瀝青混凝土非飽和狀態(tài)滲流場-應(yīng)力場耦合作用下疲勞破壞研究.pdf

1、瀝青路面由于具有無接縫、低噪音、易維修等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)今高等級公路路面結(jié)構(gòu)的主要型式。按照現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量良好的瀝青路面，一般要經(jīng)過長期使用且達(dá)到使用設(shè)計(jì)年限才會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞，然而實(shí)際上部分瀝青路面遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限就開始出現(xiàn)疲勞破壞。研究表明，水損害是導(dǎo)致瀝青路面疲勞壽命大大縮短的主要原因之一，因此深入研究瀝青路面在復(fù)雜水環(huán)境下的疲勞破壞機(jī)理，有利于更一步加深對瀝青路面水損害和瀝青路面疲勞破壞的認(rèn)識(shí)。
　　

2、 本文從研究瀝青混凝土的滲透性能開始，獲得了瀝青混凝土在不同孔隙水平下的滲透系數(shù)，通過理論研究，分析了降雨入滲過程中瀝青路面結(jié)構(gòu)滲流規(guī)律；探討了基于降雨入滲初始狀態(tài)下的瀝青路面在動(dòng)態(tài)車荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，并對影響各計(jì)算指標(biāo)的影響因素進(jìn)行了較為詳盡的分析；此外，為了進(jìn)一步對瀝青混凝土在荷載與水壓力共同作用下的疲勞性能與疲勞破壞機(jī)理進(jìn)行分析，通過室內(nèi)試驗(yàn)手段與理論分析，得到了瀝青混合料在不同水環(huán)境下的疲勞壽命方程，并對瀝青路面在交通荷

3、載與動(dòng)水壓力的作用下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律以及疲勞壽命進(jìn)行定量的分析。
　　 本文的主要結(jié)論如下：
　　 1.瀝青混合料的滲透系數(shù)與空隙率有良好的相關(guān)性，此外，對于三種混合料類型而言，滲透系數(shù)與有效空隙率之間的相關(guān)性都要高于滲透系數(shù)與總空隙率之間的相關(guān)性。
　　 2.降雨入滲過程對瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部(尤其是面層結(jié)構(gòu))滲流場的變化起到了顯著影響。該過程將會(huì)導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部飽和度和孔隙水壓力出現(xiàn)顯著的變化；隨著降雨時(shí)間的增

4、加，路面結(jié)構(gòu)由上至下，各面層逐步達(dá)到完全飽和狀態(tài)，孔隙水壓力也隨著時(shí)間的增加而逐步提高，由初始狀態(tài)下的基質(zhì)吸力變?yōu)檎乃畨毫Α?br>　　 3.在行車荷載的加載、卸載過程中，瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙中的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力，瀝青混合料內(nèi)部不斷地承受著這種由正到負(fù)，由負(fù)到正的反復(fù)循環(huán)孔隙水壓力，且這種作用在瀝青面層與基層的交界面上尤為嚴(yán)重。此外，豎向位移、最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力等指標(biāo)也隨著荷載的動(dòng)態(tài)變化而呈現(xiàn)波動(dòng)性。
　　 4.降雨初

5、始滲流場、面層以及基層滲透系數(shù)、彈性模量、車載大小都會(huì)對瀝青路面在滲流場-應(yīng)力場耦合作用下的力學(xué)響應(yīng)產(chǎn)生影響，隨著各影響因素的變化，各計(jì)算指標(biāo)呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。其中，瀝青面層內(nèi)部的孔隙水壓力與瀝青面層拉應(yīng)力受基層滲透性能影響最大，在面層底部設(shè)置排水性良好的基層有利于面層內(nèi)部以及面-基層交界面上孔隙水壓力的消散，并減弱面層底部的受拉狀態(tài)，有利于減少水損害。
　　 5.室內(nèi)疲勞試驗(yàn)表明：在水損害狀態(tài)下，瀝青混合料的疲勞壽命較普通狀

6、態(tài)下大為縮短，有水作用狀態(tài)下瀝青混合料的疲勞壽命對應(yīng)力水平的敏感程度比無水狀態(tài)高。
　　 6.在交通荷載與動(dòng)水壓力的共同作用下，動(dòng)水壓力的作用改變了對稱荷載與偏荷載作用下裂紋擴(kuò)展規(guī)律，隨著動(dòng)水壓力的增大，裂紋尖端呈現(xiàn)張拉型擴(kuò)展與剪切型擴(kuò)展共同作用的復(fù)合形式。與無水狀態(tài)相比較，有水狀態(tài)下的瀝青路面起裂壽命大大縮短，并且起裂壽命隨著基層滲透系數(shù)的減小而降低；此外，在水壓力與交通荷載共同作用下的瀝青路面裂縫疲勞擴(kuò)展壽命隨著水壓力的增加