多年凍土區(qū)陰陽坡路面縱向裂縫的機(jī)理與防治.pdf

1、本文主要依托青藏公路及其觀測資料研究了陰陽坡條件下凍土路基非對(duì)稱融沉引起路面縱向裂縫的機(jī)理，結(jié)合室內(nèi)結(jié)構(gòu)與材料試驗(yàn)提出了路基路面結(jié)構(gòu)與材料方面的防治對(duì)策。論文主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，為分析融沉對(duì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變等力學(xué)指標(biāo)的影響，采用松鋪土和埋置工業(yè)冰塊兩種路基融沉模擬試驗(yàn)方案，鋪筑了半剛性和柔性基層兩種瀝青路面結(jié)構(gòu)的室內(nèi)試槽，并埋設(shè)力學(xué)傳感器進(jìn)行檢測。研究結(jié)果表明松鋪砂性土融沉模擬方案和工業(yè)冰塊融沉模擬方案基層層底比

2、正常測點(diǎn)承受了更多的拉應(yīng)變。融沉對(duì)柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)層底應(yīng)變的非線性特征影響較大，融沉條件下路面結(jié)構(gòu)基層層底應(yīng)變的非線性特征比正常條件下更加顯著，冪函數(shù)可以很好地描述其非線性變化規(guī)律。當(dāng)半剛性基層路面結(jié)構(gòu)中存在融沉?xí)r，水泥穩(wěn)定碎石層底拉應(yīng)變約增大40％，表明路基融沉變形對(duì)半剛性路面的力學(xué)性能具有非常不利的影響。根據(jù)以上研究結(jié)果，路基融沉變形對(duì)路面縱向裂縫的形成具有很大的力學(xué)影響。
　　其次，結(jié)合青藏公路路面縱向裂縫典型斷面的觀測

3、資料，應(yīng)用多場耦合數(shù)值分析方法研究了陰陽坡路面縱向開裂的機(jī)理。對(duì)于融化盤厚度差相對(duì)較小的情況(路基變形為主)，重點(diǎn)應(yīng)用力-熱-變形耦合方法分析其多場耦合開裂機(jī)理；對(duì)于融化盤厚度差相對(duì)較大的情況，重點(diǎn)應(yīng)用非局部非對(duì)稱原理和XFEM程序分析了其開裂和擴(kuò)展機(jī)制，為預(yù)防陰陽坡路面縱向裂縫的形成提供基礎(chǔ)和依據(jù)。
　　再次，設(shè)計(jì)阻熱面層材料配合比，按0、4％、6％、8％、10％ZS(生蛭石)摻量成型瀝青混凝土試件然后進(jìn)行熱學(xué)試驗(yàn)。導(dǎo)熱系數(shù)的測

4、試結(jié)果表明，導(dǎo)熱系數(shù)隨ZS摻量的增加總體呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)遞減變化趨勢，摻量為10％的導(dǎo)熱系數(shù)降幅最大為46.27％，考慮到現(xiàn)場施工壓實(shí)和經(jīng)濟(jì)性等要求，最大ZS摻量應(yīng)近似為10％。室內(nèi)材料試驗(yàn)表明，添加ZS材料后，瀝青混合料的高溫、低溫、疲勞、凍融劈裂等主要力學(xué)性能指標(biāo)與添加前相比并未發(fā)生顯著變化。
　　最后，設(shè)計(jì)“通-阻”耦合型路基路面結(jié)構(gòu)并介紹其工作原理，在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值分析的方法對(duì)“通-阻”耦合型路基路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱學(xué)效果分析

5、，結(jié)果表明研制的阻熱路面配合合適厚度的碎石路基使用，夏季可以很好的阻止熱量傳入凍土層，冬季水平碎石層和傾斜碎石層配合使用可以使熱量充分散出，顯著降低最大融深和溫度場的非對(duì)稱性，從而大大降低了陰陽坡路面縱向裂縫的發(fā)生幾率，達(dá)到了預(yù)防路面縱向開裂的目的。
　　陰陽坡路面縱向裂縫機(jī)理的正確分析可以提高預(yù)防措施的直接針對(duì)性和實(shí)施效果，路基路面結(jié)構(gòu)與材料對(duì)策具有較高的應(yīng)用參考價(jià)值，對(duì)今后多年凍土區(qū)的道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)具有重要的理論和實(shí)踐參考價(jià)值