宕渣土路基上路面结构的受力特性研究

为了证明宕渣土的优良性能,文章基于有限元软件ABAQUS建立了现场96区模型,并结合现场96区段内2个实测点的承载板弯沉试验,反演出了宕渣土基层顶面当量回弹模量。在此基础上通过三维双圆荷载计算模型对结构层底的拉应力和沥青路面的弯沉值进行了分析。结果表明,即使将5％水泥稳定碎石结构层的厚度减少9 cm ,采用宕渣土路基的路面结构仍要优于采用34 cm厚5％水泥稳定碎石层的设计路面。     

路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响

针对使用中存在的路基回弹模量衰减问题,应用《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)和弹性多层体系理论研究了设计年限内路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响.实例计算结果表明:当路基回弹模量衰减超过20%时,所设计的沥青路面厚度已小于使用要求的限度.研究成果可供考虑路基回弹模量衰减的公路沥青路面厚度设计时参考.     

公路沥青路面厚度计算中的设计层位合理确定

分析了路面厚度确定的主要影响因素,应用现行设计规范提出的路面厚度计算理论和方法,通过实例计算并根据计算结果的分析,提出路面厚度计算中拟定设计层的合理方法·认为路面厚度随土基回弹模量的增大而减薄,应加强路基压实,改善路基力学性能,对减薄路面厚度有明显效果·当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时,应拟定面层、底基层厚度,以半刚性基层为设计层才能得到合理的路面结构厚度·     

基于动变形控制法的软岩路基填筑材料回弹模量控制

根据路基路面变形协调原理,结合国内公路相关规范对路面弯沉的控制标准,获得软岩路基顶面动变形允许值;利用传递-反射矩阵方法和叠加原理推导了双轮胎振动荷载作用下弹性层状公路结构的动力响应解;采用Hankel数值逆变换技术计算出实例工程中典型软岩公路路基顶面的动变形,基于动变形控制法确定了不同软岩填筑区域对应填料的回弹模量临界值;根据现有公路规范规定的路基结构层厚度,提出满足动变形条件下的软岩填筑区域所需回弹模量控制要求,并以回弹模量为依据对软岩填料进行了分类.研究成果可为软岩填料分区优化填筑提供指导.     

纤维稳定土基层参数对路面力学响应的影响分析

为了分析聚丙烯纤维加筋水泥石灰土基层材料对路面结构设计及重载交通的影响,以聚丙烯纤维加筋水泥石灰土为对象,借助正交分析法,选取基层厚度、基层模量(聚丙烯纤维掺量)和底基层厚度作为主要影响因素,对聚丙烯纤维水泥石灰土基层沥青路面结构设计参数进行计算;同时分析了不同超载作用下纤维水泥石灰土基层沥青路面结构的弯沉及应力情况。结果表明:提高基层厚度有利于路面结构受力,同时使用聚丙烯纤维掺量为0.2%的水泥石灰土作基层材料,对于优化重载作用下的路面结构设计更为显著。为聚丙烯纤维加筋水泥石灰土在石料匮乏地区的应用提供了依据。     

路面结构的路基刚度提高方法

为满足路面结构对路基刚度的要求,基于弹性半空间和双层弹性体系弯沉等效原则,进行路基刚度补偿设计,揭示路基刚度、加铺材料刚度和加铺层厚度对加铺效果的影响。在大型加速加载试槽中选取一段足尺试验路,铺筑级配碎石刚度补偿层,计算并实测路基顶面当量回弹模量。对典型路面结构进行有限元计算,研究结果表明:按弯沉等效原则计算的路基顶面当量回弹模量理论结果与现场测试结果较吻合,能指导刚度补偿层的设计;当路基当量回弹模量从40 MPa提高至120 MPa时,路面结构的整体刚度提高26.9%,水稳层底的拉应力降低15.1%,说明提高路基刚度,能够有效提高路面结构的耐久性。     

水分迁移引起千枚岩填筑路基回弹模量衰变对路面结构力学特性的影响

为了分析水分迁移对千枚岩填筑路基回弹模量及其对路面结构力学特性的影响规律,基于水分补给条件下千枚岩填料回弹模量测试的试验结果,应用数值建模并分析了一般路基和路侧积水路基千枚岩填料路面结构层的力学特性,及路面结构层水平应力、轴向应力以及最大主应变的变化规律。结果表明:在试件底部补水条件下,各层含水率逐渐增大;随着深度的增加含水率呈现减小趋势;水分迁移引起土基回弹变形量逐渐增大,回弹模量大幅度降低,衰变率为60%;各路面结构层的方向应力及最大主应变随着回弹模量衰减率的改变产生较大变化,表现为边坡发生侧移和路面结构层容易发生不均匀沉降,进而形成纵向裂缝;基层是整个路面结构层的薄弱层,容易在过大拉应力作用下发生开裂,最终反射到面层并导致其出现反射裂缝,严重影响了道路整体的使用寿命。     

沥青材料抗压回弹模量衰减对路表回弹弯沉值的影响

针对使用中存在的沥青路面材料抗压回弹模量衰减问题,应用《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)和弹性多层体系理论研究了使用年限内沥青材料抗压回弹模量衰减对公路沥青路面路表回弹弯沉值的影响.实例计算表明:当沥青路面材料抗压回弹模量以3种常见形式衰减时,路表回弹弯沉值分别增加了45.93%,59.79%和51.08%,导致所设计公路沥青路面厚度难以满足使用要求.研究结果可供考虑沥青路面材料抗压回弹模量衰减的公路沥青路面厚度设计时借鉴.     

不同土质回弹模量的试验探讨

路基弯沉值作为路基验收的一个重要技术指标,它主要决定于路基顶面在一定应力级位下抵抗变形的能力,即回弹模量。设计回弹模量值不仅决定路基弯沉值的大小,而且又是路面结构层厚度设计的重要参数。回弹模量取值的可靠与否关系到路基的整体强度和路面结构层的厚度。因此回弹模量的研究是一项非常重要的课题,我中心试验室对该课题做了大量的试验,最后总结出该地区粉性土、粘性土、石灰改善土的回弹模量值,供设计、施工参考。     

干湿循环下红黏土回弹模量对路面结构影响

利用室内承载板法分析干湿循环作用下压实红黏土回弹模量变化规律,以壳牌设计软件BISAR3.0为计算工具,计算了干湿循环下红黏土回弹模量对路面结构的力学特性影响。结果表明:压实红黏土回弹模量值随干湿循环次数的增加而衰减,其中第1次衰减很大,经过3~5次干湿循环作用后,回弹模量基本都在10~15 MPa。面层层底弯拉应力、应变随红黏土土基回弹模量的减小而减小,基层、底基层层底拉应力、应变随红黏土土基回弹模量的减小而增加。底基层层底弯拉应力、应变与红黏土土基回弹模量的关系可用对数来拟合。结构层厚度随红黏土土基回弹模量的减小而增大,经第1次干湿循环其结构层厚度增加19.32%,当回弹模量稳定后其厚度增加21.59%。     

超薄水泥混凝土路面结构设计方法

超薄水泥混凝土(Ultra ThinWhitetopping,简称UTW)路面由于其板厚和平面尺寸的特殊性,尚无一套适宜的路面结构设计方法。在对UTW路面结构荷载应力和温度应力利用有限元法进行计算分析的基础上,提出了UTW路面结构设计方法。采用贝克曼梁或落锤式弯沉仪(FallingWeightDeflectometer,简称FWD),测定旧沥青路面表面回弹弯沉,计算综合回弹模量,来评价旧沥青路面承载能力,并推荐控制标准值为当量回弹模量宜大于188MPa。路面板的疲劳断裂是UTW路面的主要破坏模式,据此提出以控制行车荷载反复作用在板内所产生的荷载疲劳应力不大于混凝土弯拉强度作为路面板厚度设计的标准。确定了结构设计参数及路面板厚度计算方法。     

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.     

按预测轴载谱分析沥青路面的疲劳损伤

现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2006)轴载等效换算方法难以反映超载、重载交通对路面结构的影响。结构层参数取值未考虑结构层在疲劳过程中的材料损伤,是重载交通沥青路面出现早期破坏的原因之一。采用预测轴载谱和Miner法则,计算分析了路面结构的疲劳损伤累积过程,并考虑不同使用阶段路面基层模量衰减对路面结构损伤进程的影响。结果表明,半刚性基层厚沥青面层路面结构的疲劳损伤累积进程明显优于目前国内较典型的半刚性基层沥青路面结构。研究结果为重载交通沥青路面结构设计指明了方向。     

浸水条件下路基当量回弹模量分析

通过有限元模拟软件ABAQUS,模拟了典型路基路面结构水位变化时,FWD荷载下的路面响应,并通过迭代反算和加权计算的方法,得到了路基当量回弹模量.结果表明:水位的抬升对沥青面层层底拉应变和路基顶面压应变影响明显,二者的变化趋势均类似指数增长;在低水位(水位由-6 m抬升至0 m)时,路基顶面压应变变化更明显,其增幅为30.8%,而在水位抬升至路基浸水接近饱和时,面层层底拉应变变化更显著,水位由5 m抬升至6 m时增幅为39.3%;通过迭代反算和模量加权计算确定的路基当量回弹模量与路基湿度具有较强的相关性,回弹模量随着水位的上升,均呈现明显的线性减小趋势.     

土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

针对最不利季节土基强度值过低且不能真实反映不同季节土基强度变化的问题,引入等效回弹模量作为土基强度的设计值.根据东北地区粘性土、华北地区粘性土和西北地区黄土所测得土基回弹模量随季节的变化情况,得出不同地区的等效回弹模量值.通过对不同等级、不同轴载作用下沥青路面结构设计计算,分析了不同土基强度取值对路面结构层厚度的影响.结果表明:用等效回弹模量作为土基强度的设计值,土基设计强度提高了50%～60%,沥青路面结构层厚度平均减小10.4 cm.     

AASHTO法中土基模量取值对沥青路面的影响

为了考虑一年中季节含水量(含水质量分数)变化对土基强度的影响,保证土基强度设计取值的可靠性,在美国AASHTO沥青路面设计方法中采用有效回弹模量作为土基强度设计值.通过分析不同土基设计强度取值对沥青路面设计弯沉值、路面结构设计厚度及所能承受的交通荷载的影响,提出用有效回弹模量代替最不利季节模量作为土基强度设计值.研究结果表明,考虑季节变化的有效回弹模量值作为土基强度的设计取值,能够保证路面的整体结构强度,降低成本,使设计取值更具有合理性.     

基于响应面法的长寿命沥青路面结构优化

 考虑到长寿命沥青路面结构设计参数多、取值范围大等特点,利用力学分析软件研究了各结构层厚度、模量等因素对沥青层底拉应变和路基顶压应变的影响,通过响应面法分析了影响沥青层底拉应变和路基顶压应变的显著因素,并建立了相应的预测模型。结果表明,沥青中间层、基层和底基层厚度对沥青层底拉应变和路基顶压应变影响最为显著,沥青中间层、基层模量对沥青层底拉应变和路基顶压应变有一定影响,且沥青中间层16 cm、模量1800 MPa,基层6 cm、模量1200 MPa,底基层40 cm时,沥青层底拉应变和路基顶压应变综合结果最优。研究结果为长寿命路面结构组合优化提供了一定借鉴和参考。     

路基弯沉检测标准

针对<公路路面基层施工技术规范>(JTJ 034-2000)中路基弯沉检测方法存在的不足,结合西安-户县高速公路试验路实体工程,对土样进行室内轻、重型击实标准回弹模量试验,现场检测土基回弹弯沉值、回弹模量和压实度等指标,对检测数据进行回归分析,得出土基回弹模量与稠度、压实度的关系,进而推出季节影响系数与稠度关系.结果表明:西安地区土基回弹模量设计取值宜在规范基础上提高20%～40%;结合回归得出的土基回弹模量与土基顶面弯沉的关系,可以得到路基顶面弯沉检测标准,从而为路基弯沉检测提供依据.     

沥青路面结构力学响应的分层检测与分析

依托室内试槽水稳碎石基层沥青路面结构,应用分层检测分析方法逐层检测了路面结构层的竖向压应力、应变和弯沉,并采用双层弹性体系理论反算并验证了路面结构层的回弹模量.结果表明:土基回弹模量的微小变化对路面结构力学响应的影响可以忽略;各级荷载作用下,基层顶面的竖向压应力和面层层底压应变均随着荷载增大近似线性增加;养生后的水泥稳定碎石层以及沥青面层回弹模量可以被视为常数;双层弹性体系回弹模量反算方法合理可行,具有较高的准确性.在分层检测分析中,应尽量利用压应力测试数据,以获得较高的精度.     

沥青路面温度应力影响因素研究综述

综述了沥青路面温度应力影响因素的发展现状,总结了环境、路面结构以及材料因素对路面温度应力的影响规律,并对其敏感性进行定性分析总结.研究表明:与温度应力变化趋势正相关的因素有初始温度、降温速率、温差、路面宽度、面层模量、基层模量、面层&基层模量比值、基层&地基模量比值以及裂缝深度;与温度应力变化趋势负相关的因素有日平均温度、面层厚度、基层厚度与面层比热容;泊松比对温度应力的影响较小,可忽略不计.数种影响因素中,沥青路面温度应力对温差、降温速率、面层导热系数及路面开裂情况的敏感性较高.在此基础上,提出后续研究应对沥青路面温度应力进行多因素耦合分析,相关影响因素敏感性全面定性定量分析,考虑不同路面结构的区域特性,基于全寿命沥青路面概念进行全时程时效分析等,以更加准确地把握路面结构内部的应力状况,为路面设计及后续研究提供一定的参考价值.