半刚性基层沥青路面耐久性对设计影响分析

利用JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》中路面各结构层层底拉应力验算公式和BISAR3.0设计分析软件,对半刚性基层沥青路面疲劳寿命及影响因素进行了分析。分析结果表明,延长路面使用寿命的关键是增加半刚性基层和底基层的疲劳寿命,减小在行车荷载作用下的半刚性基层和底基层层底的拉应力。这可通过增加路面各结构层厚度和土基模量等措施获得,而其中增加底基层厚度和土基模量是既经济又有效的措施。     

不同类型基层设计参数计算分析研究

采用正交分析方法,选取基层厚度、基层模量和底基层模量作为主要影响因素对沥青路面不同类型基层设计参数进行计算分析。路面结构设计中关键因素的正交敏感分析表明,各结构因素的敏感性大小排列为基层厚度底基层模量基层模量;路面承载力计算结果表明,路面承载能力大小排列为刚性基层半刚性基层柔性基层。考虑路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力3项指标和路面的经济性,提出了3种基层类型下沥青路面推荐厚度值。     

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。     

基层模量对重载交通沥青路面受力特性的影响分析

基层模量的取值将直接影响到路面结构的受力特性,它是是路面设计的重要力学参数之一。本文系统分析基层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力的影响,并阐述了其影响规律。结果表明．基层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性具有显著的影响,提高基层模量值将显著减小路表弯沉值底基层层底拉应力,而基层本身的层底拉应力值将增大,需要在路面设计中充分重视。     

不同拉压模量对沥青路面力学计算的影响分析

沥青的混合料以及水泥混凝土实际上在拉应力和压拉应力大小相同的情况下拉应变与压应变不相同,拉、压模量存在一定的差异,需要从拉、压模量差异对路面力学计算的影响作分析.文章提出通过用有限元软件计算各面层拉、压模量变化,拉、压模量比对沥青路面结构层底拉应变、面层内部剪应力、基层层底拉应力和土基顶压应变等进行分析的方法.结论:采用不同拉、压模量对于沥青路面力学计算有一定的影响,解决了沥青路面力学计算设计参数不合理的问题.     

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。     

沥青稳定基层路面结构的理论研究

根据国内外研究经验,对沥青稳定基层设置、选取不同的基层模量,应用理论方法对不同情况下的沥青路面结构进行计算,结果表明：增加基层模量有利于降低基层底和土基顶的应变,增加底基层厚度能降低基层层底拉应变和表面弯沉,增加土基模量能减小表面弯沉。     

材料回弹模量和路面结构厚度对路表弯沉的影响研究

通过对路面结构材料参数、结构层厚度对路表弯沉的影响分析,得出沥青面层的回弹模量和厚度变化对路表弯沉的影响相对较小,弯沉曲线基本呈线性,沥青面层随着回弹模量或厚度的增加路表弯沉降低的幅度变化不大;基层、底基层、路基回弹模量的变化对路表弯沉影响较大,随着回弹模量的增加路表弯沉降低的幅度逐渐减小,弯沉曲线呈明显的非线性;基层、底基层厚度的变化对路表弯沉的影响比回弹模量的影响大,弯沉曲线略呈非线性的结论。同时提出了根据路面材料和路基回弹模量,合理组合路面结构厚度的沥青路面优化设计建议。     

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。     

青藏公路路基路面不均匀变形控制指标分析

分析了青藏公路路基路面不均匀变形产生的原因以及纵向不均匀变形的波长和波幅与国际平整度指数之间的关系,从而提出了处治纵向不均匀变形的控制标准,分析了不同使用年限路面面层和基层的容许弯拉应力值,并认为不同使用年限内路面基层层底容许弯拉应力可以作为横向不均匀变形的控制指标。     

速度与车辆动态特性对于车路相互作用的影响

车辆荷载是引起路面损坏的最主要原因.本文在引入随机过程理论的基础上,利用简化的车辆模型对车路相互作用力进行了研究.详细分析了行车速度、车辆载重、车身后桥阻尼和轮胎刚度等主要因素对动荷载的影响,得到了一系列结论,对于深入分析路面结构动力响应与疲劳损坏有重要价值.     

沥青路面动态黏弹反演研究

对沥青路面结构进行动态黏弹反演, 正向分析采用谱单元法,采用典型路面结构分析验证了谱单元法动态黏弹分析的正确性;采用实测和计算得到的路表弯沉整体时程曲线的均方误差作为反演误差控制方程,以序列二次规划算法作为优化算法,对路面结构层力学参数进行优化。对半刚性基层和复合式基层两种沥青路面结构动态进行黏弹反演,结果表明：利用谱单元法对沥青路面进行动态黏弹响应分析,可以极大地提高计算效率,动态反演可充分利用弯沉时程曲线的数据信息,反演得到的动态模量、相位角数主曲线组成完整的黏弹力学参数,可以更全面地描述沥青层的力学特性以及荷载作用频率和温度场的影响。动态黏弹反演方法可以弥补传统反演结果无法得到的力学参数主曲线的缺陷,为沥青路面分析及质量评定提供了有效的方法。     

车辆循环荷载作用下柔性路面路基的永久变形

柔性路面路基土过量的车辙变形会造成大量的经济损失,影响到路面行车的安全性和舒适性,而且还会引起路面其它形式破坏例如反射裂缝的产生和加强.为此首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状,对现有的路基土永久变形预估模型进行了简要评价并重点讨论了南非车辙预估模型;然后,基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的力学-经验计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量,该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数;最后,以一个柔性路面和半刚性路面为例,应用该模型对不同轴载下的路基变形进行了预估.该预估模型可以为以后沥青路面车辙方面的研究及其沥青路面的设计提供参考.     

刚性路面结构动力反应的试验研究

叙述在美国明尼苏达州Mn/ROAD研究设施进行的刚性路面动力反应试验研究工作。试验中选择了三个刚性路面研究断面,通过采集两种重量的卡车以不同速度通过时,刚性路面板不同位置和不同深度部位处动应变计、缩缝传力杆钢筋应变计的应变时域变化曲线和路基顶面动土压力计的土压力时域变化曲线,获得了刚性路面板顶面和底面的纵向和横向动应变特征、缩缝传力杆动应变特征和路基顶面动土压力特征以及影响刚性路面板动应变特征的参数等的测试数据,为进行理论分析提供了重要基础。     

Effects of cross-anisotropy and stress-dependency of pavement layers on pavement responses under dynamic truck loading

Previous studies by the authors have determined pavement responses under dynamic loading considering cross-anisotropy in one layer only,either the cross-anisotropic viscoelastic asphalt concrete(AC)layer or the cross-anisotropic stress-dependent base layer,but not both.This study evaluates pavement stressestrain responses considering cross-anisotropy in all layers,i.e.AC,base and subbase,using finite element modeling(FEM) technique.An instrumented pavement section on Interstate I-40 near Albuquerque,New Mexico was used in ABAQUS framework as model geometry.Field asphalt cores were collected and tested in the laboratory to determine the cross-anisotropy(n-values) defined by horizontal to vertical modulus ratio,and other viscoelastic parameters as inputs of the model incorporated through user defined material interface(UMAT) functionality in ABAQUS.Field base and subbase materials were also collected and tested in the laboratory to determine stress-dependent nonlinear elastic model parameters,as inputs of the model,again incorporated through UMAT.The model validation task was carried out using field-measured deflections and strain values under falling weight deflectometer(FWD)loads at the instrumented section.The validated model was then subjected to an actual truck loading for studying cross-anisotropic effects.It was observed that horizontal tensile strain at the bottom of the AC layer and vertical strains in all layers decreased with an increase in n-value of the asphalt layer,from n1(anisotropy) to n=1(isotropy).This indicates that the increase in horizontal modulus caused the decrease in layer strains.It was also observed that if the base and subbase layers were considered stressdependent instead of linear elastic unbound layers,the horizontal tensile strain at the bottom of the asphalt layer increased and vertical strains on top of the base and subbase also increased.     

分级加载下冻土动弹性模量的试验研究

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明：在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。     

土基对沥青路面结构设计的影响分析

从路面结构概念设计的角度分析土基对沥青路面结构设计的影响。通过典型的沥青路面结构,选用合适的路面结构参数,采用Bisar计算程序对路面结构进行力学分析。计算分析结果表明,随着土基回弹模量的增加,路面结构层的力学性能得到明显改善,路面的理论寿命也大为提高。还从提高土基回弹模量的角度,提出了优化沥青路面结构设计的一些方法。     

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。     

沥青路面反算模量与沥青混合料动态模量的关系

为获取沥青路面结构层沥青材料模量参数,合理评价沥青路面结构性能,开展沥青路面反算模量与同温度下室内沥青混合料动态模量的关系研究。采用落锤式弯沉仪（FWD）对4个不同结构的沥青路面试验路进行测试,并通过路面结构埋设的温度传感器同步采集温度,对试验结果进行沥青层模量反算;采用沥青混合料性能试验机（AMPT）对试验路沥青材料进行动态模量试验,根据时温等效原理获取FWD测试的同温度下的沥青混合料模量值,结合沥青路面结构层厚度计算沥青混合料动态模量的当量模量;对沥青层同一温度下的FWD反算模量与动态模量的当量模量进行分析比较,建立回归模型。结果表明,不同路面结构的FWD反算模量与室内动态模量的关系基本一致,其变化趋势不依赖于沥青层厚度的变化;沥青路面FWD的反算模量和室内AMPT的模量呈非线性关系,当模量较小时,FWD反算模量要低于室内模量,随着模量的增加,在10000MPa附近时,二者的模量值是接近的,模量值再继续增大时,FWD反算模量的增加较快,明显大于室内动态模量,室内动态模量的增长趋于平缓。     

沥青路面动应变响应及其动荷载作用等效换算

通过现场动态实测试验,获取了在FWD冲击荷载与BZZ-100标准行车荷载作用下沥青面层底部的应变响应特征及其温度敏感性,研究了FWD冲击荷载与标准行车荷载作用间的等效换算关系。研究表明:在动荷载作用下,沥青面层底部主要呈受拉状态,其纵向应变响应大于横向应变;应变响应量随FWD荷载增大而增大,随行车荷载车速增大而减小;面层层底应变响应的温度敏感性主要与路面结构组合有关,受荷载变化的影响较小;面层底应变响应的温度敏感性排序为:倒装式路面S2>组合式路面S3>半刚性路面S1;随着FWD荷载增大,与其等效的行车荷载所对应的车速水平逐渐降低;在相同FWD荷载下,不同类型路面对应的等效行车荷载速度水平为:S1>S3>S2;建立了FWD荷载与标准行车荷载间的等效换算关系,有助于FWD荷载更准确地模拟实际行车荷载。