路基工作区的确定方法研究

通过应用BISAR软件,详细比较路基工作区深度的确定结果与原路基教材上的方法,全面分析了道路铺面结构的刚度效应、道路路基的刚度效应、车辆荷载的效应对路基工作区深度的影响.通过分析,发现原工作区深度确定方法中关于铺面结构层厚度当量换算方法存在不当之处,以及按车辆荷载附加应力与道路自重应力之比的应力比来确定路基工作区深度将带来的某些不合理之处,提出以车辆荷载附加应力与路基土单轴压缩强度之比的应力比作为衡量路基工作区深度的改进建议.     

路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响

针对使用中存在的路基回弹模量衰减问题,应用《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)和弹性多层体系理论研究了设计年限内路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响.实例计算结果表明:当路基回弹模量衰减超过20%时,所设计的沥青路面厚度已小于使用要求的限度.研究成果可供考虑路基回弹模量衰减的公路沥青路面厚度设计时参考.     

宕渣土路基上路面结构的受力特性研究

为了证明宕渣土的优良性能,文章基于有限元软件ABAQUS建立了现场96区模型,并结合现场96区段内2个实测点的承载板弯沉试验,反演出了宕渣土基层顶面当量回弹模量。在此基础上通过三维双圆荷载计算模型对结构层底的拉应力和沥青路面的弯沉值进行了分析。结果表明,即使将5％水泥稳定碎石结构层的厚度减少9 cm ,采用宕渣土路基的路面结构仍要优于采用34 cm厚5％水泥稳定碎石层的设计路面。     

地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。     

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%。     

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。     

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。     

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.     

浸水条件下路基当量回弹模量分析

通过有限元模拟软件ABAQUS,模拟了典型路基路面结构水位变化时,FWD荷载下的路面响应,并通过迭代反算和加权计算的方法,得到了路基当量回弹模量.结果表明:水位的抬升对沥青面层层底拉应变和路基顶面压应变影响明显,二者的变化趋势均类似指数增长;在低水位(水位由-6 m抬升至0 m)时,路基顶面压应变变化更明显,其增幅为30.8%,而在水位抬升至路基浸水接近饱和时,面层层底拉应变变化更显著,水位由5 m抬升至6 m时增幅为39.3%;通过迭代反算和模量加权计算确定的路基当量回弹模量与路基湿度具有较强的相关性,回弹模量随着水位的上升,均呈现明显的线性减小趋势.     

影响级配碎石模量的结构因素敏感性分析

基于KENLAYER计算模型对不同结构层厚度的级配碎石进行计算分析得到的数据,利用灰关联分析法分析了沥青面层厚度、沥青面层模量、级配碎石层厚度、半刚性基层厚度、半刚性基层模量及土基模量指标对级配碎石模量的影响程度.并得出各相关因素影响程度的排序结果.研究结果表明,灰关联分析法用于分析诸因素对级配碎石模量的影响能获得较好的结果;基于灰关联理论的排序结果表明,沥青面层模量是影响级配碎石模量大小的最主要的因素,级配碎石基层下的结构层位对其模量影响程度较小.     

基于均衡沉降的CFG桩处治公路软基控制标准

 采用有限元软件建立CFG 桩处治公路软土路基模型,分析桩间距、桩长和桩身模量与公路软基顶面最大沉降量的关系,提出公路软基均衡沉降控制标准。结果表明,路基顶面最大沉降量随着CFG 桩桩间距的增加而逐渐增大,随着桩长和桩身模量的增加而逐渐减小;对公路软基顶面最大沉降量影响最大的是CFG 桩的桩间距,将桩间距作为CFG 桩处治公路软基沉降控制标准;提出了不同CFG 桩桩间距组合的公路软基均衡沉降控制标准。     

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.     

国省道路面结构支撑体系研究

本文针对国省道公路重载交通严重、路基地基承载能力不足等特点，对国省道公路典型路面结构进行了力学分析，分析了国省道公路在现行的路基压实标准下的路面结构和路基、地基的受力规律，给出了不同交通轴载情况下路基的工作区深度；分析了超载对国省道公路路面结构的影响规律．为采取工程措施改善路面结构受力状态，延长道路的使用寿命提供了理论依据。     

高等级公路路面沥青层剪应力分布研究

采用实测轮胎接地有效面积和接地压力,通过编写Fortran程序将交通荷载转化为移动均布荷载,对三维多层的沥青路面进行有限元动态分析,得到路面沥青结构层剪应力沿深度方向的分布规律.结果表明,不同荷载条件下路面沥青层剪应力的差异明显,水平力对剪应力亦有较大影响;路面面层回弹模量、泊松比及基层回弹模量对剪应力的影响均比较显著.     

实测轮载接地压力的沥青路面车辙贡献率研究

利用三维有限元计算工具,考虑沥青路面结构层不同的模量和厚度组合,结合实测的竖向轮胎-路面接地压力并考虑水平轮载,分析沥青路面结构层的车辙贡献率.分析结果表明:沥青路面结构层各层的车辙贡献率不同,并受模量和厚度组合情况的影响,尤其是模量的影响更为显著;横向力的大小对中面层剪应变车辙贡献率的影响较小,对每一层压应变车辙贡献率的影响也较小,但对上、下面层的剪应变车辙贡献率影响较明显;轻型货车对车辙的贡献十分突出,不容忽视.     

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。     

高速移动荷载作用下板式轨道混凝土应变速率研究

基于有限元理论,运用ANSYS软件,建立路基及桥上板式无砟轨道的动力有限元模型,计算不同荷载工况下板式轨道的混凝土应变速率。结果表明:随着列车速度的提高,板式轨道混凝土应变速率逐渐增大。路基上板式轨道的混凝土应变速率较桥梁上的板式轨道混凝土应变速率大。多个移动荷载作用下板式轨道混凝土应变速率较单个移动荷载大,板式轨道混凝土应变速率在10-4~10-2 s-1处于动态性能范畴。     

路基土非线性性质对半刚性基层模量反算的影响

采用数值仿真技术,利用有限元软件MSC-NASTRAN模拟承载板试验,在充分考虑路基土非线性性质的基础上,对半刚性基层及底基层材料进行了模量反算。结果发现,路基土非线性性质对半刚性底基层的模量反算影响较大,而对半刚性基层的模量反算影响相对较小;另外还得到了一些较有价值的结果,对现场测定半刚性材料模量有一定的参考价值。     

基于土基反演模量一致性的刚性层设置方法

为了合理设置路面结构刚性层深度,提高模量反演结果的合理性,依托足尺环道试验路,利用落锤式弯沉仪(FWD),进行了路面各结构层逐层弯沉盆检测,分析了刚性层设置深度和荷载水平对逐层土基模量反演值的影响,建立了基于逐层土基反演模量一致性的刚性层深度设置模型.实例验证表明:与荷载水平相比,土基模量反演值受刚性层设置深度的影响较大;刚性层设置深度与路面等效厚度二者呈现指数相关性;与既有刚性层深度设置方法相比,该模型显著提高了土基反演模量一致性,逐层土基反演模量变异系数由12.9%以上降低为6.9%.     

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.