路面动态模量的特性分析

分析了路面结构在动载作用下的变形特性;研讨了动态模量在路面评价中的应用思想,水泥混凝土路面面层及地基的动态特性和相关动力参数,建立了水泥混凝土路面动态模量与静态模量的对比关系,并提出了水泥混凝土路面各动态模量的评价标准,为工程实际应用提供参考.     

排水沥青混合料单轴静态蠕变试验的离散元仿真

为揭示排水沥青混合料单轴静态蠕变试验的细观力学机制,综合室内试验和数值模拟相结合的方法,采用图像识别技术获取车辙板粗集料及孔隙细观信息,并基于离散元建立单轴静态蠕变试验模型,围绕沥青模量、粘结强度和混合料孔隙率等3个因素对排水沥青混合料高温性能的影响开展了研究。结果表明:在相同的外荷载作用时间下,模量对永久变形的降幅影响略大于蠕变柔量,模量由1倍提升至5倍,蠕变柔量约降低3.7倍,永久变形降低约4.7倍;模量增大至4倍后,永久变形量和蠕变柔量的降幅趋于平缓;空隙率由18%提升至22%,蠕变柔量和永久变形量均增大约40%,混合料耐久性明显降低,空隙率18%-19%阶段对永久变形和蠕变柔量的增幅较为平缓,19%-22%阶段永久变形和蠕变柔量的增幅增大,且接近线性关系;混合料承载力随粘结强度提高而增大,不同粘结强度(280、300、500 N)对永久变形量和蠕变柔量的影响基本一致,且低粘结强度(250～300 N)对永久变形量和蠕变柔量的影响远大于高粘结强度(300～700 N)。在影响蠕变柔量与永久变形计算值可靠度的3个因素中,按可靠度高低排序依次为:粘结强度、空隙率、模量。     

基于间接拉伸试验模式的不同沥青混合料低温回弹模量研究

基于间接拉伸试验模式,研究了AC-13、OGFC-13、SFP(半柔性沥青路面材料)三种不同沥青混合料在动态荷载条件下应力水平和试验温度对低温回弹模量的影响,并与-10℃低温小梁弯曲试验进行对比分析.结果表明:随着温度降低,三种混合料的回弹模量均增大,其中OGFC-13增加最明显,表明其温度敏感性最强.最佳应力水平值AC-13应取0. 4、OGFC-13应取0. 5,SFP应取0. 3.同一温度条件下,回弹模量大小顺序为SFP AC-13 OGFC-13,与-10℃低温小梁弯曲试验得到的弯曲劲度模量大小规律一致.通过该研究为道路工程中用间接拉伸回弹模量试验评价沥青混合料低温性能时的参数选取提供一定的借鉴意义.     

基于动态回弹模量的湖区黏土路基临界高度与湿度关系研究

公路路基的设计高度对路基的修建难度、整体使用性能、工程造价都有非常重要的影响。在利用路基动态回弹模量进行有限元计算分析的基础上,以路基在交通荷载作用下不至于变形过大为主要目的,根据动变形控制法,针对湖南省洞庭湖区某高速公路黏土路基高度与湿度的相互关系进行了研究。首先,通过系统的室内动三轴试验,建立了适应压实黏土的动态回弹模量预估模型,通过数据拟合获取了模型参数与含水率、压实度之间的定量关系;同时,根据设计交通等级确定了路基的容许动变形值;最后,建立了路基有限元分析模型,推导了动态回弹模量预估模型的雅克比矩阵,将动态回弹模量有效移植入了路基的本构关系中,进而获取了不同湿度下黏土路基的临界高度,并探讨了轴重、压实度的影响。结果表明:当路基湿度高于wopt+2%时,路基临界高度迅速增大,而且轴重对临界高度的影响也更加显著。为满足路基长期动变形要求,该高速公路黏土路基的高度建议值宜采用wopt+2%且超载40%条件下的路基临界高度。研究结果为湖区黏土路基高度和湿度的合理取值提供了新的思路和方法。     

冻融作用下生石灰处置过湿粘土动态回弹模量试验研究

针对吉荒高速公路过湿粘土抗变形能力差的问题,结合路基实际工作状态,进行了冻融作用下生石灰处置过湿粘土的动态回弹模量试验研究。研究结果表明:动态回弹模量随围压的增大而增大,随偏应力增大整体上呈现降低趋势,随生石灰掺量的增大而增大,随含水率的增大而减小。经过冻融作用后,生石灰处置土动态回弹模量的折减值明显低于素土的折减值,生石灰的掺入有效改善了过湿土路基的抗变形能力。     

基于路基动态回弹模量的水泥混凝土路面动力响应分析

路基回弹模量是路面结构设计的重要参数,为切实体现路基土回弹模量的应力相关性,克服简化的线弹性当量回弹模量带来的偏差。研究采用综合考虑体应力和八面体剪应力影响的动态回弹模量模型。基于广义胡克定律,从理论上严格推导了该动态回弹模量模型在三维应力状态下的精确一致切线刚度矩阵。通过编写用户自定义材料子程序(UMAT)将动态回弹模量模型移植到ABAQUS中,成功实现了应用动态回弹模量进行结构分析。通过建立应用动态回弹模量本构模型的典型水泥混凝土路基路面结构三维有限元模型,全面研究了载荷对路基路面动力响应的影响,分析了不同行车速度、不同轴重和轴型下路基路面变形特征和应力分布规律。同时确定了车轮与路面共振时的行车速度和重载交通条件下路基工作区深度,研究成果为实际的路基路面设计提供了参考。     

沥青砂浆动态模量室内试验与数值仿真

文章选取了4种典型矿料级配成型沥青砂浆,引入了离散单元法和Burger''s自定义接触本构模型,采用室内试验与数值模拟相结合的方法,进行了不同温度与频率条件下的沥青砂浆动态模量试验。研究结果表明：离散元方法和Burger''s接触模型能够较好地实现沥青砂浆动态模量虚拟试验;轴向应变幅值随荷载作用呈现增大趋势,砂浆相比混合料具有更显著黏弹性;细集料增多会提高砂浆抗变形能力,沥青用量增大则加剧砂浆蠕变变形;离散元模拟与室内试验动态模量总体匹配较好,油石比较大的砂浆模拟结果与室内试验误差更小;沥青砂浆动态模量主曲线呈现出较为均匀的变化,验证了砂浆类似均质材料的特征。     

沥青混合料动态模量影响因素试验研究

为更好地掌握沥青混合料的力学性质随温度和时间的变化规律,文章采用简单性能试验机(SPT)测试了4种不同级配、不同空隙率的沥青混合料在不同试验温度、不同加载频率条件下的动态模量。结果表明:沥青混合料动态模量随温度的升高而降低,随频率的增加而增大;低空隙率、级配良好的沥青混合料动态模量相对较高,性能较好。     

高模量沥青混凝土动态模量及主曲线研究

为了更加系统地掌握高模量沥青混凝土的动态力学特性,该文采用动态单轴压缩试验,对高模量沥青混凝土在不同加载频率、试验温度下的动态模量展开测试,并通过非线性最小二乘法拟合,确定了高模量沥青混凝土的动态模量主曲线,通过主曲线获得任何温度下、试验设备无法测试频率范围内的动态模量,为高模量沥青混凝土路面结构设计提供相应的材料参数。     

铁尾矿沥青混合料动态模量试验研究

根据不同铁尾矿掺量设计了3组AC-13C型沥青混合料,高低温性能试验和浸水汉堡车辙试验表明:铁尾矿沥青混合料高低温性能良好,水稳定性在满足要求的前提下相较于基准组有所降低。采用沥青混合料性能试验机(AMPT Pro)测试了3组混合料的动态模量和相位角,试验结果表明:掺加铁尾矿的沥青混合料随加载频率增大,其动态模量增幅小于普通混合料;相位角在低温和常温下随加载频率的增大而减小,当温度高于35℃时,随加载频率的增大而增大。根据时间-温度等效原理,采用非线性最小二乘法拟合得到参考温度20℃下的动态模量主曲线,通过主曲线可以查找任意频率下的动态模量,进一步获得铁尾矿沥青混合料的动态响应特性。     

土工袋竖向承载及循环压缩特性试验研究

土工袋技术近年来已被成功应用于房屋地基加固,具有较好的隔震效果,但其在动荷载条件下的变形特性尚未深入研究.为了进一步分析土工袋竖向承载能力及变形特性,开展一系列室内土工袋组合体无侧限极限抗压强度试验以及循环压缩试验,并通过控制循环次数、上部静荷载及循环荷载比值的大小研究其对土工袋组合体竖向应力、应变和动压缩模量的影响.试验结果表明：随着层数的增加,土工袋组合体极限抗压强度逐渐减小并趋于稳定值0.7 MPa,压缩模量峰值也随之减小并稳定于6.73 MPa;循环压缩试验初期土工袋组合体塑性变形显著,每一循环周期产生的竖向残余应变随着循环次数的增加逐渐减小并趋于0;动压缩模量在试验过程中基本保持稳定,不受循环次数的影响;随着上部静荷载的增大,土工袋组合体动压缩模量逐渐增大,上部静荷载为50 kN的土工袋组合体经过200次循环荷载作用后动压缩模量达到53.87 MPa;反之,循环荷载比值越大,动压缩模量越小,循环荷载比值为0.4条件下土工袋组合体在200次循环荷载作用后仍能达到49.39 MPa;在竖向动荷载作用下,土工袋能够满足其作为隔震材料的承载能力及稳定性要求.     

循环荷载下压实粉土的动态特性

为了研究交通循环荷载下黄河冲积粉土的动态特性,基于室内应力控制式动三轴试验,并考虑动应力、含水率两个因素的变化,研究了压实粉土的累积塑性变形、回弹模量及临界动应力的变化规律.试验结果表明:循环荷载下压实粉土的累积变形与动应力、含水率的高低均有关,动应力越大,累积变形随含水率增加而增长较快;压实粉土的回弹模量随动应力增加而缓慢降低,随含水率增加线性减小;压实粉土的临界动应力随含水率增加线性降低.     

路基压实变形模量检测标准分析

通过介绍法、德两国路基变形模量检测试验以及铁路、公路的变形模量标准和应用情况,分析认为：变形模量是力学指标,能反映路基的压实质量和受力性能;变形模量标准与压实条件和填料有密切关系,应经过大量试验研究来制定。建议我国公路进行研究或参照高铁做法引入采用。     

考虑时间间歇效应的粉土动力特性

列车荷载是揭示路基真实动力响应特性的前提，以往的动三轴试验将列车荷载视为连续动荷载，忽略了追踪列车间隔时间对路基土体动力特性的影响. 利用室内动三轴仪对粉土开展了连续加载和间歇加载（连续加载与间歇交替循环）的动三轴试验，分析了两种加载方式下粉土超孔隙水压力、回弹模量、累积塑性应变等的发展规律. 研究结果表明:持续动荷载作用下累积的超孔隙水压力在间歇阶段会发生消散，轴向应变在间歇阶段得到一定程度恢复，进而提高了试样抵抗变形的能力；室内动三轴试验忽略间歇效应将高估列车动荷载作用下试样超孔压和塑性应变的累积量及发生破坏的可能性；间歇加载下试样的永久变形行为可依据安定理论划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏.      

再生级配碎石变形特性研究

目前国内对再生集料用于制备级配碎石的研究较少情况下,分别对再生级配碎石、天然级配碎石和掺配的级配碎石进行了动态三轴试验,测试其模量及永久变形量。结果表明,再生集料不宜单独作为配制级配碎石的原材料,而掺配再生集料后的混合级配碎石与天然级配碎石的性能接近,并认为采用掺配60%再生集料的混合级配碎石完全可以满足工程需求。     

高速铁路路基质量检测指标K30、Ev2、Evd的相关性分析

高速铁路施工中同时采用了K30、Ev2、Evd3项力学指标对路基压实质量进行检测,该3项指标的检测内容与检测原理接近.为了减少检测工作量、提高检测效率,本文在简要分析3项指标各自测试原理的基础上,利用大量实测数据,对3项指标进行了相关性分析.分析结果表明,3项指标具有较好的相关性,且用回归分析结果反算的数值与规范给出的标准相近,说明该3项指标具有较好的相互替代性.依据分析结果,认为用Ev2替代K30,或用Evd替代Ev2和K30都是可行的.     

重复荷载作用下砂土永久变形预估模型

为预估路基的永久变形,在万能材料试验机上对砂土进行了重复加载动三轴试验,得到了砂土永久变形的发展曲线,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式,并对回归公式进行了可靠性分析。当荷载作用次数为10000次时,现有路基土永久变形模型预估结果与试验结果相对误差最小为52%,最大高达376%;而系数与含水量和回弹模量之间的回归公式相关系数最小值为0·31,平均值为0·41,大于临界值0·28,试验曲线与理论曲线相关系数大于0·99。分析结果表明:建立的砂土永久变形预估公式可靠性较高,而现有预估模型不适用于砂土。     

全无缝桥梁用掺橡胶粉LEM-SHCC路桥连接板拉伸性能及其应用

为了解决全无缝桥梁路桥连接板裂缝宽度与板内力过大等问题,将橡胶粉等体积部分替代细砂掺入应变硬化水泥基复合(SHCC)材料可制备低弹性模量的SHCC材料(LEM-SHCC),用于全无缝桥梁路桥连接板;进行了5种不同体积橡胶粉掺量(0、5%、10%、15%和20%)LEM-SHCC基本材性(密度、抗压强度和弹性模量)及拉伸性能试验,分析了橡胶粉掺量对LEM-SHCC的强度和变形性能的影响,并采用拉、压应变比差评价了橡胶粉掺量对SHCC材料的影响,获得了LEM-SHCC的最优配合比;针对橡胶粉掺量为15%的LEM-SHCC路桥连接板,研究了最不利荷载作用下(温降荷载)其吸纳变形能力、拉伸变形性能及开裂后裂缝分布规律,并与同尺寸SHCC路桥连接板的各项性能进行了比对;进行了LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(橡胶粉掺量、板底摩擦因数和板长等主要影响因素)有限元对比分析。研究结果表明:橡胶粉的掺入降低了SHCC的弹性模量,提升了SHCC的延性,当橡胶粉掺量达15%时,SHCC的弹性模量降低了40%,而延性却提升了近50%,且裂缝宽度有效地控制在60 μm以内;LEM-SHCC路桥连接板吸纳纵向变形达到10 mm时,LEM-SHCC路桥连接板表面微裂缝多(近180条),裂缝间距小(15~80 mm),且开裂后裂缝宽度控制在60 μm以内,此时张拉端板应力为2.1 MPa,锚固端锚固力为150.5 kN,卸载后裂缝闭合,无纤维被拉出或拉断;吸纳同样的纵向变形10 mm时,LEM-SHCC板的内力比同尺寸的SHCC板小;LEM-SHCC板的内力受橡胶粉掺量的影响较大,当其掺量为15%时,LEM-SHCC板性能最优,LEM-SHCC板的内力受板底摩擦因数的影响不大,板长的增加能有效地改善LEM-SHCC板的受力性能,推荐LEM-SHCC路桥连接板的设计长度为8.5 m。      

蠕变试验评价沥青稳定碎石高温流动变形性能

基于大型马歇尔试验确定6种沥青稳定碎石混合料的最佳油石比,击实成型蠕变试验试件。利用单轴静态蠕变试验结果-蠕变模量和拟合曲线斜率值,及动态蠕变试验拟合曲线斜率值综合评价6种沥青稳定碎石抗高温流动变形能力,试验表明在矿料级配范围上限与中值之间的沥青稳定碎石混合料抗高温变形能力最强。因此,在沥青稳定碎石混合料组成设计时矿料级配曲线应在上限与中值之间;特别地,ATB-25矿料级配曲线应靠近中值,ATB-30矿料级配曲线应靠近上限。     

熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律, 促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用, 对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验; 研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律, 并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明: 熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势, 加载频率为0.5~1.5 Hz时, 临界动应力比为0.150~0.175, 小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积, 缩短液化破坏时间; 熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡, 增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度; 相同动应力比下, 熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关, 在围压大于200 kPa时, 二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小; 熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系, 动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势, 并随围压的增大而增大; 阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22, 发展曲线受围压影响较小。