机场薄层沥青道面荷载应力和位移分析

采用三维等参有限元法,分析了简易机场薄层沥青道面各层间完全连续接触时土基回弹模量、基层回弹模量和厚度等因素对荷载应力和表面弯沉的影响。分析表明,半刚性基层底面拉应力随土基回弹模量、基层回弹模量和厚度近似呈线性变化;面层底面受压,应力值变化很小,基本不受影响;表面弯沉随基层厚度呈线性变化,随土基回弹模量和基层回弹模量呈曲线变化。     

半刚性路面疲劳特性的环道试验研究

通过室内环道试验，对半刚性基层沥青路面基层、底基层材料的疲劳衰减规律进行了深入研究，研究表明底基层为半刚性路面的临界荷位与半刚性材料的应变疲劳规律取决于其应变状态，通过实测应变与理论应变的对比分析，认为各层应变值与用抗压回弹模量的计算应变值较吻合，建议在弯沉和弯拉应力（应变）验算时统一采用抗压回弹模量。     

刚性路面柔性联接层有限元分析

基于中国半刚性基层水泥混凝土路面的使用经验,通过增加柔性联接层对现有路面结构进行改良,从而改善半刚性基层水泥混凝土路面的受力状态.利用有限元方法,建立加铺柔性联接层的水泥混凝土路面结构的3D有限元模型,对不同联接层材料模量和厚度情况下的路面各结构层进行力学分析.研究结果表明:半刚性基层自身变形随联接层厚度增加而递减,面层变形基本不受影响;水泥混凝土面板板底最大拉应力随联接层模量的增大逐渐减小,而半刚性基层和联接层层底拉应力逐渐增加;以上各结构层的变形能力和力学性能随联接层厚度和模量变化而变化的规律,为确定联接层合理的层厚和材料参数提供了一定的理论基础.     

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。     

半刚性路面疲劳性特性的环道试验研究

通过室内环道试验，对半刚性基层沥青路面基层、底基层材料的疲劳衰减规律进行了深入研究。研究表明底基层为半刚性路面的临界荷位与半刚性材料的应变疲劳规律取决于其应变状态，通过实测应变与理论应变的对比分析，认为各层应变值与用抗压回模量的计算应变值较吻合，建议在弯沉和弯拉应力（应变）验算时统一采用抗压回弹模量。     

疲劳试验中沥青混合料的弯拉劲度模量

为了确定弯拉劲度模量是否适用表征疲劳过程中试件的力学状态变化,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳过程中弯拉劲度模量随应变水平的变化情况,应变水平的变化模拟了实际路面厚度变化变化对层底拉应变的影响。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数的增加而急剧减小;随着应变水平的降低,衰减趋势逐渐变缓;通过研究发现,弯拉劲度模量可以用于表征应变疲劳过程中沥青混合料试件力学状态变化,并由此推算混合料的疲劳寿命。     

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.     

上覆荷载作用下胀缩性土干湿循环过程中胀缩变形规律研究

进行了限制侧向膨胀、允许侧向收缩时压实膨胀土、压实红黏土在不同上覆荷载作用下干湿循环试验,定量分析了在干湿循环过程中膨胀土、红黏土的胀缩变形规律.研究结果表明:在相同的干湿循环次数下,膨胀土、红黏土试样的胀缩变形幅度随上覆荷载的增加而逐渐减小,上覆荷载的作用能够不同程度地抑制膨胀性土的胀缩变形.     

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。     

行车荷载作用下粉土路基的永久变形

为探讨行车条件下沥青路面粉土路基的永久变形规律,首先依据弹性层状体系理论计算不同路面结构类型、不同车辆轴质量下,沥青路面路基的竖向附加应力分布特征;然后通过动三轴试验,分析了粉土路基土在重复荷载作用下的累积塑性应变与动应力大小、土体物理状态的关系,并建立粉土路基土的循环累积塑性应变预测模型;基于上述理论分析和试验结果,探讨行车荷载作用下粉土路基的永久变形.研究表明:路基永久变形随轴载作用次数增加而逐渐增大,但当作用次数超过1×106次,增大速率逐渐减缓;压实度对粉土路基的永久变形影响较大,当路基压实度较低时,提高压实度、增加基层厚度或增大基层模量均能显著减小路基的永久变形,但当压实度高于93%,不同行车荷载、不同路面结构的路基永久变形差别减小.     

考虑层间接触的沥青路面非线性疲劳损伤特性分析

运用通用有限元软件ABAQUS及其二次开发平台,建立考虑路面材料非线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析不同层间接触状态对受损路面结构层底损伤度、结构层底水平正应力、路表弯沉以及对路面结构层疲劳寿命的影响。研究结果表明:随着面层与基层层间摩擦因数的逐步增大,基层层底损伤度逐步增加,底基层层底损伤度逐步减小,且两者逐渐接近;基层层底水平拉应力逐渐减小,底基层逐渐增大;路表弯沉逐渐减小;基层疲劳寿命减小,底基层疲劳寿命增加,且两者逐渐接近。总体来说,良好的层间接触状态能使各结构层充分发挥作用,从而增强结构整体承载能力。     

单幅值动载下加筋红黏土路基动三轴试验分析

为探究红黏土路基在循环荷载作用下的动力特性,以柳州红黏土为试验研究对象,在不同加筋层数下对加筋红黏土进行固结不排水动三轴试验,研究加筋层数对加筋红黏土动力特性的影响。试验结果表明: 加筋红黏土的轴向累积应变随着加筋层数的增加而减小,但加筋的增幅作用呈现递减趋势,从无筋试样开始,相邻加筋层数轴向累积应变降低的幅度分别为14.5%、10.6%和6.4%;随着加筋层数和振次的增加,加筋红黏土的回弹模量逐渐增大,但是加筋对土体回弹模量的增强效果并不显著;加筋能有效减小加筋红黏土的体应变,且随着加筋层数的增加,加筋效果越显著,3层加筋相比于2层加筋,体应变降低的幅度达75.04%;利用滞回圈斜率k描述土体刚度和弹性性能,随着加筋层数和振次的增加,k值先平缓上升,随后迅速增大,说明土体的刚度和弹性得到提高,但加筋效果与加筋层数并不成正比。     

冻融循环作用对石灰改良黏土侧限回弹模量的影响

为研究石灰改良黏土经冻融循环作用后其回弹模量的变化规律,对不同石灰掺量最佳含水量下的土体进行了试验研究.试验结果表明:在掺灰剂量8％以下时,土体随掺灰剂量的增大其回弹模量逐渐增大,掺灰后的土体随着冻融循环的次数增加回弹模量逐渐减小;经历第一次冻融循环后的模量衰减幅度较大,经历6次冻融循环后其回弹模量值逐渐趋于稳定,各级掺量下的石灰土经冻融后模量衰减比例均小于素土;对于不同压实度下的土体,冻融循环下回弹模量衰减趋势大体相同,与未冻融土体相比,衰减值在30％左右.     

粉土动态回弹模量试验研究

利用动三轴试验,研究粉土动态回弹模量的影响因素及其规律,分析动态回弹模量对偏应力、侧应力和体应力的依赖关系,在回弹模量本构预估模型的基础上,采用偏应力和体应力为变量的动态回弹模量本构模型对试验数据进行回归分析.结果表明:动态回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小.所选模型具有较高的决定系数,证明所选模型具有较高的合理性与可靠性,同时获得了不同含水量和压实度下粉土的动态回弹模量预估模型,可为基于动力学的路面结构设计提供参数.     

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。     

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。     

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.     

湿度波动下黏质土路基回弹模量演化规律

历经多次干湿循环的路基土,其力学性能劣化现象非常突出,路基的路用性能也随之衰减.基于室内试验研究含水率周期性变化对路基回弹模量的影响规律.遵循现场测试含水率变化态势,利用"透水石渗水—静置—烘箱脱水—透水石渗水—静置—烘箱脱水……"一系列湿度循环来模拟现场路基土的含水率波动过程,同时测试其回弹模量.结果表明:黏质路基土回弹模量受含水率变化的影响非常明显,回弹模量随湿度循环次数的增大而减小;在相同的应力状态下,黏质路基土的平衡含水率越高,其回弹模量值对含水率的周期性变化越敏感,且回弹模量值趋于不稳定状态.     

基于宕渣路基的沥青路面结构力学性能研究

为研究宕渣路基对沥青路面结构层力学性能的影响,开展了不同试验条件的宕渣土石混合料循环压缩试验。基于弹性层状体系理论,选用合适的材料参数,通过ABAQUS软件建立典型的路面结构,分析了宕渣路基回弹模量(E_0)对路基顶面压应变(ε_C)、路表弯沉(Ls)、水稳基层厚度、层底拉应力(σ_t)的影响,以及E_0对超载作用下路面结构力学性能的影响。结果表明:含水率(w)对级配2的E_0的影响最小,建议采用级配2的宕渣土石混合料作为路基填筑材料,工程建议值为其平均值244 MPa。二次函数能较好地刻画w与E_0之间的关系;宕渣填筑路基可以显著提高E_0,改善路面结构的力学性能,L_s、σ_t、ε_C随着E_0的上升而逐渐下降;对数函数可以很好地刻画基层厚度与σ_t之间的关系。通过增加路基回弹模量可以适当缩减水稳基层厚度,减薄厚度的宕渣路基路面结构力学性能仍然优于普通路基沥青路面结构;通过增加路基回弹模量可以改善超载作用下路面结构的力学性能,宕渣填筑路基后L_s、σ_(t(面层))、σ_(t(底基层))、ε_C的减幅范围分别为23.31%～38.80%、4.99%～11.14%、20.70%～47.69%、32.40%～59.16%。     

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。