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.     

动载作用下沥青路面内部孔隙水压力的轴对称弹性解

将沥青路面视为多层饱和弹性半空间轴对称体,引入比奥渗流固结理论和渗流方程.利用Hankel和Laplace积分变换等数学方法,推导出浸水沥青路面的沥青路面水损害力学模型,并做出如下假设:除渗透性外,沥青混凝土是均质的、完全饱和的理想弹性材料;沥青混凝土的变形是微小的;沥青混凝土和孔隙水均不可压缩;孔隙水渗流服从达西定律,渗透系数为常数.计算了沥青路面结构层孔隙水压力大小.结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层渗透系数、面层厚度、结构层材料参数以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,面层中以及面层与基层的接触面附近孔隙水压力最大,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

不同荷载模式作用下饱水沥青路面结构动力响应对比分析

目的探讨不同荷载模式下饱水沥青路面结构的水损害机理,改进和完善沥青路面防排水设计方法.方法基于沥青混合料的渗透试验和多孔介质流固耦合理论,采用非线性有限元方法,对比分析了碗形分布荷载和均布荷载作用下饱水沥青路面结构各力学场量的变化并进行数值模拟分析.结果在均布荷载和碗型荷载两载模式下,饱水沥青路面结构内部各力学场量的时程变化特性相类似,均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性和滞后性,孔隙水压力对体积应力和应变影响较大.与均布荷载下计算结果相比,碗形分布荷载作用时上面层内最大正孔隙水压力高0.18倍,下面层底部最大水平拉应力和最大水平拉应变分别高0.14倍和0.15倍,中面层底部最大竖向压应力和基层底部最大竖向拉应力分别高0.23倍和0.03倍,路表最大竖向位移高0.07倍,面层内最大剪应力高0.05倍.结论在碗形分布荷载作用下,饱水沥青路面更容易产生水损害.采用接近于实际车轮荷载的碗形分布荷载模式来开展饱水沥青路面动力响应分析更为合理.     

考虑蠕变固结的高温沥青路面响应仿真

为研究行车载荷和高温作用下沥青路面的变形演化规律,通过对沥青混合料高温粘弹性特性和行车载荷对路面作用的分析,提出采用修正Burgers模型作为沥青混合料的本构模型,对双轮标准轴载作用下高速公路沥青路面的应力场和变形场进行有限元分析.研究结果表明:路表竖向位移增加最快,沥青混合料发生了流变;面层内部水平应力变化剧烈,底基层底面水平拉应力最大;最大剪应力出现在轮迹两边的面层内部,影响范围主要集中在路面结构层内,沥青混合料发生应力松弛现象;竖向最大应力出现在路表轮迹处,轮迹下方区域内压应力呈衰减趋势分布,面层是产生路面车辙的主要区域.     

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.     

排水性沥青混合料的路用性能试验评价探讨

排水性沥青路面面层采用大空隙开级配的沥青混合料,中、下沥青面层采用密实级配沥青混凝土,并在排水性沥青面层与中面层之间设置防水粘层,同时在路肩下设置纵向侧沟和横向排水管,使渗入到排水功能层的水能横向排除到路面结构以外。本文主要结合排水性沥青在路面工程中的应用,对排水性沥青混合料的路用性能从试验的方面做了相关的评价分析与总结。     

沥青混凝土路面疲劳强度研究

在道路工程中,路基路面的强度与水的关系十分密切。地面水对路基的冲刷和渗透作用,将造成道路的水毁现象。我国高等级沥青路面早期水损坏现象十分普遍,研究路基路面的排水系统、讨论车辆荷载下的交变超孔隙水压对沥青混凝土面层疲劳裂纹的形成原因、给寿命可能造成的负面影响及路面早期破坏等,具有重要意义。     

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。     

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.     

论高等级路面排水性沥青施工

公路行车速度快,对行车安全要求较高.为了提高高等级公路的行车安全,许多国家对排水性沥青路面的应用进行了研究.排水性沥青面层具有较高的结构稳定性,较粗的表面纹理提供了良好的抗滑性能,特别是它的空隙率能将降雨期间的表面水迅速通过内部孔隙排至路缘,使路面不易积水,从而降低水溅、水漂和水雾现象,提高沥青路面在潮湿气候的行车安全.本文将从了解组成材料的特殊性人手,分析其施工过程与传统沥青路面施工工艺的不同之处.     

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.     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响.路面结构计算与分析表明在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响.     

接裂缝荷载传递能力对沥青路面开裂的影响

研究了接裂缝荷载传递能力对沥青路面开裂的影响问题.基于断裂力学理论以及简化荷载传递弹簧模型,利用有限元方法计算分析了接裂缝荷载传递能力变化对行车荷载下加铺沥青面层中裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明:在荷载传递能力从无增大到较小值的过程中,应力强度因子急剧减小;在超过这个值后,应力强度因子没有明显变化.这说明,在旧水泥混凝土公路改造中,在铺筑沥青面层前应该对其接裂缝进行处理,使其达到一定的荷载传递能力,另外,没有必要使得荷载传递能力超过这个小值,避免过度处理而造成浪费.     

考虑层间状态的横观各向同性沥青路面力学分析

沥青路面层间粘结状况的好坏对路面结构的力学响应具有较大影响。利用有限元软件ANSYS,将沥青混合料考虑为横观各向同性材料,计算了沥青路面在不同温度场与车辆荷载等作用下的关键力学指标响应,分析了层间接触状态和面层沥青混合料水平与竖向模量比对路面结构的力学响应影响规律。研究结果表明,利用接触模型计算出的关键力学指标比连续模型要大,尤其接触条件不好时更为显著。接触状况对沥青层层底拉应力、拉应变的影响比较明显,而路表弯沉、面层内最大剪应力对层间接触状态的变化则不太敏感,面层模量比越小,面层结构层强度就越低,在接触状态不好时容易导致面层承载能力不足。研究成果为科学的解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了理论依据,对进行沥青路面寿命预估和路面性能评价提供了帮助。     

动态荷载作用下不同下封层沥青路面力学响应分析

目的分析在两种不同行驶位置的移动荷载作用下,不同下封层沥青路面力学性能的差异.方法笔者对4种不同下封层的沥青路面进行室内模拟试验,获得不同下封层下基面层间的连接状况参数.在此基础上建立移动荷载作用下不同基面层连接状况的沥青路面结构有限元分析模型.结果基面层连接状态越好,移动荷载作用下所产生的应力越小;荷载位于路面中间所产生的竖向剪应力和基层层底拉应力比荷载位于路面两侧时大;在不同基面层间接触状态下,荷载位于路面两侧的竖向剪应力的差异性大于荷载位于路面中间,荷载位于路面两侧的基层层底拉应力的差异性稍小于荷载位于路面中间.结论与在路中央行车相比,在路两侧行车对路面的不利影响更小.下封层的连接效果越强,荷载对路面结构的不良影响越小,故推荐使用橡胶沥青封层.     

沥青路面雨水侵渗破坏的防治措施

雨水通过沥青面层空隙或缝隙,或者由分隔带或路肩渗入到路面结构内,若不能够及时予以排除,就会浸湿各结构层材料甚至路基土,使其强度下降,变形增加,承载力降低,使用寿命缩短。更为严重的是,进入路面结构层之间的空隙中的水分,在行车荷载的作用下,会成为高孔隙水压力和高流速的水流,冲刷层面材料并产生唧泥现象,促使     

现有沥青路面疲劳破坏分析

<正>在汽车轮载作用下,沥青路面长期承受拉、压应力重复循环变化,致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数后,荷载应力超过路面材料极限强度,路面出现裂缝,即为疲劳断裂破坏。疲劳损坏是沥青路面的主要破坏模式之一。目前沥青混凝土路面最常见的疲劳破坏现象有:裂缝和龟裂等,这些病害基本上也成为沥青混凝土路面疲劳破坏质量的通病。     

灌浆修复带裂缝沥青路面力学性能分析

沥青路面裂缝是沥青道路的常见病害,通过高聚物灌浆修复法可以快速有效地对路面裂缝进行修复。文章应用有限元软件ABAQUS引入奇异单元建立三维20节点等参元模型,并对开裂修复前后的沥青道路进行力学分析,计算沥青道路在车轮荷载偏载、热力耦合等工况作用下的面层拉应力;利用用户子程序模拟车辆动荷载,对修复后裂缝尖端的应力强度因子进行分析。结果表明,通过高聚物灌浆可以有效修复开裂的沥青面层,降低面层的拉应力和基层的应力强度因子值,防止沥青道路在正常设计荷载作用下发生破坏,延长其使用寿命。     

基层模量对路面性能的影响分析

利用弹性层状理论计算程序Bisar分析了基层模量对沥青层内部竖向压应力、剪应力、面层底部拉应力和表面湾沉的影响,进而计算了基层模量对路面稳定性,疲劳寿命和永久变形的影响,分析表明,基层和模量必须保持在一个合理的范围内,才能从整体上获得好的路用性能,较高的基层模量会增加面层竖向压应力,易于引起路面车辙,但过低的基层模量会增大路面表面的剪应力并沥青底部受拉,进而降低沥青面在行车荷载作用下的疲劳寿命,由此提得出了沥青路面合适的基层模量范围在0．8－1．2GPa之间。