基于加速加载试验的半刚性基层沥青路面动力响应

为了了解移动车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应规律,修筑足尺试验场,采用置入式应变传感器,检测加速加载设备在车轮荷载作用下的面层底部动力响应,研究了面层底部横向分布以及轴重和温度对路面结构动力响应的影响。结果表明:移动车轮荷载下,面层底部纵向弯拉应变呈拉压应变交变状态,荷载位置仅影响其数值大小;横向弯拉应变比较复杂,胎冠下部呈现拉应变状态,2个轮胎之间及轮胎外侧呈现压应变状态,胎肩位置呈现拉压应变交变状态;面层底部弯拉应变无法充分反映超载车辆对路面的破坏作用;温度对路面结构的动力响应影响显著,30℃、40℃和50℃下沥青路面动力响应分别为常温状态下的3倍、8.9倍和13.3倍。     

适应不同交通量的冷再生基层沥青路面结构厚度研究

为了全面掌握冷再生基层沥青路面结构的厚度组合,在对现有的国内冷再生基层沥青路面结构厚度组合进行调研的基础上,将原路面结构作为路基,冷再生层作为基层,对车辆荷载作用下三层路面结构体系的力学响应进行了分析,采用面层底部拉应变和再生基层底部的拉应力为控制指标,研究了不同交通量条件下,冷再生基层沥青路面结构的厚度要求,提出了适应不同交通条件下的冷再生基层沥青路面结构厚度组合,并绘制了厚度诺模图,为冷再生基层沥青路面结构的设计提供理论指导.     

动载作用下半刚性基层沥青路面应变响应的演化规律

为了研究现实车载作用下半刚性基层沥青路面动力响应的规律,为耐久性路面的设计提供基础数据,在修筑的试验路沥青面层、水泥稳定碎石基层及底基层的底部埋设大量光纤光栅应变及温度传感器,测试并分析了半刚性基层沥青路面在不同路面结构、不同层位、不同轴载、不同行车速度下的瞬时应变行为。研究结果表明:3种路面结构表现出相似的动载响应情况,结构1采用大厚度半刚性层,刚度逐渐过渡,即使在超重慢速不利条件下,整体结构应变水平很低;路面内部受拉响应最大层位为中面层,其次为半刚性层;中面层对动载响应敏感,尤其是轴载引起的变化较大,半刚性层底拉应变在慢速交通下与轴载有很好的线性相关关系。     

土石混填路基应力水平分析

为研究土石混填路基在行车荷载作用下的力学响应,分别利用布辛奈斯克法和弹性层状体系法对路基工作区进行分析,确定道路工程结构力学响应方法的适用性。现通过设计不同基层类型、不同面层基层弹性模量和厚度以及不同行车荷载,共设计了36种典型路面结构和荷载形式的工况,利用BISAR程序对不同路基深度的应力进行计算。结果表明:标准荷载作用下,半刚性路面的路基中最大应力为36kPa,柔性路面的路基中最大应力为57kPa,因此应对柔性路面中路基顶面压应变进行控制;路基应力水平随车辆轴载增加显著增大,最大应力达到138kPa,应对车辆超载严格控制。     

基于动力特性的典型沥青路面性能评价与结构优化

为研究动态荷载作用下沥青路面的力学特性及其使用性能,以Abaqus有限元软件为平台,建立沥青路面三维有限元动力分析模型,对比分析3种典型沥青路面结构的动力行为特征,进行路面性能评价,并开展沥青路面的结构组合优化分析。研究结果表明:随基层厚度增加,各动力响应量表现为路表弯沉、底基层层底应力和路基顶压应变逐步递减;面层层底应变和层间剪应力逐渐减小,并且随厚度增加,其变化逐渐减弱;当基层厚度20cm,底基层承担较大弯拉应力,随基层厚度增大,基层逐渐成为主要承重层;半刚性路面(S1)整体刚度大,并能较好地抑制沥青层开裂及路基永久变形,倒装式路面(S2)的各项动力力学指标均处于不利状态,组合式路面(S3)的沥青层剪应力指标最优;采用动力指标与结构参数之间的正、负相关性及其显著性分析方法可更直观判别路面结构优化方向,为改善路面受力状态,对S1结构应提高基层厚度、降低面层模量,对S2结构应提高基层厚度,对S3结构应提高基层厚度与面层模量。     

制动力对沥青路面纵向应力及变形的影响分析

利用ABAQUS有限元软件建立半刚性基层沥青路面三维模型,对路面施加垂直荷载和制动力荷载,比较路面结构在不同车辆制动力作用下的纵向受力和变形,分析制动力变化对路面结构纵向受力和变形的影响,得出在制动力荷载较大路段,沥青面层推移和波浪等破坏是沥青路面设计中应重点考虑的问题。     

半刚性基层沥青路面变形的粘弹塑性分析

半刚性基层沥青路面为粘弹塑性材料(沥青混合料面层)及弹性—粘塑性材料(路基、土基)组成的复合层状结构。由循环轮载引起的沥青混合料面层内的粘弹塑性变形，可由粘弹塑性模型加以模拟；同时该模型可与弹性—粘塑性模型统一于一个数值分析程序里，以模拟半刚性基层沥青路面在各种环境下的工作状况。与传统的层状弹性计算方法相比较，粘弹塑性分析既能反映路面结构对行车荷载大小的应力及变形响应，又能获得不同行车作用时间下路面的塑性变形。算例分析表明，半刚性基层的刚度及厚度是影响路面结构力学响应的2个重要而又复杂的因素，故设计中应对这2项参数加以综合考虑。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

移动非均布荷载作用下的沥青路面动力响应分析

为更准确地模拟沥青路面实际的受力状态,基于弹性层状理论,借助大型有限元分析软件ANSYS,建立了沥青路面三维有限元粘弹性模型,并对其施加非均布垂直和切向摩擦行为的共同影响,分析车辆在匀速行驶时,沥青路面在不同载重车辆荷载作用下的动力响应。结果表明,纵向最大拉应力位于基层层底,纵向最大压应力位于沥青面层。超载显著增加了各层结构应力,加速了路面结构的破坏。路面设计时应提高上层材料的抗压强度。     

沙漠区横向隆起路面力学响应数值分析

阿拉善沙漠区沥青混凝土路面因路基硫酸盐盐渍化发生横向隆起病害。根据病害实体特征,利用Abaqus软件建立了路面横向隆起病害3D模型,分析了路面结构层厚度、弹性模量、路基盐胀作用等影响因素下路面结构的力学响应规律,路面结构受力对上述影响因素的参数敏感性及各因素共同作用下路面结构受力的最优及最不利组合。结果表明:路面隆起段中间位置出现最大拉应力和压力,在盐胀作用区域出现较大的应力分布;路面结构力学响应因素中,面层厚度、面层和基层弹性模量对路面隆起病害实体的受力影响显然弱于基层厚度对隆起结构受力的影响;隆起病害实体受力主要受控于基层厚度;面层应力普遍小于基层应力,在面层和基层抗拉强度比较接近的条件下,路基盐胀作用首先导致基层拉裂破坏,然后再发生面层拉裂破坏,即基层要先于面层发生拉裂破坏;基层、面层较厚的路面结构,基层受到的拉应力较小,不易产生基层的拉裂破坏,而基层、面层较薄的路面结构,基层受到的拉应力较大,易于产生基层的拉裂破坏。为了防止沙漠区沥青混凝土路面盐胀引起横向隆起病害,可通过设计优化,科学合理地选择路面结构厚度和模量,有效降低横向隆起引起各结构层的拉应力,避免路面结构进一步引发其他病害。     

无砟轨道路基动力响应影响因素分析

以双块式无砟轨道路基典型结构为研究对象,分析车辆轴重、结构层间接触条件、轨道结构整体模量、支承层模量和基床表层模量等对路基面动力响应的影响,分析路基动力响应对各参数的敏感性。数值仿真结果表明:在车辆单轴荷载作用下,路基面动应力分布表现为横向均匀、纵向三角形的基本形式;对路基面动应力沿线路纵向分布长度影响的主要因素,是无砟轨道结构的整体刚度、车辆轴重、支承层模量等;结构面间接触状态劣化导致无砟轨道结构刚度的降低和路基面的动压力增大。     

基于层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响分析

为了研究层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响，通过滑动模型分析面层、基层与底基层层间不利状态，在层间不同接触状态下对路面应力和弯沉的变化，并结合室内试验评价黏结层力学性能和抗反射裂缝能力，最后通过试验段对长大陡坡路面层间黏结材料进行跟踪观测。研究表明:面层和基层为部分连续或完全滑动状态下，层间的剪应力发生了突变。面层厚度越薄，路基和路面最大剪应力越大。跟踪试验段观测表明:长大陡坡路段应力吸收层能够很好地抗反射裂缝，延长半刚性基层路面使用寿命。     

温拌沥青混合料疲劳分析

采用耗散能法和现象法,分析温拌剂对沥青混合料疲劳寿命的影响。结果表明:在基质沥青混合料中加入EV温拌剂后,其疲劳性能总体变好;在基质沥青混合料中加入RH温拌剂后,其总体疲劳性能变差;在SBS改性沥青混合料中加入EV温拌剂后,其在高应变水平下的疲劳性能有所下降,但与热拌混合料疲劳性能相差不多。     

重载铁路路基动力响应的数值分析

通过大型有限元软件ANSYS,建立轨道-路基三维有限元模型,分析路基动应力沿线路横向和纵向的分布规律,以及不同轴重和基床表层模量对路基动应力的影响,为以后重载铁路基床的设计和养护维修提供参考。研究结果表明:路基面竖向动应力沿线路横向和纵向的分布都不均匀,横向大致呈“M”形。基床表层动应力的衰减最为急剧,约为40%。随着轴重的增加,路基各层竖向动应力都在增加。基床表层弹性模量为150 MPa时,轴重每增加5 t,基床表面竖向动应力最大增加26.1%。40 t轴载下,基床表层弹性模量每增加50 MPa,基床表面竖向动应力最大增加2.68%。     

行车荷载作用下路基动态竖向应力测试研究

为了研究交通荷载对高速公路路基的影响,在不同交通荷载、车速及车型的情形下,对谷竹高速公路27标段路基进行了动态竖向应力测试。结果表明:在荷载作用下,路基竖向应力随深度增大而逐渐衰减,且在路基浅层衰减较慢,然后加速,达到一定深度后,再次变缓。随着交通荷载增加,路基工作深度及竖向应力也会随着增大,但荷载增到较大后,工作深度的增幅会降低。在相同交通荷载情形下,路基浅层竖向应力会随着行车速度增大而减小,但车速变化对路基的工作深度影响较小。车型对路基的影响与理论相符,增加后轴轮胎数目可以减小交通荷载对路基的影响。     

基于快速拉格朗日的板式无砟轨道路基动力响应研究

将列车荷载简化为一激振力并作为等效轮轴荷载，运用FLAC3D内置的FISH语言编程实现列车荷载的定时、定点施加，从而模拟列车在轨道结构上的移动加载过程。以遂渝线板式无砟轨道路基结构为对象，建立三维动力分析模型，基于FLAC3D计算平台，利用编制的动力加载程序对轨道路基结构进行了动力响应计算，分析了列车移动荷载作用下路基各结构层的动位移、动应力响应特性以及动响应在路基深度范围内的衰减特性，并以基床表层为研究对象，着重考察了其刚度变化对路基动力响应的具体影响。     

高速公路上坡路段半刚性沥青路面的三维有限元分析

运用三维有限元方法,分析了不同道路纵坡下路面结构层层底最大拉应力、层底最大剪应力和土基最大压应变的变化规律,以及上坡路段在不同超载率、路面摩擦系数和温度状况下各主要路面结构力学指标的变化情况,并提出了相应的防治对策。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受拉力有影响,更易使面层产生开裂;各面层都是剪应力作用的主要集中区域;超载率、路面摩擦系数和温度对上坡路面结构受力都存在不同程度的影响,汽车超载的影响最大。因此,应尽量提高沥青混合料面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制上坡车辆超载。     

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性，自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置，开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验，从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性，然后根据模型试验结果，建立粗粒土渗流场时空演化机制，揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明：基于相似理论，开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性；动力湿化作用下，湿润锋首先在路堤边坡表面形成，并逐渐从边坡表面向内部拓展，在坡顶处的拓展速率较小，坡脚处的拓展速率较大；受湿润锋演变规律的影响，路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小，体积含水率逐渐增大，坡前应力逐渐增加，位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快；依据渗流水的迁移规律，将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区；在动力湿化作用下，粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。     

结构参数对沥青路面结构设计的影响分析

应用现行设计规范提出的公路沥青路面结构厚度计算理论和方法,通过实例计算,分析了路面结构厚度随设计弯沉、土基模量的变化关系,分析了土基模量、半刚性基层厚度对路面各结构层层底拉应力的影响,得出通常情况下会以底基层层底拉应力控制结构厚度设计,以及提高土基模量、增加半刚性层厚度可以减小（底）基层层底拉应力从而减少疲劳开裂的结论。     

基于ANSYS的高速公路路基动力响应特性模拟分析

以京化（北京-阳原县化稍营）高速公路二期路基工程为研究对象,借助非线性有限元数值分析软件AN-SYS进行了数值仿真模拟,研究分析车辆动荷载作用下路基的动力特性。结果表明：车辆动荷载作用下,路基动应力随深度的增加而呈衰减趋势;车辆动荷载对路基竖向动应力值σy影响较大,而水平向动应力值σx影响相对较小;车速差异对路基动应力值影响显著;动应力值沿水平方向衰减较快,其传递距离存在一定的范围。