黄土地区公路排水沟渠出口破坏机理及工程防治

通过大量调查和工程经验,研究发现在黄土地区公路建设中,公路排水沟渠出口破坏不仅影响路基边坡的稳定性和正常使用功能,而且给公路后期养护带来极大的困难,增加公路养护成本。结合工程力学和流体力学知识,分析了黄土地区公路排水沟渠出口破坏的形式以冲刷坑、湿陷坑为主;原因是黄土具湿陷性、抗蚀性差,出口水力条件不利。针对黄土地区特点提出了相应的工程防治措施,包括消能减冲、防止湿陷、防止结构失稳三方面工程措施,可应用于黄土地区公路排水系统设计及其病害治理。     

黄土高填方路堤沉降分析

采用4种条件(层重固结法,层重未固结法,孔隙水压力求孔压系数法,孔隙气压力求孔压系数法)下的最终沉降计算方法,和简化的考虑施工加载过程的非饱和土一维固结方法,对某公路高路堤的沉降进行计算分析,并与实测资料相比较。结果表明:公路路堤各土层在自重作用下固结已经完成,甚至有超固结,简化的非饱和土一维固结计算方法可以满足计算精度的要求;同时揭示,公路路堤沉降监测与一般地基的沉降监测是不同的,对不同的问题应该研究布设测点的方法。     

黄土边坡降雨入渗规律试验

为研究降雨对边坡稳定性的影响,利用人工模拟降雨装置和路堤土工模型,进行了不同初始含水量和不同降雨条件下黄土路堤边坡湿润锋和入渗率的试验,探索了黄土路堤降雨入渗过程,分析了黄土路堤边坡稳定性对降雨历时和降雨强度的敏感程度及入渗变化规律.结果表明:雨水入渗路堤土呈先快后慢的趋势,湿润锋从规则向不规则逐渐转化;入渗率与边坡初始含水量、路基压实度和降雨历时成反比关系,与降雨强度基本无关.     

黄土边坡降雨冲刷试验及颗粒流模拟

为了研究公路工程中黄土边坡的冲刷破坏特征及演化机制,以辽宁西部黄土边坡为研究对象,进行边坡冲刷破坏的室内物理模型试验;监测降雨过程中边坡土体的含水率,分析其雨水入渗规律;以试验为基础,基于水-土耦合理论,借助三维颗粒流程序PFC3D对边坡降雨冲刷过程进行模拟,得到冲刷破坏过程中边坡不同部位土体孔隙率、水流流速、颗粒平均运动速度的分布及变化过程。研究结果表明:在降雨过程中坡脚的浸润范围明显大于其他部位,且这种趋势随着降雨的进行愈发明显;坡面冲刷破坏的演变过程可归结为溅蚀、片蚀→细沟冲蚀→切沟冲蚀→坍塌,坍塌过程由坡脚向上发展,呈牵引式破坏特征,直至边坡完全破坏;随着冲刷的进行,颗粒流失从坡顶到坡脚呈增加趋势,从坡顶到坡脚水流速度呈增大趋势,伴随着单元内颗粒的滑动,流速曲线局部出现峰值,各流体单元内颗粒运动速度的变化特征与水流流速的变化特征相似。颗粒流模拟获得的参数反映出降雨过程中水流侵蚀能力及土体侵蚀强度在坡体内的分布特征:从坡顶到坡脚的水流侵蚀能力呈递增趋势,坡脚处侵蚀破坏最为严重,模拟结果与室内模型试验结果基本吻合,可从细观层面对模型试验做出补充。     

黄土地区公路路基冲击压实试验

基于中国北方某湿陷性黄土路基工程,利用动力触探和面波法等方法对冲击压实工后的黄土路基进行对比检测。试验认为,冲击压实效果主要受路基填土含水量、起始压实度和颗粒组成等因素的影响;冲击压实能使路基整体强度得到均匀提高;可以用核子法、面波法、动力触探与标准贯入测试方法检测冲压质量。研究还表明,正确掌握试验与检测的时效性,有利于准确评价公路路基压实质量。     

公路边坡降雨侵蚀特征及土的崩解试验

为研究公路边坡降雨侵蚀的特殊性以及土质边坡的可蚀性，通过观察分析，并利用自行研制的崩解仪进行了压实黄土浸水崩解试验。试验结果表明，公路边坡降雨侵蚀中的重力侵蚀所占比例较大，坡面土的崩解是主要分散方式。建立了有效空隙比与崩解速率的相关关系，说明压实度、含水量对崩解影响的本质，即压实度、含水量的变化可统一用土的有效空隙比说明崩解规律，回归公式可用于预测压实土的崩解速率。土的崩解性反映了压实土的可蚀性，通过对比得出，边坡上压实土的可蚀性可用崩解速率表征，在工程水土保持研究中可用崩解速率作为土的可蚀性评价指标。     

桩承式加筋路堤土拱效应现场试验

为研究桩承式加筋路堤填土中竖向应力分布和土拱效应临界高度的变化规律,依托塑料套管现浇混凝土桩（TC桩）承式路堤现场试验,在填筑预压期对桩帽、桩间土及不同填土高度处土压力进行全过程监测,分析了路堤填筑及预压过程中桩土间的荷载传递规律,同时结合土拱设计高度计算方法,研究填土中竖向应力分布和土拱效应临界高度的变化规律,对多种土拱形式的假定进行了现场试验验证分析,并基于试验结果,开展了路堤土拱形成的参数讨论。研究结果表明:填土高度约达到0.5倍桩间距时,桩帽上压力实测值大于该处路堤荷载,且桩土应力比大于1,表明路堤载荷开始从桩间土向桩体转移,路堤内土拱初步形成;填土高度约达到0.9倍桩间距后,后续填土对桩间土压力变化影响较小,说明路堤已形成完整稳定的土拱;观测到的土拱等沉面的高度为1.2~1.5 m,大于德国EBGEO 规程计算值,小于英国BS 8006规范计算值;与滑动面为沿桩顶轮廓线向上的假定与应力扩散理论相比,路堤中竖向土压力分布趋势与圆形土拱假定计算结果相符,但试验所得土压力测量值仅为理论计算值的50%和30%。因桩承式加筋路堤中桩间土压力随其距桩的位置不同会有明显不同,故建议采用桩土应力比联合桩帽上土压力大小综合判定桩承式加筋路堤的土拱形成。     

公路黄土边坡强度参数的选取及应用

现场调查了陕西黄土地区3个地段的77个路堑极限边坡,通过对坡高和坡度进行对数线性回归分析,得到二者在不同置信度下的回归关系。以极限状态坡为输入坡型,在对室内不同剪切试验方法得到的黄土强度参数统计分析的基础上,采用简化毕肖普法在给定摩擦角φ值的情况下反算粘聚力c值。结果表明:各段反算值与直接快剪试验结果较为接近,其他试验结果可以根据反算值作出修正;通过反算强度参数和试验参数的对比分析,确定了强度参数的选取原则,并根据选定的强度参数,计算出了公路黄土边坡设计的基本参数。     

橡胶-硅藻精土复合改性沥青的制备及机理

为了改善沥青的高温性能,采用橡胶和硅藻精土制备多种掺量的复合改性沥青.利用针入度、软化点、延度、旋转黏度试验,对不同改性沥青性能进行表征,通过曲面响应法得出改性剂最佳掺量比例,并对比橡胶沥青、橡胶-SBS复合改性沥青进行改性效果评估.采用旋转薄膜烘箱老化试验、热重分析法、差示扫描热量法、红外光谱扫描试验、扫描电镜试验研究了橡胶-硅藻精土复合改性沥青的老化性能、高温性能、微观结构和反应机理.结果表明,22％橡胶和4％硅藻精土的复合改性沥青综合性能最好.与橡胶沥青、橡胶-SBS复合改性沥青相比,橡胶-硅藻精土复合改性沥青表现出了更好的高温稳定性;橡胶粉、硅藻精土与基质沥青之间主要存在物理共混,沥青与两者形成了相互固定的均匀稳定的整体.     

基于有限元分析的沥青路面坑槽修补动态响应及界面破坏机理研究

为了解决沥青路面坑槽修补存活寿命短和错台、推移、拥包等二次病害比例高的问题,本文揭示了坑槽修补过早破坏机制。基于ABAQUS软件模拟坑槽修补后的实际受力状态,设置多种工况探讨坑槽修补结构在车辆荷载、温度荷载作用下的力学响应规律。研究结果表明：当修补材料模量与原路面模量相近或略高时,能有效控制接缝的应力和变形;随着摩擦因数φ增加,接缝的正应力和剪应力显著增大,当φ为0.6时,修补材料破坏的风险显著提高;轴载增大导致坑槽界面应力线性上升,荷载每增加0.1 MPa,压应力和剪应力分别增大12.5%和15.0%;坑槽底部扰动进一步加大了接缝应力,增加了错台、推移、拥包等二次病害的风险;增加界面摩擦因数可有效降低修补接缝的应力,当界面摩擦因数由0.2增至0.9时,坑槽横向底缘接缝处沿行车方向的正应力和Y、Z方向的剪应力分别下降了19.3%、13.6%、17.3%。     

公路边坡水毁灾害等级快速评估方法

通过对陕西、四川两省公路边坡水毁的调查分析,指出边坡水毁对公路交通的影响较大,是引发交通中断的一个主要原因。根据塌方量及其对交通的影响,提出了边坡失稳灾害的快速等级划分方法,为减灾救灾决策提供依据。将边坡灾害发生时间与暴雨的时间分布进行比较,认为公路边坡灾害与暴雨的关系密切。通过中长期天气预报预测区域公路边坡水毁时间、等级,通过短期降雨预报并结合公路边坡工况,可进行公路边坡的灾害预警。     

权重优化在公路路线方案决策中的应用

为了更好地进行公路路线方案决策,提出了一种指标权重优化的方法.利用贝叶斯公式,在各方案下对指标主观权重进行逐个修正,利用最小二乘法建立指标权重的优化模型并给出精确解.以某高速公路路线方案决策为例证明了该方法的有效性.     

青藏公路高路基病害的形成及其机理

为研究以纵向裂缝为主的青藏公路高路基病害的形成及其机理,在大量实地调查研究的基础上,分析了高路基病害形成的原因,分析认为高路基病害不仅与融化盘有关,还与融化夹层、冻结核和冻土环境等相关。研究结果表明:高路基病害与路基高度及坡向直接相关;路基高度大于2.5m的路基内高路基病害占总量的75.7%,且阳坡侧病害占总量的66.5%;当路基高度小于临界高度时,融化盘及其偏移是形成路基病害的主要原因;反之,在高温冻土区,融化夹层则是主要因素,而在低温冻土区,冻结核形成的"凸"滑动面与阳坡侧坡脚下融化盘的联合作用引发了一系列高路基病害;施工质量与冻土环境的破坏等构成了影响高路基病害的人为因素;高路基病害的治理应因地制宜,结合病害的形成特点采取不同的治理方案。     

径向基函数用于复杂路形3维重构时的算法改进

在道路地形采样数据稀疏的情况下,为获得高精度的道路数字模型,须使用插值逼近的方法来重构道路几何形状。以Multi-Quadric（MQ）为代表的径向插值函数是目前最常用的一种曲面重构方法,MQ在处理高速和一级公路时工作得很好,但碰到线形组合复杂的二、三、四公路时会发生数据严重发散的现象。研究发现,复杂线形值域与自变量域的非单射性是造成MQ处理失败的原因;此外,值域如果对自变量域的变化过于敏感,会引发系数矩阵病态,增加计算的不稳定性。为此,提出了对调值域和自变量域,以及把复杂线形分解成＂曲线单元＂的办法,每个单元除直线段外至多包含一个基本型曲线,保证了每个＂曲线单元＂的单射性;此外,对调值域和自变量域还能解决值域对自变量域变化敏感所引起的数值发散问题,对调后敏感度由原来的k变为1/k,有效的消除了计算不稳定性。     

二灰黄土力学性能试验

为了给二灰黄土在道路工程中的广泛应用提供理论参考,进行了二灰黄土三轴剪切和直接剪切试验,分析了二灰黄土的力学性能。通过三轴剪切试验测得不同围压下二灰黄土的应力-应变曲线、峰值强度、残余强度、弹性模量和抗剪强度等力学指标;通过直接剪切试验测得不同含水质量分数、不同压实度下二灰黄土的凝聚力和内摩擦角。研究结果表明:二灰黄土峰值强度、残余强度和峰值应变与围压基本上呈直线关系,其破坏过程可以用损伤的概念来解释;凝聚力和内摩擦角与压实度呈线性增长关系;凝聚力与含水质量分数呈非线性关系;内摩擦角与含水质量分数呈线性降低关系。     

基于级差效益的公路收费定价模型

为了公平合理地进行公路收费定价,在分析各种收费定价理论的基础上,根据公路级差效益构成要素、车速-流量关系,研究了货物、车辆与旅客的在途时间价值,从轮胎磨损、燃油及润滑油消耗、车辆维修保养等方面建立了车辆运营费用模型,分析了安全、舒适等因素对级差效益的贡献.结果表明:以级差效益为基础,给公路使用者大约50%的优惠;将级差效益作为收费定价依据,完善了公路收费定价理论;根据级差效益制订收费标准,能够被公路投资者和使用者双方接受.     

不同纤维对SMA路用性能的影响

选用3种不同的纤维(木质素纤维、矿物纤维和聚丙烯腈纤维),研究其对SMA混合料路用性能的影响。通过动态剪切流变试验(DSR)及简支梁弯曲蠕变试验(BBR),评价纤维沥青胶浆的技术性能。以SMA-10为例,通过车辙试验及动、静态蠕变试验和恒高度重复剪切试验(RSCH),评价不同纤维对SMA高温性能的影响。结果表明:纤维的加入能够改善沥青混合料的高温性能,同时也降低了沥青混合料的低温抗裂性能,与其他2种胶浆相比,木质纤维胶浆低温性能较差;车辙试验、动态蠕变试验和恒高度重复剪切试验结果具有较好的相关性,能较好地反映不同纤维对SMA高温性能的影响;动态蠕变试验得出的粘弹性常数可以用来进行沥青面层车辙的预估,矿物纤维SMA-10的高温性能好于另外2种纤维;通过4点弯曲疲劳试验,得到不同纤维对SMA疲劳寿命的影响,聚丙烯腈纤维SMA-10的抗疲劳性能最好。