高速公路拓宽路基病害机理及防治

为了分析高速公路拓宽路基病害机理,以京石高速公路拓宽为工程背景,在FLAC环境下利用Fish函数方法建立了高速公路路基拓宽的数值分析模型,研究了地基沉降对拓宽路基内竖向应力、水平应力和剪切应力的影响,结果表明:在路基拓宽中路基顶部拼接处首先出现拉应力,随着地基沉降的发展,路基顶部拼接处的拉应力区不断发展,并引起路基和路面出现纵向开裂;由于拓宽路基填筑高度不同,路基竖向附加应力分布不均,从而使得路基横向出现不均匀沉降;剪应力主要集中在拓宽路基中部,对拓宽路基病害贡献不大.最后提出了拓宽路基病害防治措施.     

拓宽路基不同沉降形态下沥青路面结构仿真

通过有限元仿真（ANSYS）,首先分析了不同高度路堤顶部沉降形态（选取填土高度分别为1.6和5.0m这2种实际工程）,然后计算出基于路基沉降形态的沥青路面受力情况,并与常用简化沉降形态下的情况进行对比.结果表明：a.实际沉降形态下低路堤顶部呈现＂勺＂形沉降,其路面结构除了在拼接处顶面（＂勺＂形曲线凸部）承受附加拉应力外,其新建路面部分的基层底部（＂勺＂形曲线凹部）存在较大反弯拉应力,底基层可能先于面层开裂;b.高路堤主要受面层顶面拼接处拉应力控制,其反弯拉应力不明显.简化沉降形态不能准确反映路面结构的破坏层和破坏点.     

浅议路基拓宽设计

原路基加宽后,新旧路基产生差异从而导致路面出现纵向开裂,处理好新老路结合部是公路拓宽设计的技术难题之一.     

重载作用下路面结构不均匀破坏特性

为了研究路面结构中同一层面强度不均对路面的影响,进行了车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的研究,基于实际轴载的作用形式,应用弹性层状体系理论建立路面结构的有限元模型.分析了重载作用下,公路沥青路面路面结构的力学响应.分析结果表明,在路面结构同层材质不均的情况下,沥青路面损坏的主要原因是轴载对路面结构作用产生过大的不均匀沉降使路面一次性加载在路面产生水平方向的拉应力导致拉张破坏.     

拓宽道路工后差异沉降控制标准

为了防止道路拓宽工程中过大的差异沉降引起路面纵向裂缝和路基失稳,以河南安新(安阳-新乡)拓宽道路工程为实体依托工程,采用有限元方法,从路面结构对差异沉降的力学响应、平整度对差异沉降指标的要求、行车荷载对差异沉降指标的要求等方面,研究拓宽道路工后差异沉降控制标准,并对差异沉降进行了分级.结果表明:以路面结构的力学响应考虑差异沉降控制指标较好,并以4 cm作为差异沉降控制标准的低限,以9 cm 作为差异沉降控制标准的高限.     

基于非均布荷载的柔性基层沥青路面纵向开裂分析

为研究柔性基层沥青路面纵向裂缝的产生机理和发展规律,实测了子午线货车轮胎在不同轴重和胎压下的接地印迹与应力。借助实测的子午线轮胎接地面积和简化的非均布轮载应力,建立了轮胎-路面非均布条形荷载力学计算模型,对不同沥青层厚度的柔性基层沥青路面结构进行了三维有限元分析,计算超载和设计轴载工况下2种路面结构最大拉应力和最大剪应力值及其发生位置,并依托级配碎石基层沥青路面足尺试验路进行了加速加载破坏试验,得到了中低温环境下沥青层开裂类型、发生位置和发展变化规律,提出以轮胎胎纹间隙处的最大剪应力作为沥青路面自顶向下开裂的力学指标;基于力学分析指标和足尺试验路疲劳破坏作用次数,构建沥青路面自顶向下疲劳开裂预估模型。研究结果表明:柔性基层沥青路面最大拉应力远离轮迹带,其应力值远小于沥青混合料的容许拉应力,对沥青层自顶向下扩展的纵向开裂无影响;最大剪应力发生在路表或距路表一定深度范围内,轴载越大,最大剪应力越接近路表,水平力越大,最大剪应力越靠近轮底中心;当轮载水平力系数由0增加至0.5时,最大剪应力由轮底边缘移至子午线轮胎第2条凸纹与第3条凸纹间隙处。足尺试验路重轴载加速加载破坏试验时,柔性基层沥青路面最先发生了位于轮底中心、源自路表自顶向下扩展的间断纵向裂缝,随重复轮载作用纵向裂缝逐渐连通,裂缝的扩展方向与轮胎胎纹走向一致,印证了纵向开裂源于轮底轮胎胎纹间隙处的理论分析结果,明晰了柔性基层沥青路面自顶向下开裂的关键破坏源。     

沿江堤路新老路基裂缝扩展微观机理

针对堤防路基改扩建工程中新老路基不均匀沉降和拼接处沥青层断裂等实际工程难题,通过建立新老路基结合处离散元模型,进行拓宽路基变形不协调和路面沥青层裂缝模拟,从细观角度分析了交通荷载、不同加载部位下新老路基拼接处不均匀沉降,以及各因素作用下路面沥青纵向裂缝的形成机理,并探讨了沥青层的变形破坏模式及平行黏结的断裂程度.结果表明:该离散元模型可以很好地模拟实际新老路基拼接处不均匀沉降;在交通荷载和沉降速度相同的情况下,加载部位置于新老路基交界处时,沥青路面纵向裂缝发展得更明显;在路基沉降速度和荷载作用部位相同的情况下,荷载越大,路面竖向沉降越大,沥青路面纵向裂缝发展得更明显.该离散元数值模拟研究成果为非刚性基层沥青路面的微观力学行为研究提供了一种辅助手段,弥补了室内试验可视化的不足,丰富了路基变形协调和沥青路面裂缝研究.     

差异沉降对拓宽路面结构影响机制研究

本文以高速公路拓宽工程为研究背景,借助大型地基沉降模拟试验平台,采用FBG应变传感网络系统,开展了几何相似比为1:2的大比尺模型试验,研究了路面加载条件下新、老路基差异沉降对路面结构层的影响机制问题。试验结果表明:新、老路基过大差异沉降,拓宽路面结构层随着路面荷载的反复作用,路面结构层顶部处于拉压应变的交替变化中,正是这种交替变化带来了路面的疲劳破坏。在新、老路基交界处铺设土工格栅能一定程度的消解新老路基间的不均匀沉降,进而能够一定程度的缓解差异沉降对路面结构应变的影响,但是这种缓解程度较为有限。     

城市道路拓宽改造研究

本文针对城市道路拓宽改造问题,分析了路基拓宽工程中常见的病害:剖析了新旧路基不协调变形的特征规律和沉降差异对路面结构损坏的原因:介绍了旧路拓宽工程的一些技术和方法。     

刚性路面半刚性基层在路基不均匀沉降下的力学分析

选取合适的应力函数,计算分析路基产生不均匀沉降时的半刚性基层的应力情况。计算分析表明,刚性路面板下半刚性基层顶面产生不致引起基层破坏的压应力,路基不均匀沉降引起基层破坏的力学机理是基层底面拉应力超过半刚性材料抗拉强度所致。半刚性基层底面产生的拉应力随基层厚度增加而增大,随路基不均匀沉降量的增加而增大。基层厚度(15～16)cm时,抵抗路基不均匀沉降的能力最佳。