强的特征点,围压使得试样的扩容起点发生滞后,而孔隙水压力使得扩容起点提前发生,扩容现象与水岩耦合作用相互促进。水–岩耦合作用下试样的残余强度为对应状态峰值强度的21%~35%,Hoek-Brown常数随着围压的增大呈非线性增长,其值为3.5~5.0。峰后段试样的似内摩擦角变化不大,似黏聚力随着应变软化参数的增加有逐渐减小的趋势,而相同应变软化参数对应的似黏聚力则随着孔隙水压力的增大而减小,且似黏聚力、孔隙水压和应变软化参数间的关系可用3次样条曲面进行描述。     

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。     

透水性沥青混凝土路面力学响应分析

针对典型透水性沥青路面结构,该文采用ABAQUS有限元方法,分别改变路面结构面层厚度、底基层厚度以及土基模量,分析路面力学响应,并对所研究的透水性沥青路面结构进行工程试验段应用。结果表明:透水性路面竖向位移随路面含水量的增加而减小;随着面层厚度的增加,路表弯沉和土基顶面压应变随之减小;增加透水性沥青路面底基层厚度可以有效改善路面力学状况;路表弯沉和土基顶面压应变受土基模量影响较大。因此,推荐透水性沥青混凝土路面的面层厚度应大于12cm,底基层厚度取20～40cm,在有条件的地方优先采用土基模量高的砂性土。