沥青路面面层和基层结构模量的反算

分析了路面面层刚度对路表弯沉盆形状的影响 ,并在此基础上利用“惰性点”理论开发了一套反算路面面层和基层模量的方法 .通过大量理论分析和数值验证发现 ,当路面面层模量较大时 ,荷载作用下路表弯沉盆较坦 ;相反 ,当面层模量较小时 ,路表弯沉盆较陡 .利用这一特性 ,创造了一种新的反算路面模量的迭代方法 ,即利用惰性点方法反算得到的地基模量 ,匹配荷载中心点和附近校核点 2处的弯沉值 ,得到面层和基层的模量 .该方法过程收敛 ,且反算解唯一 .最后还给出了一套沥青路面结构模量反算程序的算例和结果敏感性分析     

基于两点路表弯沉反算土基回弹模量的研究

基于层状弹性理论,利用远离承载板中心的两点路表变形响应反算土基回弹模量。根据半刚性基层沥青路面常用路面结构组合形式,构建土基回弹模量与两点路表弯沉值之间一一对应的数据库,建立回归模型。由理论弯沉盆和实测弯沉盆的预测结果表明,建立的土基回弹模量回归预测模型具有良好的精度和可靠性,为进一步快速、有效地评定土基的承载能力提供了依据。     

沥青面层的疲劳等效温度

分析了沥青面层疲劳寿命与面层温度的均值和梯度的相互关系.基于疲劳损伤等效原则,给出了沥青路面面层疲劳等效温度的计算方法.根据全国95个地区多年的路面温度场数据,对沥青面层疲劳等效温度进行了计算和分析,总结了沥青面层基准疲劳等效温度与地区海拔、路表温度特征值(多年路表温度均值和标准差)之间的回归关系,据此推算得到了全国738个地区的沥青面层基准疲劳等效温度值,并绘制了可供设计采用的全国沥青面层基准疲劳等效温度等值线图,归纳了非基准条件下各因素对沥青面层疲劳等效温度的影响规律,给出了各因素修正计算式.最后通过对比分析,验证了沥青面层疲劳等效温度计算方法和结果的可靠性.     

基于分形理论的沥青加铺层不同层间接触状态力学响应分析

为了研究不同层间接触状态下旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土路面的力学响应。运用基于分型理论的W-M接触模型计算沥青混凝土层与水泥混凝土层间的弹塑临界接触面积,利用弹性剪切柔量模拟层间接触状态,并利用Bisar软件计算不同层间接触状态下的路表弯沉及沥青层底弯拉应力变化。结果表明:利用分形接触模型能够确定出层间弹塑性临界接触面积;不同接触状态下路表弯沉及沥青层底弯拉应力变化较大;连续接触状态有利于沥青层底受力及减小路表弯沉。     

基于ABAQUS软件薄型沥青路面力学响应分析

为了掌握薄型沥青混凝土道路在车载作用下受力特点,道路结构层参数变化对沥青混凝土路面的力学响应,采用有限元软件ABAQUS建立薄型沥青混凝土路面的结构模型,通过有限元软件分析各结构参数的变化对沥青层底拉应力、路表弯沉、面层剪应力敏感性,并且对各个因素的敏感性进行评价。结果表明,面层模量和面层厚度的增加可减小路表弯沉,从面层模量和面层厚度的改变对路面指标的改变幅度来看,基层模量改变对层底最大拉应力的影响显著,面层模量的改变对面层位置不同处最大剪应力峰值的影响也比较明显。因此在薄型沥青混凝土路面技术应用中,应该加强控制基层材料性能指标。     

沥青路面惰性弯沉点的选取及土基模量的反演

水泥混凝土路面存在弯沉几乎不随模量变化而变化的惰性弯沉点,并可用于反算水泥混凝土路面结构模量。为了使理论弯沉盆与实测弯沉盆相匹配,将刚性下卧层引入到理论弯沉盆的计算当中,经过大量的弯沉盆计算发现,沥青路面惰性弯沉点的选取较为困难,提出了一种基于均方根误差最小准则的惰性弯沉点选取方法,并将其应用于土基模量的反演中。在基于惰性弯沉点的土基模量反算中发现基层模量的大小对土基模量反演的精度有比较大的影响,并分别回归出针对柔性基层和半刚性基层的路面结构信息与惰性点参数的关系。选取不同的路面结构进行土基模量反演,理论上论证回归公式的精度,用实测弯沉盆进行模量反算,并与国内外其它反算程序比较,验证了基于惰性弯沉点的土基模量反演方法的精度和可靠性。     

水泥混凝土路面加铺沥青层结构应力分析

为了指导旧路加铺工程合理设计,对加铺结构在交通荷载作用下的受力状态进行了分析。基于路面力学弹性层状体系理论,建立了旧路加铺路面的轴对称有限元模型。主要考虑交通荷载作用,分析了沥青加铺层层底拉应力、剪应力和旧水泥路面层底的拉应力等指标。考虑加铺层和应力吸收层模量的影响对路面结构的力学响应进行了分析计算。为了快速计算材料力学性能对路面结构受力的影响,基于数值计算结果给出一个路表弯沉和沥青加铺层底拉应力的简易计算公式。结果表明:在车辆轴载作用下,增设应力吸收层会减小路表弯沉、沥青层底拉应力、新旧层间的剪应力和水泥层底拉应力各项指标,对于改善路面结构受力状态有积极影响;随着沥青面层模量的增加,路表弯沉、沥青层底剪应力和水泥层底拉应力都趋于减小,但是沥青层底拉应力会增大。由此建议在旧水泥路面加铺沥青面层设计时,应适当选用高模量的沥青混凝土材料,可以缓解路面新旧层之间的剪切脱层破坏,进而延长旧路改造路面的服役寿命。     

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。     

横观各向同性的半刚性基层沥青路面结构

为了分析土基和沥青面层材料的横观各向同性特性对半刚性基层沥青路面结构的影响,基于建立的横观各向同性沥青路面设计理论,运用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,利用沥青面层及土基横观各向同性特性,对半刚性基层沥青路表(路表面)弯沉进行了研究。同时运用ANISOLAYER程序分析了在不同厚度沥青面层及不同半刚性基层弹性模量情况下,土基横观各向同性特性对路面结构关键性设计指标的影响(路表弯沉、半刚性基层底部拉应力及路基顶部压应变,沥青层底应变为压应变或较小的拉应变,故未考虑)。研究结果表明:无论是面层还是土基,其各向异性度(水平弹性模量与垂直弹性模量之比)对路表弯沉的影响曲线变化趋势是一致的;随着土基水平模量的增加,延长了路面的寿命;随着半刚性基层弹性模量的增大,土基水平模量的变化对路表弯沉及基层底部拉应力的敏感性将降低,对路基顶部压应变的敏感性更加显著,但其绝对值较小。     

级配碎石基层沥青路面FWD反算模量换算系数

为了获取真实反映沥青路面结构力学特性和材料性状的结构模量参数,铺筑了4种结构级配碎石基层沥青路面足尺试验路,对其进行加速加载疲劳破坏试验和路面弯沉检测。基于FWD弯沉测试方案,应用分层检测分析方法逐层检测了路面结构层的弯沉,并根据足尺路面加载破坏的损坏程度,进行了路表FWD弯沉测试和弯沉迭代反演,分析了FWD反算模量受荷载水平、位置和路面温度的影响规律,建立了FWD反算模量与实验室动态模量的关系,提出了沥青混凝土、级配碎石和路基土实验室动态模量与FWD反算模量的换算系数K。研究结果表明：沥青混凝土模量受温度和轮载作用的影响最大,路面结构完好的沥青层反算模量换算系数K=0.7~1.0;路面出现Top-down开裂后,K=1.3~1.5;沥青层层底出现疲劳破坏时,K>1.5;级配碎石层反算模量换算系数为1.32~1.49;土基反算模量换算系数与其所受的应力水平及土质类型相关,随应力水平的降低,土基反算模量换算系数减小。     

利用BP神经网络反算沥青路面结构层弹性模量的研究

 基于层状弹性理论,利用BP神经网络预测沥青路面结构层弹性模量。根据常用的路面结构形式,基于层状弹性理论构建路表弯沉值与结构层参数之间的数据库,并以此数据库建立沥青路面结构层弹性模量BP神经网络预测模型。对理论及实测弯沉盆进行结构层弹性模量预测效果检验,并对比分析计算弯沉盆与实测弯沉盆拟合程度。分析表明,建立的沥青路面结构层弹性模量BP神经网络模型具有较好的预测精度,为准确、快速地评价沥青路面结构层的使用状况提供了参考。     

考虑碎石横观各向同性的路表弯沉及结构分析

使用基于横观各向同性层状弹性体系解编制的路面结构分析程序ANISOLAYER,对沥青路表弯沉进行了分析. 结果表明,当碎石基层厚度达到一定程度后,其横观各向同性特性对路表弯沉的影响将不明显.不同沥青面层厚度情况下,碎石基层水平模量对路面关键性设计指标的影响分析结果表明,将碎石材料看作横观各向同性体可有效降低基层底部的拉应力,基层水平模量的变化对路面关键性设计指标影响较大;较厚的沥青面层以及适中的基层厚度,可使路表弯沉和面层底部拉应变降低;而对于薄及中厚沥青面层,基层横观各向同性特性对路基顶部的压应变影响较大.     

动荷载作用下沥青路面的表面裂缝扩展研究

【目的】研究沥青路面表面裂缝在动荷载作用下的扩展行为,分析完整沥青路面结构和含表面裂缝结构的负荷响应,探讨应力强度因子K₂随着荷载变化的规律,以及表面裂缝在扩展过程中K₂的敏感性,为公路工程中路面结构抗裂设计提供一定理论依据。【方法】应用有限元软件ABAQUS建立沥青路面表面裂缝结构模型,基于动力学理论对交通荷载作用下沥青路面结构进行数值计算。【结果】动荷载作用下,完整沥青路面的表面弯沉较静态荷载有所减小,随着裂缝扩展深度的增大,弯沉值会逐渐增大; 动应力强度因子K₂的变化曲线较荷载变化曲线具有一定的滞后性,且最大值大于静态荷载下K₂的值; 表面裂缝向下扩展过程中,K₂在扩展前期增长速率较快,扩展至面板厚度一半后,K₂的增长速率逐渐放缓; 减小面层模量、增大基层模量和厚度,能够较好地抑制表面裂缝的扩展,其余参数则影响较小; K₂随着行车荷载的增大呈线性增长趋势,裂缝扩展越深K₂增加越显著。【结论】延长含表面裂缝的沥青路面结构的使用寿命,较好的方法是减小面层动态模量,适当增大基层的动态模量以及增大基层的厚度。     

考虑层厚的路面弯沉修正系数研究

路表弯沉实测值与计算值之间常常存在较大偏差，需以弯沉综合修正系数调整．现行沥青路面设计规范中，弯沉综合修正系数F缺乏对路面结构层厚度的考虑，且存在“反常现象”，即随着土基模量的增大，设计厚度也增大的现象．通过现场试验路的测试分析，提出了新的F计算式，以反映F随不同路面结构层厚的变化规律，适应不同层厚的路面结构．     

沥青路面沥青层剪应力变化简化模型研究

根据层状弹性理论利用有限元软件ANSYS建立了计算多层沥青路面的有限元模型,并利用其计算多层沥青路面结构的沥青层剪应力沿深度方向的分布规律,通过计算大量结构分析总结出沥青层剪应力随着面层厚度、基层模量和基层厚度改变的变化规律;在这些规律的基础上通过修改伽马分布的密度函数的公式试算得出了沥青面层沿深度方向剪应力规律曲线的数学方程.结合此方程和本课题组研究的车辙预估方程编纂了计算剪应力分布和路面车辙预估的应用软件.     

基于横观各向同性碎石底基层沥青路面结构分析

基于所建的横观各向同性层状弹性体系解,使用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,分析了碎石材料横观各向同性特性对碎石底基层半刚性沥青路面结构的影响,对于软土地基来说,起到一定的加筋作用,随着粒状类材料水平模量的减小,可有效地降低半刚性基层底部的拉应力,使路面结构的受力状况更加符合实际,而且从路表弯沉、沥青层底部拉应变、半刚性基层底部拉应力以及路基顶部压应变来看,都使路面的寿命减小。     

排水沥青路面表面强化技术对比

为了研究水性环氧乳化沥青和环氧树脂砂浆作为表面强化材料用于排水沥青路面表面强化技术,通过室内渗水试验、单面肯塔堡飞散试验、湿轮磨耗试验以及摆式摩擦系数测定试验研究表面强化对排水沥青路面渗水性能、抗飞散性能以及抗滑性能的影响,并依托西阜高速公路排水沥青试验段进行了排水沥青路面表面强化实体工程应用及效果评价。研究结果表明：排水沥青混合料表面强化后,渗水性能随之降低;其抗滑性能也略有降低;抗飞散性能提高较大。实体工程采用0.2 Kg/m²(0.02 g/cm²)的水性环氧乳化沥青和2 Kg/m²(0.2 g/cm²)的环氧树脂砂浆用量对排水沥青路面进行表面强化,表面强化后的排水沥青路面渗水系数有一定程度的损失,但在后期过程中,其渗水系数的衰减速率明显缓于普通排水沥青路面,表明其有一定的防空隙堵塞功能;其摩擦系数有所降低,但仍然表现出了良好的使用性能;表面强化后初期、3个月以及6个月后的排水沥青路面芯样的飞散损失均小于普通排水沥青路面,表明其提高了排水沥青路面抵抗飞散病害的能力。     

军用机场沥青混凝土道面结构设计指标确定

根据机场荷载和交通量特点，基于对沥青道面损坏形式和原因的分析，提出进行设计控制的指标；针对军用机场沥青道面的典型荷载和典型结构对指标进行大量计算分析，指出对沥青道面的性能要求主要是强度而不是变形，结构设计以半刚性基层、底基层的拉应力为主要设计指标，面层拉应力和剪应力作为一定条件下的验算指标。