公路路面级配碎石基层设计与试验段施工技术探讨

针对我国高速公路半刚性基层路面引发的反射裂缝、冲刷、唧浆等病害,论文通过应用级配碎石基层以减缓或消除这些病害。级配碎石由于是松散粒料结构,不传递拉应力、拉应变。当其作为上基层材料时,处于三向受压的状态。这些结构上的特点以及特殊的受力状态使得级配碎石层能充分吸收其下层裂缝释放的应变能,从而达到抑制裂缝的效果。本文主要结合公路路面设计文献资料,对级配碎石基层配合比设计的理论做了阐述,然后针对施工技术做了探讨。     

级配碎石基层填料回弹模量特性及预估模型研究

采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比设计不同的透水性级配以及用于对比的常规骨架密实型级配,通过控制剪应力比设计不同水平的围压和循环偏应力组合,开展不同应力路径下的重复加载三轴试验,研究级配和应力状态共同影响下级配碎石基层填料回弹模量的变化规律;针对60组室内重复加载三轴试验数据,对比分析14种回弹模量预估模型的预测效果,进而提出可同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型,并验证模型的准确性。研究结果表明：同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型的准确性较高,对级配碎石基层填料回弹模量的预测精度更高,可为透水性基床级配碎石填料的高效利用和可持续推广提供理论依据和技术参考。     

多年冻土地区沥青路面结构响应分析

采用ABAQUS软件进行了多年冻土地区不同沥青路面结构响应分析.分析结果表明,路基融沉深度决定了路面位移的大小,路面结构形式对路面位移影响不大,而路面基层底部拉应力主要受路面结构形式影响.随着融沉深度增加,路面位移显著增加.级配碎石基层路面层底拉应力最小,沥青稳定基层路面层底拉应力与其相当,而半刚性基层路面层底拉应力最大.考虑到级配碎石基层的强透水性、低抵抗重载交通能力等缺点,提出沥青稳定基层更适合于多年冻土地区.     

路用级配碎石力学性能研究进展与展望

级配碎石在道路工程中应用广泛,为全面了解路用级配碎石的力学特性,基于国内外研究开展级配碎石力学性能研究综述。首先,介绍了路用级配碎石变形性能研究现状,包括剪切变形、动态回弹模量、永久变形;其次,从试验测试方法、演变规律表征两个方面对级配碎石各向异性行为进行了总结分析;最后,对级配碎石力学行为的重要影响因素进行归纳,从集料物理性质、粒料结构特征和外部应力状态三个方面进行了综述。分析表明:碎石材料的力学性能与颗粒性质、结构特征和应力状态密切相关,并具有显著的各向异性特征。未来可从级配碎石回弹模量计算方法、性能各向异性参数计算方法、动应力响应分析等方面开展进一步研究。     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力的影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常被设置在隧道路面下以排出基岩渗水.文中利用动三轴试验模拟了基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型以表征其力学特性,并采用非线性有限元法分析了路面受力.结果表明:动三轴试验可较好地模拟级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映级配碎石在隧道路面中的应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数的变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面底的最大拉应力变化率越小;为了兼顾级配碎石层的排水渗透功能和改善路面受力状态,应严格控制级配,特别是粒径0.075mm以下的含量宜控制在5%～7%,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间.     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常设置在隧道路面下排出基岩上渗水。利用动三轴实验模拟基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型表征其力学特性,并采用非线性有限元分析了路面受力。结果表明,动三轴试验较好地模拟了级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映了级配碎石在隧道路面中应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石的动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面层底的最大拉应力减小率越小;为了兼顾到级配碎石层的排水渗透功能和强度,应严格控制级配,特别是0.075mm以下的含量宜控制在5％～7％,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间。     

水泥稳定碎石材料疲劳性能试验分析

通过应力控制模式下的小梁弯拉疲劳试验配合动态信号采集系统采集试验中的应变,通过Matlab进行数据处理,分析不同级配水泥稳定碎石材料的疲劳特性。结果表明:水泥稳定碎石小梁试件疲劳变形分为稳定阶段、增长阶段和破坏阶段。级配不同,水泥稳定碎石试件的疲劳特性差别显著,各阶段模量差别明显。通过3个阶段对应下弹性模量临界点的对比得到不同级配水泥稳定碎石试件抗疲劳性能的优劣。     

连续配筋混凝土路面端部锚固原理研究

首先分析了连续配筋路面端部移动计算原理，提出了端部锚固应力计算的迭代法，计算结果表明混凝土的弹性模量，线胀系数和温度变化量是影响锚固应力的主要因素，最后提出了合理的端部固应力计算方法。     

长期动载下级配碎石的塑性变形与临界应力

采用中型动三轴仪,在不同围压、不同动应力条件下,研究了级配碎石基层在长期车辆荷载作用下塑性变形的发展规律和分布状态.结果表明,在围压一定时,随着动应力的增加,级配碎石的塑性变形曲线可分为稳定型、衰减型和破坏型,3类塑性变形的分布确定了2个临界状态;临界动应力随围压线性增加,临界动应力比随围压呈对数递减,且两临界应力比在高围压下有趋同态势;级配碎石的塑性变形与动应力水平为指数关系,稳定临界和破坏临界的动应力水平分别为0.79和1.00;典型路面结构应力分析表明,标准荷载下级配碎石过渡层的应力水平为0.72~0.92,小于破坏临界应力水平,级配碎石在长期荷载作用下的塑性变形处于较稳定状态.     

级配及成型工艺对混合料性质的影响

为了进一步研究路面裂缝与碎石基层材料的关系，首先就级配及成型方法对混合料性质的影响进行了广泛研究，采用上置式表面振动法与重型击实法对比，提出碎石材料较好的级配和成型方法，以期指导施工，减少路面的裂缝，延长路面使用寿命。     

不同成型条件下级配碎石力学特性研究

不同成型条件下级配碎石力学特性研究何兆益黄卫邓学钧（东南大学交通学院，南京２１００１８）近年来，国内在一些重大工程的实体试验路上，也成功地使用了级配碎石基层，并初步证实了其防止半刚性基层反射裂缝的作用，然而要进一步成功地使用碎石基层，尚应从材料级配...     

颗粒材料修正的微形态连续体模型研究

基于细观力学给出了1个颗粒材料的修正的微形态连续体模型。在该模型中,考虑了颗粒的平动和转动,且对颗粒间的相对运动进行分解,认为颗粒的细观真实运动(包括平动和转动)是由细观平均运动与1个表征相对于平均运动的波动组成。对微曲率进行对称修正,推导得到了与对称应变张量共轭的对称柯西应力张量,与对称微曲率张量共轭的对称偶应力张量,以及与非对称相对应变张量(微曲率张量)共轭的非对称相对应力张量(偶应力张量)。基于运动分解与对称修正,最终得到了1个颗粒材料的1阶微形态宏观本构关系。宏观本构关系包括应力-应变关系,偶应力-微曲率关系,以及相对应力(偶应力)-相对应变(微曲率)关系。宏观本构模量通过表征细观信息的接触刚度、内部长度参数等识别。     

拉压不同模量弹性结构分析中的对称性问题

基于对称和反对称问题中应力和位移分量满足的必要条件,分析了主方向上应力状态的对称和反对称特点,并用算例加以验证。研究表明材料的非线性导致拉压不同模量弹性结构的主应力的反对称性改变而对称性仍旧保持;同时,将复杂问题分解为对称和反对称问题并通过叠加原理获得解答的方法也会失效。由于不同模量弹性理论将其本构关系建立在主方向上,因此基于主方向的应力状态分析是研究的关键。     

考虑拉压模量及主应力顺序的隧洞应力解析解

针对圆形水工隧洞,采用统一强度理论和弹脆塑性模型,考虑了不同工况下主应力顺序变化、不同拉压模量、中主应力以及软化等因素的综合影响,推导了圆形水工隧洞问题弹塑性解答,探讨了不同拉压模量比、中主应力等对隧洞临界压力以及极限压力的影响。算例分析结果表明,对于圆形水工隧洞应正确考虑不同工况下第一主应力的变化,且应重视拉压模量差异的影响,传统的压力隧洞弹塑性解答假定岩土体具有相同的拉压模量使得工程设计偏于保守,考虑拉压模量的不等可以更真实的反映岩土材料的力学特性,以期达到设计经济和安全。该结果为水工压力隧洞的弹塑性分析提供了理论依据,对工程设计具有一定参考价值。     

粒料回弹模量室内试验方法

回弹模量是表征粒料刚度和抵抗变形能力的一个重要指标.中国的《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)和美国路面力学-经验设计方法(MEPDG)均采用回弹模量作为沥青路面柔性基层的力学设计参数,用于表征基层材料在车辆动荷载作用下的刚度以及抗永久变形能力.首先,基于中外文献调研分析,介绍了粒料回弹模量的影响因素.其次,对中外回弹模量室内试验规程进行了对比分析,并结合室内粒料回弹模量试验结果,提出了粒料回弹模量室内试验方法中的不足和改进方案.最后,总结了中外现有常用回弹模量预测模型的主要考虑因素.研究成果有助于未来修订粒料室内回弹模量试验规程以及建立新的粒料回弹模量预测模型.     

室内承载板法土工试筒约束的综合修正

室内承载板法是测定土样回弹模量的标准试验方法,其基本原理是根据实测的各级承载板压力和回弹变形的关系,运用圆形垂直刚性分布荷载作用下的弹性半空间体竖向位移理论公式来计算土样回弹模量.但是,由于击实成型的测试土样受到土工试筒的筒底和筒壁的约束作用,土样的有限尺寸和受力条件与半无限的弹性半空间体理论存在较大的差别,造成土样回弹模量测试结果偏大,导致测试结果难以应用于路面结构设计,所以有必要对室内承载板法的土样回弹模量测试结果进行约束修正.为此,首先推导了具有刚性下卧层的弹性层轴对称课题的应力和位移理论解,并通过轴对称有限元法,验证了理论解的正确性,从而考虑土工试筒筒底的约束作用,以竖向位移理论公式提出了室内承载板法测定土样回弹模量的高度修正系数K1.其次,在高度修正的基础上,通过轴对称有限元法考虑土工试筒筒壁的约束作用,提出了室内承载板法测定土样回弹模量的直径修正系数K2.综合高度修正和直径修正,提出了不同直径D的承载板测定土样回弹模量的综合修正系数K,以及K和D的回归公式.最后,通过不同直径承载板进行了室内测试验证.验证结果表明,所提出的综合修正系数可用于室内承载板法测定土样回弹模量的土工试筒约束的综合修正,并保证了测试结果的合理性和可靠性.     

拉压不同模量弯压柱的近似弹性力学解

通过合理简化模型,将不同模量弹性理论中定义在主坐标系下的本构关系重新建立在普通坐标系下,进行拉压分区,从而推导了考虑自重且顶部有水平推力的不同模量弯压柱近似弹性力学解答,并由横截面上正应力为零判定了中性层的形状和位置。研究表明:材料的不同模量以及剪应力的大小和方向对中性层的位置和形状具有一定影响。     

不同模量的全级配混凝土静动态特性试验研究

全级配混凝土不同模量的特性长期未引起人们的重视．在以混凝土抗拉应力为控制的高拱坝设计中,按不同模量弹性理论进行分析是必要的．在高地震烈度区修建高拱坝,对坝体拉应力的控制更为严格,抗震安全是亟待解决的技术难题．为此,采用液压伺服系统对全级配混凝土试件的静动态拉伸、压缩弹性模量和泊松比进行了三分点静动态弯拉试验．试验结果表明：静动态压拉弹性模量比分别达到0．89,0．87,动态压拉弹性模量比静态压拉弹性模量分别增长5.4％,8．5％;静动态压拉泊松比分剐达到0．88,0．68;动态抗弯强度比静态抗弯强度增加21．7％．     

基于BP神经网络的土基回弹模量反算

基于三层BP神经网络和层状弹性理论,由路表变形反算土基回弹模量。利用层状弹性计算程序构建了土基回弹模量与路表弯沉数据库,并输入BP神经网络进行训练,建立了基于BP神经网络的土基回弹模量反算模型。理论和实测路表弯沉反算结果表明,该方法具有良好的识别能力和泛化能力,是一种实用而有效的方法,为进一步快速、有效地评定土基的承载能力提供了依据。     

离散颗粒多尺度分级模型与破碎模拟

在所建议传统离散颗粒模型基础上引入了多尺度分级模型,定义了不同尺度的基本颗粒和颗粒簇模拟颗粒破碎现象．在统计断裂力学Weibull分布公式基础上利用名义应力给出了多尺度分级模型意义下颗粒破碎概率;结合颗粒簇的解簇模型建议了一个可模拟颗粒破碎的多尺度分级离散颗粒模型．数值例题初步显示了所建议模型模拟颗粒破碎现象的有效性．并利用所提出的名义有效应变和名义体积应变显示了颗粒破碎过程对颗粒材料结构物变形的影响．