排水沥青路面空隙变化下的动力响应分析

分析排水沥青路面在渗流和动荷载联合作用下的动力响应过程,提高排水路面行车安全.通过设计物理实验获取沥青混合料参数,建立排水沥青路面数值分析模型,分析路面内部空隙变化下的排水沥青路面超孔隙水压力和特征应力的时程变化情况,并与普通密级配沥青混凝土路面进行对比.结果表明：在行车荷载作用下,排水沥青路面内出现超孔隙水压力的正、负交替变化,在面层与基层交界面处最为严重,排水面层和防水层渗透性的差别会导致局部超孔隙水压力突变.排水沥青路面排水面层内的超孔隙水压力远小于密级配沥青混凝土面层和其他结构层,排水面层中竖向应力较密级配沥青面层大,且超孔隙水压力的消散速度更快.     

移动交通荷载下饱和沥青路面的水力耦合分析

为了解沥青路面的水损害机理,基于Biot动力固结理论,建立了移动交通荷载下“面层-基层-路基”三层体系的物理模型和水力耦合动力控制方程.利用Fourier级数展开、Fourier变换等方法获得了各路面结构层中各物理场分布的半解析解和数值解.经过对比分析干燥路面和饱和路面面层中的应力分布和孔隙水压力分布、路面面层底部排水条件对路面动力响应的影响以及路面剪切模量对孔隙水压力分布的影响,发现:相对于干燥弹性的沥青路面,饱和沥青路面在移动交通荷载的作用下会产生较高的拉应力,形成更大的拉应力区;完全排水边界会显著影响高渗透性路面内的孔隙水压力和孔隙水流速的分布和大小,但是对于低渗透性的路面而言,完全排水边界对孔隙水压力和孔隙水流速的分布和大小影响较弱,只在接近于面层底部的小区域范围内影响显著;最大孔隙水压力随着面层剪切模量的增大而有所降低;排水和不排水边界条件下的最大孔隙水压力都随着基层剪切模量的降低而有所增大.     

沥青路面动水压力计算及其影响因素分析

为了分析沥青混凝土路面在循环车辆荷载作用下的孔隙水压力反应,针对饱水情况,利用变温粘弹性理论和Biot动力固结理论,由Galerkin加权余量法,形成以节点位移及节点孔隙水压力为状态参数的有效应力有限元格式;并选取常用的双圆荷载计算模型,对饱水沥青路面孔隙水压力的空间和时间分布进行计算.计算结果表明:有效应力及孔隙水压力均与外荷载具有相似的波形,只是在不同空间位置出现不同的峰值大小和相位滞后.通过分析可以得出:渗透系数和加载速率是影响孔隙水压力峰值的2个关键参数,它们对后者具有负指数影响效果.     

FWD荷载作用下碾压混凝土基层沥青路面的动态响应试验

为研究碾压混凝土基层沥青路面在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动态响应,铺筑了试验路,通过在试验路内部布设应变传感器,获取了不同工况条件下试验路路面结构层内的应变响应,分析了碾压混凝土基层沥青路面的动态特性及荷载、温度等因素对路面动态响应的影响,构建了碾压混凝土基层沥青路面结构沥青面层底最大水平拉应变预估模型.结果表明:FWD荷载作用下,在距离荷载板中心30 cm范围内路表弯沉变化较大,距离荷载板中心30 cm范围以外,路表弯沉随位置变化的幅度较小,且温度越高,这种趋势越明显;在加载中心点的正下方,路面结构层内部表现为拉应变,且荷载越大,应变越大;相同荷载作用下,碾压混凝土基层沥青路面的底基层、基层与面层底的应变均小于传统半刚性基层沥青路面,随着荷载水平增加及温度升高,路面结构层内部的应变逐渐增大;路面结构层底的应变随荷载增加呈线性增加,随温度升高呈指数增加,路面温度升高50%,50 kN荷载作用下沥青面层底的应变水平与100 kN荷载相当.     

沥青路面力学响应影响因素敏感性分析

以修正的Burgers模型作为沥青混合料本构模型,通过有限元软件分析了荷载大小、加载方式以及面层材料对路表竖向位移、底基层底面水平应力、面层内剪应力以及路表轮迹处竖向应力的影响.结果表明:荷载大小为影响沥青路面应力场和变形场的最主要因素,胎压1.0MPa较0.7MPa的作用效果增大40%,随着荷载的继续增大作用效果将继续增大;沥青路面的主要承重部分为基层以下的结构体,面层材料的类型和力学参数对沥青混凝土路面力学响应影响相对较小.该研究可以为沥青路面的优化设计与力学分析提供一定的理论指导.     

考虑孔隙水压力不利影响的沥青路面结构组合分析

为研究水对不同路面结构的影响程度,基于多孔介质理论,选取16种典型高速公路沥青路面结构组合方案,建立动载作用下饱水沥青路面有限元模型,对路面结构内部层间最大孔隙水压力进行分析,并以孔隙水压力不利影响最小化建议适用于不同地区沥青路面结构的组合方案.结果表明,方案八(OGFC-13+AC-20+ATPB-25+水泥稳定碎石+级配碎石)的路面结构孔隙水压力最小;设置ATPB路面结构层能够有效减小孔隙水压力;贫混凝土作为基层的孔隙水压力较水泥稳定碎石的小.据此建议:在我国南方多雨地区,采用方案八的结构组合方案;在我国少雨地区,采用AC型沥青混合料为表面层和二灰土为基层;在我国降雨集中、重交通且经济较发达地区,采用SMA为表面层和贫混凝土为基层;重点考虑沥青路面水损坏时,需综合不同的路面结构方案确定底基层类型.     

饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

研究了降雨雨型、雨强和持时对边坡孔隙水压力分布的影响以及降雨入渗条件下饱和渗透系数的空间变异性对孔隙水压力、含水率、抗剪强度参数、局部安全系数等参数空间分布的影响。研究结果表明,降雨特性对边坡孔隙水压力的影响较大;受渗流主方向影响,降雨条件下饱和渗透系数的水平波动尺度对孔隙水压力及含水率的变异性影响小于竖向波动尺度,降雨致滑坡的临界滑面基本与坡面平行且深度较浅;随着饱和渗透系数水平波动尺度的增加,滑坡深度随之增大,从总体上坡体上部局部安全系数随饱和渗透系数竖向波动尺度的增加而减小。     

饱和砂土液化过程探讨

根据饱和砂土地层地震液化现象及饱和砂土动力学试验所观察到的现象,从砂粒-孔隙水两相介质相互作用的角度出发,研究了饱和砂土在振动荷载作用下的液化过程和机制.研究结果表明,饱和砂土受振,砂粒相对滑动并重新排列,孔隙率降低,孔隙水受压产生超静孔隙水压力并不断增大,部分孔隙水挤出渗流,隙水渗流对砂粒产生渗流压力.渗流压力与超静孔隙水压力迭加,形成的上托力等于或大于砂粒水中重力时,砂粒在隙水中处于悬浮状态.此时,饱和砂土宏观上表现为液态.为此,根据下沉砂粒与向上渗流孔隙水之间相对运动过程中的动力作用特征,建立了描述饱和砂土液化过程的模型和液化判据.     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层应力分析

为了研究多孔混凝土基层沥青路面的结构设计方法,通过三维有限元数值分析方法,建立多孔混凝土基层缩缝处沥青路面的三维有限元模型,分析多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的荷载应力、温度应力、荷载与温度耦合作用下的耦合应力。结果表明:基层缩缝处沥青面层底面荷载主应力多为压应力值,但其剪应力在接缝处出现峰值;在温度作用下,沥青面层应力峰值点的位置在基层缩缝中点处沥青面层的底面及表面;荷载和温度耦合作用下基层缩缝中点处沥青面层底面的第一主应力介于荷载应力和温度应力之间。     

沥青路面水损坏原因探讨

水损坏是沥青路面早期损坏之一,大多数公路采用沥青混凝土作为面层,半刚性材料作为基层,在雨雪水作用下路面出现各种各样的水损坏病害.文章分析了沥青路面水损坏的类型、发生的特点、形成的机理,对水损坏发生的原因从材料、设计、施工、养护及环境等内外因方面进行了探讨.     

沥青路面水损害评价方法综述

论述了沥青路面水损害产生的机理;探讨了目前广泛使用的沥青路面水损害评价方法, 即室内试验分析方法和沥青路面超孔隙水压力的理论分析方法;并对高频、高压动水压力新方法来评价沥青路面的水损害的应用前景进行了展望;最后对各种方法进行了总结, 指出今后需要重点解决的问题。     

基于COMSOL的沥青混凝土路面车辙预估

模拟了基质沥青路面和高模量沥青路面在高温温度场下的蠕变,借助有限元软件(COMSOL)引入温度场和受温度诱导的蠕变模型,对基质沥青混凝土路面和HMAC(高模量沥青混凝土)路面进行热辐射和固体力学耦合作用,分析对比其在车辆荷载作用下的永久变形,研究外界环境温度、太阳辐射和车轮荷载等因素对路面车辙变形发展的影响,能够对路面车辙深度进行精确地预估,研究分析车辙产生的蠕变变形,针对路面车辙提出合理的防治措施,减小路面永久变形,为路面的材料选择和结构优化提供参考价值,延长沥青路面使用寿命.     

红外差热技术评价沥青混合料渗水性研究

主要针对目前渗水仪定点检测沥青路面渗水系数方法的效率低、代表性差的不足,首先成型不同连通空隙率的沥青混凝土板状试件,经过一定时间的饱水,利用红外测温技术检测不同连通空隙率沥青混凝土试件表面温度差异度,从而提出利用红外差热技术快速、连续检测评价沥青混合料渗水性的方法.     

冻融循环-动水冲刷对间断级配沥青混合料特性参数影响

沥青路面在水、温和荷载长期作用下服役寿命明显降低.为探寻沥青混合料路用性能衰减规律,本文自主研发了沥青混合料动水冲刷模拟试验装置,对沥青混合料马歇尔试件开展多次冻融循环-动水冲刷循环作用,分析了沥青混合料特性参数变化规律,结合CT切片扫描,探寻了沥青混合料内部结构变化规律.结果表明：在冻融循环-动水冲刷循环前期,各特性参数都呈现出较快的增长或衰减;在外加动力水压作用下,沥青混合料内部吸水量会逐渐增加至饱水状态,沥青混合料试件内部的微开口孔隙会发生结构与形态的变化;经12次冻融循环-动水冲刷循环,沥青混合料的劈裂强度降幅高达65.44%.研究结果为深入了解沥青路面水损害机理提供了理论基础.     

沥青混凝土路面光栅应变传感器的试验研究

疲劳是沥青路面设计标准之一,沥青混凝土的疲劳失效与沥青层底拉应变值的大小相关。为了准确测得在实际车辆荷载作用下沥青层底的应变响应,采用光栅应变传感器代替传统的电信号传感器进行路面应变测量的试验研究,结果表明光栅传感器在抗振动、抗电磁干扰等方面性能较好,试验结果与路面结构和材料类型相符,能够满足路面应变测量的要求。     

考虑坑外渗流自由面变化的基坑工程性状分析

通过对基坑工程进行考虑孔压消散与变形耦合效应的有限元分析,得到了坑外渗流自由面随时间的变化规律,并研究了坑外渗流自由面变化对基坑内外超静孔压、土水势以及基坑变形的影响.研究表明,考虑坑外渗流自由面变化时,坑内外的超静孔压和土水势都减小;坑外渗流自由面的变化使得坑外水压力减小,有效应力增加,并引起坑内外的水头差降低,因而使得支护墙的水平位移和坑底的隆起变形减小,坑后的地表沉降增加.     

多轮荷载作用下的高模量沥青道面力学响应特性

飞机起落架多轮荷载作用下,道面内部应力应变等力学响应将产生叠加与干涉。本文针对高模量沥青机场道面,通过ABAQUS有限元软件开展道面结构力学响应计算,分析飞机多轮荷载对道面力学响应敏感性,研究高模量沥青混合料在机场道面中的应用效果。结果表明：在飞机主起落架的六轮荷载作用下,道面结构层中产生的应力与路表弯沉的峰值最大,且道面的疲劳寿命最小,在进行道面结构计算与材料组成设计时,应以六轮荷载作为最不利荷载工况;机轮荷载分布的对称性越强,结构内应力与路表弯沉的峰值点位置越靠近荷载包围区域中心;沥青道面变形有一定的时间滞后,卸载后路表弯沉不能立即恢复并存在残余变形,且主起落架轮数越多,滞后时间越长,保留的残余变形越大;中面层采用的高模量沥青混合料可降低道面各层拉应力、压应力、剪应力的应力水平,进而有效地减少机场沥青道面轮辙与疲劳开裂。