基于土基模量衰變的路面結(jié)構(gòu)輪致?lián)p傷規(guī)律、機(jī)理及其防治對(duì)策.pdf

1、瀝青路面和水泥混凝土路面作為兩大主流路面結(jié)構(gòu)形式，已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，但其受輪載重復(fù)作用，易產(chǎn)生永久變形、疲勞開(kāi)裂等病害。作為抵抗變形能力描述的重要指標(biāo)，土基模量的衰變直接對(duì)路面結(jié)構(gòu)受輪載作用下的損傷模式及抗損傷能力產(chǎn)生不可忽視的影響。本文通過(guò)文獻(xiàn)閱讀和工程調(diào)研，在全面的回顧、總結(jié)路面結(jié)構(gòu)損傷研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于精細(xì)化數(shù)值仿真技術(shù)，依托已有的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)足尺動(dòng)態(tài)模型試驗(yàn)結(jié)果，全面研究了基于土基模量衰變的路面結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律和機(jī)理，并

2、針對(duì)土基模量易衰變地區(qū)總結(jié)了相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)損傷工程防治對(duì)策。論文所取得的研究成果如下:
　　(1)對(duì)土基模量表征的相關(guān)指標(biāo)，包括回彈模量、地基反應(yīng)模量、加州承載比CBR等進(jìn)行了整理和分類(lèi)，分析了它們彼此之間的內(nèi)在聯(lián)系，討論了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中關(guān)于土基模量的測(cè)定原理、方法、儀具等，明確了路基土受應(yīng)力狀態(tài)、填料類(lèi)型、含水量、壓實(shí)狀況、級(jí)配組成等影響而誘發(fā)模量衰變的規(guī)律。
　　(2)基于有限元軟件KENSLABS，構(gòu)建起水泥混凝土路面

3、輪致?lián)p傷分析的計(jì)算模型，引入地基季節(jié)調(diào)整系數(shù)及零養(yǎng)護(hù)疲勞準(zhǔn)則，分析了土基模量整體削弱對(duì)路面疲勞開(kāi)裂指數(shù)的影響;探討了當(dāng)量軸載系數(shù)與多軸通過(guò)一次的重復(fù)作用次數(shù)對(duì)土基模量的依賴性;獲得了不同土基模量下板厚、水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度、軸重、荷載重復(fù)作用次數(shù)等主要路面設(shè)計(jì)參數(shù)與路面開(kāi)裂指數(shù)的關(guān)系，分析了水泥穩(wěn)定碎石基層對(duì)疲勞開(kāi)裂損傷的影響。結(jié)果表明:水泥混凝土路面疲勞開(kāi)裂指數(shù)隨著地基季節(jié)調(diào)整系數(shù)的減小而增大，且增大速度隨地基季節(jié)調(diào)整系數(shù)的減小而加快

4、;當(dāng)量軸載系數(shù)及多軸通過(guò)一次的重復(fù)計(jì)算次數(shù)受到板厚及土基模量的影響;水泥混凝土路面疲勞開(kāi)裂指數(shù)隨著面板厚度、水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度、單軸軸重、單軸每日重復(fù)作用次數(shù)而改變的幅度與土基模量直接相關(guān);在提高土基模量的同時(shí)，宜優(yōu)先考慮適當(dāng)增加板厚，嚴(yán)禁超載，設(shè)置水泥穩(wěn)定基層等措施，從而控制水泥混凝土路面受輪載作用的疲勞開(kāi)裂。
　　(3)依托成德南高速公路瀝青路面工程試驗(yàn)段，分別從基于彈性層狀體系理論的靜力學(xué)分析和現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛移動(dòng)輪載動(dòng)力測(cè)試兩個(gè)

5、角度，分析、比較土基模量一致條件下半剛性基層、倒裝式和組合式三種典型瀝青路面結(jié)構(gòu)受輪載作用的力學(xué)行為。研究結(jié)果表明:瀝青路面相對(duì)更易出現(xiàn)橫向疲勞開(kāi)裂;路面結(jié)構(gòu)厚度相同的情況下，半剛性基層瀝青路面在減少瀝青面層本身的疲勞開(kāi)裂和永久變形方面優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)，組合式瀝青路面與半剛性基層瀝青路面受力情況接近，可部分替代半剛性基層瀝青路面;倒裝式瀝青路面面層層底動(dòng)應(yīng)變對(duì)軸重影響不甚敏感，但宜適當(dāng)增加瀝青面層或?yàn)r青穩(wěn)定碎石基層厚度以改善其受力狀況;應(yīng)嚴(yán)格控

6、制瀝青穩(wěn)定碎石基層拉應(yīng)力，以減少倒裝式瀝青路面和組合式瀝青路面疲勞破壞。
　　(4)依托成德南高速公路瀝青路面工程試驗(yàn)段，基于彈性層狀體系理論軟件KENLAYER，在考慮瀝青面層粘彈性，級(jí)配碎石基層非線性和行車(chē)荷載移動(dòng)性的基礎(chǔ)上，討論了土基模量對(duì)半剛性基層、倒裝式和組合式三種典型瀝青路面結(jié)構(gòu)損傷的影響差異，并進(jìn)一步分析了該試驗(yàn)路段受車(chē)輛勻速移動(dòng)輪載作用下的瀝青面應(yīng)變力學(xué)響應(yīng)。結(jié)果表明:土基模量衰變對(duì)瀝青路面永久變形損傷的影響整體大

7、于疲勞開(kāi)裂損傷;三軸荷載作用下的瀝青路面輪致?lián)p傷率大于雙軸，其次大于單軸，且車(chē)速越慢，行車(chē)荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)受力越不利;單軸荷載作用下的疲勞開(kāi)裂損傷率對(duì)土基模量衰變的敏感程度大于雙軸，其次大于三軸，對(duì)永久變形損傷率而言，這個(gè)排隊(duì)反向;不同軸重下的輪致?lián)p傷率對(duì)土基模量衰變的敏感程度差別不大，但車(chē)速越快的行車(chē)荷載，其導(dǎo)致的疲勞開(kāi)裂損傷對(duì)土基模量衰變的敏感性越明顯;將路面結(jié)構(gòu)分別按其疲勞開(kāi)裂損傷率和永久變形損傷率對(duì)土基模量衰變的敏感程度降序排列，

8、依次為倒裝式、組合式和半剛性基層瀝青路面和倒裝式、半剛性基層和組合式瀝青路面;冬季時(shí)的倒裝式瀝青路面結(jié)構(gòu)在預(yù)防路面疲勞開(kāi)裂損傷方面有一定優(yōu)勢(shì)，但其抗疲勞開(kāi)裂損傷能力的季節(jié)依賴性偏大;相對(duì)而言，半剛性基層瀝青路面抗疲勞開(kāi)裂損傷能力受季節(jié)影響程度最小;荷載與季節(jié)條件的綜合作用會(huì)明顯增大輪載作用下的疲勞開(kāi)裂損傷，其中又以倒裝式瀝青路面最為顯著;夏季時(shí)，應(yīng)尤其重視車(chē)輛超載的控制，避免瀝青路面疲勞開(kāi)裂損傷的迅速累積。
　　(5)作為特例，及

9、考慮我國(guó)使用的普遍性，對(duì)土基模量衰變條件下半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對(duì)性討論?；谑覂?nèi)足尺動(dòng)態(tài)模型試驗(yàn)，分析了土基含水量和壓實(shí)度對(duì)半剛性基層瀝青路面永久變形和基層層底應(yīng)力的影響;在考慮瀝青面層粘彈性，級(jí)配砂礫底基層、土基非線性和行車(chē)荷載移動(dòng)性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用彈性層狀體系理論軟件KENLAYER，討論了土基模量對(duì)半剛性基層瀝青路面損傷的影響。結(jié)果表明:土基模量越大，增加面層、基層和底基層厚度對(duì)提高由永久變形控制的設(shè)計(jì)壽命的作用越明顯，土

10、基模量越小，增加底基層厚度對(duì)抑制瀝青路面疲勞開(kāi)裂損傷的效果就越明顯;從提高瀝青路面設(shè)計(jì)壽命來(lái)說(shuō)，土基模量偏大時(shí)，面層和基層厚度都有一個(gè)相對(duì)合理值，底基層厚度增至某一臨界值后對(duì)提高設(shè)計(jì)壽命已無(wú)明顯作用;在土基模量偏小時(shí)，增加各結(jié)構(gòu)層厚度均可相對(duì)有效提高瀝青路面設(shè)計(jì)壽命;隨著土基模量的降低，控制瀝青路面設(shè)計(jì)壽命的損傷模式或發(fā)生轉(zhuǎn)化;對(duì)受永久變形控制的設(shè)計(jì)壽命，核心參數(shù)按影響程度從大到小排隊(duì)依次為土基模量、面層厚度、基層厚度和底基層厚度;對(duì)受