软土地基路基不均匀沉降引起路面结构附加应力

以解析解表达式为基础详细分析了不同沉降量和路面结构参数对路面结构附加应力的影响。沥青面层的厚度增大 ,面层底面的附加压应力近线性减小 ,而基层底面和底基层底面附加拉应力却近线性增大 ;随着基层厚度和底基层厚度的增加 ,路面各结构层附加应力都呈线性增大。沥青面层模量和底基层模量对面层底面的附加应力影响明显 ,而基层模量影响不太明显 ;基层底面及底基层底面附加拉应力随着各层模量的增加呈线性增大 ,沥青面层模量及底基层模量对层间剪应力影响尤其明显。     

不同等效原则的基层顶面当量回弹模量算法

应用弹性层状理论，研究了不同等效方法对基层顶面当量回弹模量换算结果的影响。结果表明，以弯沉等效为指标的基层顶面当量回弹模量值不能很好地反映板下地基的受力特性，会导致板底应力计算结果偏小；而以板底拉应力等效为指标的基层顶面当量回弹模量值能较为真实地反映基层刚度和厚度变化对板底拉应力的影响。因此，对于水泥混凝土路面结构设计时建议采用基于拉应力等效的换算方法，而基于弯沉等效的换算方法则可用于基层(或垫层)弯沉的检测。     

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%。     

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.     

混凝土块料铺面结构分析

本文将水泥混凝土块料铺面结构简化为面层有竖向接缝的空间轴对称多层体系,应用有限元法分析表面弯沉、基层和路基内的应力和应变量。室内试验验证结果表明,当垫砂层弹簧系数和接缝刚度系数等计算参数选用适当时,实测弯沉曲线同有限元分析结果能相符合。本文为两种基层的块料铺面分别提出了以永久变形和回弹弯沉量(粒料基层)或基层底面弯拉应力(半刚性基层)为设计指标的结构设计方法。     

半刚性基层不同龄期弯沉检验标准

半刚性基层材料的强度与模量随龄期增长,基层弯沉值也随着龄期变化。为得到半刚性基层不同龄期的弯沉检测标准,在室内成型二灰土和二灰碎石试件,并在标准条件下养生;采用顶面法测定试件不同龄期的抗压回弹模量,得出其模量随龄期增长的规律,将其代入弹性层状体系理论简化公式中,得出不同龄期半刚性基层顶面弯沉值计算公式,并给出其实例应用的说明。结果表明,采用该弯沉公式并结合路面实测数据计算出的弯沉值,作为相应龄期半刚性基层的施工弯沉检验标准值,能充分反映半刚性基层弯沉值随龄期的变化规律,更好地评价路面施工质量。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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．     

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.     

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。     

材料非线性对沥青道面结构力学响应的影响

借助三维有限元软件,建立半刚性基层沥青道面和柔性基层沥青道面结构模型,分析了B737,B767,B777飞机荷载作用下,土基材料非线性、粒料材料非线性、土基和粒料材料均为非线性三种情况时对道面结构力学响应的影响.结果表明,在三类不同起落架荷载作用下,随着轮载的增加,材料非线性对道面结构力学响应的影响逐渐增加,土基非线性对两种道面结构的力学响应影响不明显.半刚性基层沥青道面结构,粒料非线性与土基和粒料均为非线性时对道面表面弯沉和土基顶面竖向压应变影响不显著,但对沥青面层底部的拉应变和半刚性基层底部的拉应力影响较为明显.柔性基层沥青道面结构,粒料非线性对表面弯沉的影响不显著,但对土基顶面竖向压应变影响较大,土基和粒料均为非线性时对沥青面层底部拉应变的影响明显.     

基于有限元ANSYS的半刚性基层沥青路面力学响应分析

为解决乌鲁木齐市城市道路半刚性基层沥青路面横、纵向裂缝和车辙病害严重的问题,选取乌鲁木齐市城市道路典型的半刚性基层沥青路面结构,对面层厚度、基层模量以及基层厚度进行规律性的变化,研究沥青路面结构在不同行车荷载作用下的力学分布及变化规律.利用ANSYS有限元软件对不同行车荷载作用下的半刚性基层沥青路面结构进行仿真计算,并对提取的数据进行分析.结果表明:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,但减小幅度却各有不同;随着半刚性基层厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,且减小幅度均较小;随着半刚性基层模量的增加,竖向位移和沥青层剪应力均逐渐减小.因此,建议沥青面层在18～20 cm取值,半刚性基层厚度在35～40 cm取值,半刚性基层模量在1500～1600 MPa取值.