土工织物在道路工程防裂中的应用

针对半刚性基层容易产生收缩裂缝的缺点,运用张紧的薄膜效应原理,分析了基层预锯缝处铺设的土工织物防裂夹层受力特性,研究了土工织物的防裂原理,并提出了带条土工织物防裂夹层的设计方法。在此基础上,对土工织物材料的技术要求、防裂夹层施工工艺进行了分析,并铺筑试验路进行了验证。结果表明,在半刚性基层预锯缝处合理地铺设一定宽度的土工织物,可以有效地延缓沥青面层反射裂缝的产生,并能阻止水渗入基层而减少唧泥破坏,从而可以大幅度提高沥青路面的耐久性。     

防淤堵滤层新材料的开发与性能

为了满足实际使用过程中对过滤性能和机械性能两方面的要求，设计开发了一种防淤堵滤层新材料，它是具有双层结构的针刺非织造土工织物。其中一层由较细的纤维组成，使土工织物具有优良的过滤性能；另一层由较粗纤维组成，提供土工织物的机械性能。通过实际测试并与常规土工织物进行对比得出，该防淤堵滤层材料具有较大的特征孔径和垂直渗透系数，能够满足防淤堵要求，而且在生产工艺相同的条件下，其机械强度也优于常规土工织物，是一种很有发展前景的新型土工材料。同时，还探讨了针刺密度对土工织物各项性能的影响。     

沥青路面加铺结构中土工布夹层黏结失效时温特性

针对含土工布夹层的双层沥青混合料试件进行直剪试验,以层间抗剪强度为指标,通过方差分析和多重比较分析了温度和加载速率对土工布夹层黏结失效的影响作用,建立了含土工布夹层试件的层间抗剪强度与温度、加载速率的数学关系,基于时间-温度等效原理确定了层间抗剪强度sigmodial主曲线,并对其时温等效特性进行了验证.结果表明:含土工布夹层试件层间抗剪强度受温度和加载速率显著影响,随温度升高或加载速率下降其值逐渐降低;指数模型对层间抗剪强度拟合效果良好,模型预估值与试验测试值基本吻合.sigmodial主曲线在更宽加载速率范围内表征了层间抗剪强度的变化趋势,黏层油蠕变柔量与层间抗剪强度两力学参量的移位因子一致性验证了土工布夹层黏结失效具有时温等效特性.     

应力吸收层沥青混合料的路用特性

通过对自主研发的Sampave特种改性沥青的应力吸收层混合料进行低温弯曲试验,分析沥青结合料对应力吸收层沥青混合料低温抗裂性能的影响;采用拉伸与拉压疲劳试验,比较不同沥青结合料的应力吸收层混合料抗拉伸变形与抗拉压疲劳性能.结果表明,研发的Sampave特种改性沥青混合料具有优良的低温抗裂、抗拉伸和抗拉压疲劳性能,但单一改性剂SBR改性沥青并不能达到应力吸收层沥青结合料的性能要求.     

土工织物加固机理及其实验研究

由于土工织物加筋过程中每层土工织物的受力并不均匀,并且各层土工织物所起的作用并不相同,有必要进行土工织物与土的相互作用分析,正是考虑这一点,首先建立了变形过程中土工织物的受力状态在其和土的共同作用的关系,并进一步进行了实验验证。     

应用土工织物防止反射裂缝的原理与施工技术

对土工织物的性能进行了分析，介绍了土工织物防止反射裂缝的原理，对施工中应注意的问题进行了较为详细的途述。     

土工格栅抑制沥青混凝土梁的损伤分析

目的研究土工格栅抑制混凝土梁的损伤效果,为沥青混凝土路面施工过程中的损伤开裂控制提供参考.方法应用Sidoroff和ABAQUAS损伤模型的有机结合,对未加铺土工格栅与在不同位置加铺土工格栅的沥青混凝土三点弯曲梁进行了损伤演化分析;运用疲劳试验对土工格栅加铺于梁底部进行损伤分析.结果土工格栅加铺层在梁底部和距梁底部1/3处加铺土工格栅后,沥青混凝土梁的损伤因子均得到了较大程度地减小,进而确定了土工格栅的最佳加铺位置为梁底部.疲劳试验结果表明,土工格栅加铺于梁底部能提高疲劳寿命8.49倍.结论土工格栅可以有效地抑制沥青混凝土的损伤,延长疲劳寿命.     

旧水泥路面沥青加铺层底受力试验研究

为研究夹层、裂缝、加载方式对旧水泥路面沥青加铺结构沥青层底受力的影响,制作无裂缝有夹层、有裂缝无夹层、有裂缝有夹层3种试件,采用反力架装置和千斤顶施加荷载,在沥青层底粘贴应变片,通过电阻应变仪和电脑自动记录沥青层底的受力.针对各种工况,绘制了沥青层底的应力与外加荷载关系曲线,拟合了相应的数学关系式,求出了一些关键的沥青层底拉应力.研究表明:外荷载小于0.8 MPa时沥青层底受力状态较好;无缝有夹层的罩面结构沥青层底拉应力最小,加载至1.4 MPa时,层底拉应力仍然低于容许应力;当施加1.4 MPa的荷载时,夹层能减小沥青层底应力40.54%,裂缝能增加沥青层底应力46.67%,偏载能增加沥青层底应力100%.因此,旧水泥路面沥青加铺罩面工程,需要填补既有裂缝、设置防裂夹层、避免偏向受力、车辆荷载最好控制在0.8 MPa以下,才能降低沥青层底拉应力,保证工程质量.     

胶粉改性沥青桥面防水层铺装结构黏弹性力学分析

胶粉改性沥青桥面防水层具有抗高低温性能好、抗施工损伤特性好、具有与沥青混凝土铺装层和水泥混凝土桥面板黏结性能好、环保等优点,利用黏弹性力学原理对设有胶粉改性沥青防水层的铺装结构进行受力特性分析,研究了防水层厚度、桥面铺装层厚度对桥面铺装结构抗剪性能的影响,并与室内试验结果进行了对比,结果符合良好.分析结果表明:随防水层厚度增加,最大剪应力值τmax会增大;随沥青混凝土铺装层厚度增加,τmax呈现先减小后增大趋势.沥青混凝土面层的厚度为13 cm时产生的τmax值最小.     

无纺土工织物过滤黏性土的长期渗透试验研究

为研究无纺土工织物过滤黏性土在长期渗流条件下的反滤特性,采用不同单位面积质量(克重)的无纺土工织物和淤泥质粉质黏土,通过长期渗透试验,测量了土-无纺土工织物体系渗透系数随时间的变化过程,分析了渗透系数随时间的变化规律,探讨了土工织物滤层的反滤特性,并结合已有的无纺土工织物渗透系数的计算公式,提出了计算过滤后无纺土工织物渗透系数的等效孔隙率法．结果表明：土-无纺土工织物体系渗透系数随着渗透时间持续减小并趋于稳定,与时间之间符合幂函数关系;无纺土工织物滤层的透水性用渗透系数来表征,其被土粒堵塞后的孔隙率决定了渗透系数的大小;基于等效孔隙率的简化方法,计算过滤后无纺土工织物的渗透系数下降了一个数量级,但仍满足反滤准则中的透水性要求;建立的渗透系数随时间变化的幂函数关系式可以较好地反映无纺土工织物滤层的堵塞情况和透水性．     

冲击碾压、橡胶沥青及应力吸收层组合技术在公路工程中的应用研究

分析了冲击碾压的作用机理、橡胶沥青的生成机理及应力吸收层应用性能.基于"强基薄面"理论,开展了冲击碾压、橡胶沥青及应力吸收层工艺组合技术在公路工程中应用试验研究.结果表明:对淤泥质软弱地基上的填石路堤进行冲击碾压加固是动力压密和动力固结双重作用结果;橡胶沥青的形成机理是胶粉与基质沥青在高温条件下混合后同时发生物理和化学两种反应,但以物理溶胀为主;橡胶沥青应力吸收层具有吸收应力、减缓反射裂缝、防水和增强层间黏结等优良功能.冲击碾压、橡胶沥青和应力吸收层组合技术现场应用效果良好.     

橡胶沥青应力吸收层对路面防裂的影响

应用有限元软件ANSYS,采用三维八节点固体单元有限元模型,分析了橡胶沥青应力吸收层的设置对路面防裂的影响,并探讨了应力吸收层的模量和厚度的合理取值。结果表明:设置橡胶沥青应力吸收层可以减少沥青面层在裂缝区的应力集中,增加路面结构的疲劳寿命,延长路面使用年限。     

基于结构韧性提升的超薄磨耗层层间处治设计

为提升超薄磨耗层的结构韧性和整体协同受力,提出一种“V”型开槽抗裂缝反射处治技术和特种不粘轮乳化沥青黏层组合的层间处治设计方案。通过室内复合试件的剪切试验和拉拔试验,对比分析了特种不粘轮乳化沥青的黏结效果,并使用法国Alize路面结构设计程序计算出了不同层间黏结状态下的路面结构使用寿命。通过有限元软件ABAQUS对路面结构进行了力学分析,验证“V”型开槽技术的抗裂缝反射效果。最终通过依托工程的现场实施和对比分析,验证采用该层间处治设计方案的实际使用效果。结果表明：特种不粘轮乳化沥青的层间黏结效果明显优于普通乳化沥青和改性乳化沥青,是一种性能优良的层间黏结材料,在最佳乳化沥青用量下,可分别延长使用寿命59.8%和34.8%；“V”型槽结构的槽底尖端形状可形成孔洞效应,能有效消减裂缝尖端应力集中,“V”型槽结构的应力强度因子K始终小于普通路面结构,说明“V”型开槽技术能够有效抑制动载作用下的裂缝扩展；从现场观测来看,采用“V”型开槽技术处治后的横向裂缝尚未发展到道路表面,而采用普通灌封工艺处理的横向裂缝已发展到道路表面,且整个试验段无其他病害产生,证明该层间处治设计方案使用效果良好,可有效提升超薄磨耗层的结构韧性。     

基于车辆加载实验的沥青路面动力响应分析

为研究车辆荷载作用下路面结构的动力响应,对沥青路面进行不同轴重,车速及不同的沥青层厚度条件下路面动力响应实测。结果表明:(1)柔性基层底部、下面层底部应变随车速增加而减小,随轴重增加而增大;(2)轴重相同时,下面层底部应变大于柔性基层底部应变;(3)下面层底部及柔性基层底部应变均随沥青层厚度增加而减小,厚度增加至23 cm时柔性基层底部应变不再显著降低;(4)基于层状弹性理论体系的计算结果与实测应变发展趋势并不一致,计算结果显示柔性基层底部应变大于下面层底部,拉应变随深度增加而增大,而实测结果表明最大应变并没有如计算那样出现在柔性基层底,而是出现在下面层底,因此经典层状弹性理论体系中以沥青混合料层底拉应变为最不利应变具有一定局限性。     

沥青混合料复合结构层间稳定性破坏研究

为了定量描述沥青混合料复合结构的层间破坏过程,本研究基于双线性内聚力模型,建立了直接拉拔试验中圆柱形沥青混凝土的三维有限元模型,该模型采用显式准静态方法求解了收敛问题,并系统比较了准静态参数(网格、加载曲线、质量缩放和模拟拉拔速率)对计算效率和精度的影响。结果表明,当加载曲线类型为光滑线、模拟拉拔速率为试验的10倍且质量缩放为100时,模型计算结果与试验结果最为一致,在沥青混合料复合结构拉拔破坏过程中,层间界面的最大应力集中在环形区域。     

基于内聚力模型的沥青混凝土-无机结合料层间剪切试验数值模拟

基于一种本文提出的考虑摩擦的PPR内聚力模型,采用试验与数值模拟方法,针对无机结合料稳定基层沥青路面层间连接薄弱,引起的层间滑移、拥包等病害的问题进行研究。首先,通过直接剪切试验测试沥青面层和无机结合料稳定类基层之间的连接特性,包括：抗剪强度、摩擦系数、剪切位移-剪切应力关系。然后,对层间连接效果进行数值模拟仿真分析,并与试验结果进行比对。结果表明：在法向荷载作用下,层间剪切应力随位移的增大分为三个阶段：剪切应力强化阶段、软化阶段、残余阶段,数值分析结果与试验数据吻合程度较高,证明PPR内聚力模型能够准确的描述半刚性基层沥青路面的剪切行为,也能准确的预测法向荷载作用下复合试件的抗剪强度,在涉及层间行为的路面结构计算中此模型具有应用价值。     

沥青路面层间粘结性能的黏弹性有限元分析

为深入剖析半刚性基层沥青路面层间粘结性能,基于黏弹性理论,建立三维有限元模型研究不同层间接触状态下基面层之间的剪应力分布.考虑实际工程情况,引入夹层,应用层间剪力定量描述其与时间的关系,研究夹层存在薄弱粘结和夹层参数对层间粘结性能的影响.结果表明:随着层间摩擦系数的减小,层间剪应力逐渐减小,沿路宽方向的剪应力较大,层间接触不连续时,剪应力存在突变;引入虚拟夹层后,随着加载时间的增加,沿行车方向的层间剪力逐渐增大,沿路宽方向的层间剪力逐渐减小;由于夹层存在薄弱粘结,剪力向薄弱粘结周围扩展,剪力最大值也有一定幅度的增加;随着夹层抗压模量的增大,层间剪力最大值逐渐增大;层间剪力随着夹层厚度的增加而增大,且增大趋势接近线性变化.分析结果表明,沿路宽方向的层间剪应力对路面力学响应起着重要的作用,在路面设计中应对基面层间的抗剪性能给与足够的重视,需要设置粘结层来改善层间接触状态,并采取适当的方法来消除夹层薄弱粘结和优化夹层设计参数.     

考虑层间接触状态的沥青路面力学性能分析

为研究不同层间接触状态的沥青路面力学性能,借助ABAQUS构建路面三维有限元模型分析了路面温度场下不同的层间接触状态对路面力学性能的影响,并建立了考虑层间接触状态的疲劳性能预估模型。研究表明：当深度路面在0.68 m以上,路面温度与深度呈三次多项式关系、路面深度在0.1 m以上时路面温度与外界环境气温呈二次多项式关系;层间接触状态对沥青路面拉应力影响最大、剪应力次之、对竖向变形影响最小,低速、重载的车辆能使路面最大拉应力、最大剪应力、最大竖向位移分别增大90.0%、70.0%、63.2%;与完全连续状态相比,随着层间接触状态的劣化,沥青路面的疲劳寿命最大降低了75.6%。可见为延长路面的使用寿命,施工时应连续铺装压实,严格控制层间粘结质量。     

沥青路面温度抗裂性能探索

分析了沥青路面温度裂缝产生的原因，并运用能量判据对沥青路面层间应力进行了详细分析，提出了如何提高沥青路面抗裂性能的可行措施。     

钢渣集料表面形貌对沥青吸收与黏附性能的影响分析

针对钢渣集料表面多孔、吸水率高、表面陈化裹附粉尘的问题，利用SEM扫描电子显微镜和荧光显微镜分别分析钢渣集料表面形貌和钢渣集料与沥青粘结界面结构，通过计算机断层扫描定量分析钢渣集料表面开口孔隙与沥青渗透深度的关系，研究钢渣集料与沥青拌和和浸渍后钢渣集料有效密度和沥青吸收率变化规律，并用滚瓶法试验来评价沥青与钢渣集料的粘附性能。试验结果表明钢渣集料表面存在独特的多孔结构和陈化产物层，而陈化产物层阻碍沥青与钢渣集料直接粘结，在界面处形成夹层结构，在动水摩擦作用下易导致沥青膜剥落。钢渣集料表面多孔结构对沥青只是部分吸收与填充，且与开口孔隙形状和大小存在较强依赖性，沥青渗透深度约为开口孔径的0.6倍。钢渣集料的吸水率和沥青吸收率具有很好的线性相关性，线性斜率约为0.39。与沥青拌和后，长期静置吸收沥青导致钢渣集料有效密度增加幅度小于0.5%。上述钢渣集料表面形貌特性可显著影响钢渣沥青混合料体积性能和抗水损害能力。