不同渗流形态下沥青路面结构动力响应分析

为了研究荷载-渗流耦合作用下不同渗流形态对沥青路面结构各力学场量响应的影响，进一步揭示沥青路面水损害机理，在高水压沥青混合料渗透试验的基础上，采用非线性有限元方法，模拟分析碗形分布动荷载下Forchheimer非线性渗流和达西线性渗流时饱水沥青路面内部各力学场量的变化。渗透试验结果表明：在较高水力梯度下渗流流速-水力梯度关系呈现出非线性特征，不再适用达西定律，而需应用Forchheimer非线性渗流定律描述。数值模拟分析结果表明：2种渗流形态时沥青路面结构内部各力学场量均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性，且孔隙水压力均随着半正弦波型荷载的变化而呈正相关关系；与达西渗流时计算结果相比，非线性渗流时上面层内正孔隙水压力的峰值高49%，沥青面层内水平方向的拉应力、压应力、拉应变的峰值分别高16%、105%、15%，且在路表产生竖向拉应力，孔隙水压力也远高于现场实测值；2种渗流形态时均在上基层底部产生竖向拉应力，在沥青路面内产生的剪应力差别很小。因此，在车轮动荷载作用下，饱水沥青路面内部形成超高孔隙水压力和高流速的非线性渗流，会产生比线性渗流更为严重的水损害，以往基于达西定律的饱水沥青路面动态响应分析低估了车轮动荷载对沥青路面水损害的影响程度。     

降雨入渗条件下沥青路面渗流规律研究

基于多孔介质非饱和渗流理论与降雨入渗理论,利用有限元方法对沥青路面结构在降雨条件下沥青路面结构渗流场的变化规律进行了研究.结果表明:降雨入渗过程将会导致沥青路面结构内部饱和度和孔隙水压力出现显著的变化,在降雨初期,饱和度随着降雨的历时延续而显著提高,随后饱和度会有所下降,然后逐渐趋向稳定,并且由上至下,各面层逐步达到完全饱和状态;孔隙水压力也随着时间的增加而逐步提高,由初始状态下的基质吸力变化为正的水压力.     

动载-渗流耦合作用下铺装层孔隙水压力响应特征研究

孔隙水压力的反复作用是铺装层发生水损坏的主要成因之一,本文采用有限元数值仿真模拟结合现场试验测试的方法对沥青路面孔隙水压力响应特征进行研究。仿真计算结果表明,在半正弦荷载的作用下,饱水沥青路面孔隙水压力的正峰值在加载曲线峰值附近出现,卸载后孔隙水压力迅速达到负峰值,随后逐渐衰减至零,而现场实测的孔隙水压力特征曲线则呈现周期性震荡衰减的特点,孔隙水压力峰值与车速正相关,不同车速下负峰值的绝对值相当于正峰值的1/6～1/4,孔隙水压力的震荡周期与峰值会持续衰减,同时,实测数据也验证了仿真模型边界条件的合理性与计算结果的正确性。     

基于有限元的温度-荷载-行车速度耦合作用下路面结构动孔隙水压力对比研究

为研究不同沥青路面基层的水损坏形态,选取半刚性基层与级配碎石基层为研究对象,以动空隙水压力的变化情况为研究指标,基于有限元法建立理论模型预测了不同温度-荷载-行车速度耦合作用下不同基层结构的动孔隙水压力的变化规律,并进行了对比分析。结果表明:在标准条件(荷载0.7 MPa,车速80 km/h,温度20℃)和不利条件(荷载0.9 MPa,车速120 km/h,温度63℃)2种耦合条件下,级配碎石基层都能够极大降低沥青层的动孔隙水压力,特别是对于降低9 cm以下结构的动孔隙水压力,下面层底部降低幅度最大可达94.0%(标准条件)和95.3%(不利条件),从而能够显著降低结构性水损坏的产生;半刚性结构的最大动水压力产生的层位(18 cm)和最大值(正压力587.9 kPa)及增加的幅度(68.4%)均大于相应的级配碎石结构(6 cm,正压力382.2 kPa, 40.8%),半刚性结构在不利条件下敏感性更大,更加容易产生结构性水损坏。因此设置级配碎石基层可增加结构内部的渗水,降低动水压力,特别是中下面层内部的动孔隙水压力,提高结构抗水损坏性能,减少多雨潮湿条件下的沥青路面水损坏。     

沥青路面饱水状态下的孔隙水压力求解

基于“有效应力原理”,对沥青路面在荷载作用下产生孔隙水压力的机理进行了分析.对饱水状态下路面结构内的孔隙水压力计算方程进行了理论推导,并通过Matlab软件求解其数值解,得到孔隙水压力同外界应力、混合料空隙率及弹性模量之间的关系.计算表明:孔隙水压力同外界荷载呈近似的线性递增关系;同空隙率呈近似的线性递减关系,但变化幅度较小;同弹性模量呈非线性递减关系,模量较小时降低迅速,模量较大时变化平缓.     

透水沥青面层裂缝扩展的动水压力影响分析

水和行车荷载共同作用下,沥青路面结构内部将产生动水压力。为了解随荷载作用变化的动水压力对透水沥青路面结构内部初始裂缝扩展的影响,基于ABAQUS有限元方法和线弹性断裂力学原理,引入裂纹尖端奇异单元,考虑不同的初始裂缝长度,对水和行车荷载共同作用下透水沥青路面结构内部裂缝尖端附近应力场和位移场进行分析,计算相应的张拉型和剪切型应力强度因子。结果表明:水的存在改变了透水沥青路面结构内部的应力场,对荷载作用下沥青面层裂缝的张拉型和剪切型扩展有一定的影响,但由于透水沥青路面结构具有良好的排水性能,可以有效地缓解动水压力对沥青面层已有裂缝的劈裂作用。     

饱水OGFC沥青路面力学分析

基于弹性多孔介质理论,利用Abaqus软件建立了饱水OGFC沥青路面的轴对称有限元模型,分析了在水荷载耦合作用下,上面层OGFC不同动态压缩模量对应力、应变和孔隙水压力影响的变化规律;研究了不同车速和渗透系数情况下孔隙水压力的时程变化曲线。结果表明:随着OGFC动态压缩模量的增大,沥青面层的水平应力呈下降趋势,中面层底部的水平应力受影响最大,上面层底部次之,下面层底部最小;随着OGFC动态压缩模量的增加,特征点A最大水平应变不断减小,特征点B、C随上面层动态压缩模量的增大,最大水平应变影响不大;面层结构内的孔隙水压力在水和车载耦合作用下呈现明显的正负逆转现象,且与车速有关,车速越大,孔隙水压力越大;OGFC动态压缩模量和上面层渗透系数的增大均可降低上面层孔隙水压力。     

双层排水沥青路面孔道自洁性能模拟

雨天车辆轮胎荷载作用下双层排水沥青路面内部会出现动水压力,进而产生"虹吸"作用,带出堵塞孔道内部的尘土,这一效应被称为双层排水沥青路面的自洁。该文借助CT扫描技术获取断面图层,在Simpleware软件中采用三维重构技术构建了双层排水沥青路面几何模型,在有限元软件Flow-3D中建立基于流固耦合方程(FSI)和沉积物冲刷方程(Sediment Scour)的耦合模型,并初始化水膜厚度、轮胎运动条件和路表水文边界条件。对照分析了不同速度、不同水膜厚度以及不同杂物粒径条件下轮胎滚动作用对动水压力效应和孔道自洁作用的影响。分析得出:杂物粒径对自洁效应起决定性作用,相同动水压力条件下,小粒径杂物析出数量较多,大粒径杂物析出质量较大;较大轮胎速度和较大水膜厚度会产生较大动水压力,但对自洁性能影响较小。     

表面排水条件对饱水沥青路面动力响应的影响分析

首先建立动态荷载作用下,饱和状态沥青路面轴对称瞬态动力分析有限元模型,并给出有限元分析的荷载条件、边界条件和材料参数;而后分析表面排水和表面不排水两种条件下的竖向位移、竖向应力、水平应力、剪应力和孔隙水压力沿深度方向的分布和时程变化,以确定表面排水条件对饱和状态沥青路面动力响应的影响。结果表明,与表面排水条件相比,表面不排水状况对位移场影响不大,而对应力场影响较大;后者在轮胎边缘外侧产生了较大的竖向拉应力,同时产生了更大的正孔隙水压力,使得路面结构处于更加不利的受力状态。     

不同降雨状态对坡积土边坡含水率分布及稳定性影响分析

以非饱和渗流理论为基础,建立有限元计算模型,对某公路路堑边坡在不同降雨强度分布状态下的边坡渗流特征进行了详细分析,得到边坡内部含水率变化规律以及边坡特征点处的孔隙水压力变化规律;以非饱和抗剪强度理论为基础,结合极限平衡法对边坡在不同渗流状态下的稳定性变化规律进行详细分析,具体研究结果表明:1边坡在前期强降雨条件下,内部含水率变化不大,地下水位上升较少,在中期强降雨条件下,内部含水率上升,地下水位线略有上升,在后期强降雨状态下,边坡内部含水率以及地下水位线明显上升;2边坡内部孔隙水压力会随着降雨强度的增加而显著增加,在后期强降雨工况下,边坡内部最终孔隙水压力大于前期强降雨以及中期强降雨工况;3前期强降雨使边坡安全系数下降较小,中期强降雨对边坡稳定性有一定影响,后期强降雨可导致边坡安全系数大幅下降。     

饱和沥青路面动力流固耦合响应特性分析

依托某典型高速公路饱和沥青路面,建立移动荷载下路面系统计算模型,考察行车速度、渗透系数、排水边界、模量等因素对水力响应的影响,分析饱和沥青路面水力损伤机制.结果表明:车辆荷载加载和卸载过程中饱和沥青路面动孔压表现为增长和消散发展模式,产生挤压和泵吸作用,孔隙水渗流过程中对面层产生循环拖拽和冲刷作用,在沥青面层深度0.0...     

沥青混凝土路面层间孔隙水压力计算

针对沥青混凝土路面水损害问题,运用轴对称有限元方法分析了不同等级轴载作用下沥青混凝土路面层间孔隙水压力的变化规律。研究结果表明。孔隙水压力将造成路面层间的严重冲蚀．导致沥青与集料过早剥离而诱发水损害．而超载将加速这一进程。     

路面裂缝修复中改性聚氯氨酯与SBS改性沥青物理性能研究

为了探究路面裂缝修复中改性聚氯氨酯与SBS改性沥青物理性能,通过疲劳试验与抗渗试验对两种材料进行对比分析,结果表明;改性聚氯氨酯与SBS改性沥青两种材料作为路面裂缝的补料均可满足路面的路用性能需求.改性聚氯氨酯材料在修复路面裂缝后的疲劳期相对于SBS改性沥青材料的要短,并且SBS改性沥青材料的抗疲劳性能更强.对于抗渗能力,两种材料的抗渗等级一致.改性聚氯氨酯材料的耐水压力与渗水压力相对于SBS改性沥青材料更大.     

环氧沥青混合料水稳定性能研究

针对广东地区夏季极端降雨多发的情况,结合高速公路建设,提出建立室内模拟试验的方法来研究环氧沥青混合料的水稳定性能。通过AC-13C环氧沥青混合料和SBS沥青混合料进行对比试验,研究结果表明:环氧沥青混合料的水稳定性能优于SBS改性沥青混合料的水稳定性能,相比于SBS改性沥青混合料,环氧沥青混合料劈裂强度提高了22%左右,TSR指标提高了10%左右。真空饱水循环+煮沸能较好地反映高温多雨条件下,沥青路面实际温度变对沥青混合料水稳定性的影响。     

基于有限元法的混凝土梁桥沥青铺装结构力学分析

以高速公路混凝土梁桥沥青混凝土桥面铺装为研究对象,以弹性力学为理论基础,采用ANSYS有限元软件建立了混凝土梁桥沥青混凝土桥面铺装整体结构模型,将实体子午线轮胎模型运用到桥面铺装结构分析中,同时考虑了轴重和胎压对结构受力的影响,研究了多因素条件下混凝土梁桥沥青混凝土桥面铺装结构的应力敏感性,为复合桥面铺装结构设计提供参考依据。     

考虑材料特性随温度变化时沥青路面的温度应力

把沥青路面视为层状弹性体系,并将材料特性作为随温度变化的参数,推导了沥青路面温度应力问题的理论解.首先,利用热弹性理论来描述层状弹性体系的温度应力问题,同时考虑了材料特性的随温度变化.其次,通过对热弹性力学的平衡方程进行Laplace和Hankel积分变换得到了单一层问题的解,再利用传递矩阵法得到了多层弹性体系温度应力问题的理论解.最后,将该理论解用于沥青路面温度应力问题的计算,并与材料特性取常数的情况进行了对比.结果表明随温度变化的材料特性对沥青路面的温度应力有显著的影响.     

低噪声沥青路面的应用研究

降低路面噪声是建设生态型城市的需要。采用大孔隙、排水式沥青混合料OGFC做路面表面层,因其孔隙大,表面粗糙,具有抗滑降噪的作用;雨天行车无水雾、无水漂现象,提高行车的安全性。适用于多雨地区的高速公路及需要降低噪声的道路路面。该文介绍了低噪音沥青路面的结构设计及施工要求,可供相关专业人员参考。     

不同路面结构对软基不均匀沉降的适应性研究

针对软土地基的特点，基于弹性层状多层体系理论和国外容许应变设计方法，设计了两种具有级配碎石和较厚沥青层的沥青路面结构、一种常规的半刚性基层沥青路面结构；运用ABAQUS有限元程序分析了3种路面结构中路堤的沉降、结构层底面的附加应力等力学响应；采用灰色关联决策理论，确定了3种路面结构的软土地基适应性以及底基层合理的弹性模量。分析表明，级配碎石夹层沥青路面结构具有较好的软土地基适应性，其底基层材料宜采用较高的模量；而常规的半刚性基层沥青路面结构对软基的适应性较差。分析结果可为软土地区新建沥青路面结构设计提供参考。