刚柔复合式路面动测评价方法与试验研究

为了研究一种刚柔复合式路面动测方法的有效性与合理性,在掌握便携式地震波地质分析仪工作原理和测试特点的基础上,假定刚柔复合式路面为双层均匀弹性介质结构,运用瞬态面波频谱分析法研究了Rayleigh面波在此结构中的频散特性,推导了便携式地震波地质分析仪测试刚柔复合式路面动模量与结构厚度的反演方法.通过在典型刚柔复合式路面路表点对点依次采用便携式地震波地质分析仪和落锤弯沉仪法(FWD)测试动模量,承载板测试回弹模量和钻芯测试沥青混凝土(AC)层厚度,建立了各测试指标之间的相关关系.研究结果表明:便携式地震波地质分析仪反演的动模量比静回弹模量高出48.0％～73.4％,且与FWD反演结果具有较好的一致性,同时结构厚度反演结果均在实际厚度80％的置信区间内,所有判定系数均大于0.8,表明应用便携式地震波地质分析仪快速评价刚柔复合式路面动参数是合理、可行的.     

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的目标。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。     

基于应力相关回弹模量模型的路面设计研究

基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型。在土基层采用具有应力相关的动态回弹模量Uzan模型,对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算,并根据Uzan模型的参数对路基变形计算的影响进行了讨论,通过与静态回弹模量的对比,揭示不同路基回弹模量模型对路基土应力应变行为的影响。有限元分析结果显示,随着轴重和轴型的增加,路基工作区深度不断扩展,多轴荷载应力的叠加效应在路基深层愈加显著;采用应力相关的回弹模量与线弹性回弹模量相比,路基的竖向位移更大,承担的载荷压应力略小,工作区深度有所增加。     

基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计研究

采基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型,并对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算。采用正交试验设计的方法对路面设计参数进行组合,系统分析了设计参数对路基路面应力响应的影响。结果表明,对于水泥混凝土路面,在路面设计参数中,仅有路基回弹模量对路面板拉应力与面层板厚度对路基应力具有显著影响。因此,可将路面厚度和路基回弹模量设计作为水泥混凝土路面设计重点。基于不同路面板厚度下路基工作区深度,可将交通荷载影响区加深至1．5m。基于不同路面板厚度、路基回弹模量和不同轴载对水泥混凝土路面板疲劳寿命影响规律,在重载交通条件下,应该增加路面厚度和增强路基。考虑经济因素并结合以上分析,建议水泥混凝土路面厚度宜取28—30cm,路基回弹模量宜介于40-80MPa之间。     

低填浅挖路段砂砾路基工作区深度及施工质量控制研究

对低填浅挖路段砂砾路基填料的土工参数和强度性能予以探讨,针对其松散材料的特点,基于ABAQUS有限元软件对荷载附加应力和路基自重应力之比进行了数值计算,深入分析了超载和多轴型作用下砂砾路基的工作区深度,发现在标准轴载作用下路床范围比现行规范要加深10～20 cm,超载相对于轴型变化对砂砾路基会产生更不利的影响。路基模量对工作区深度有一定影响,但过大的模量对改善路基受力环境并无明显作用,但应该严格满足路基顶面的设计回弹模量。指出压实度指标对于砂砾路基施工质量控制的不适应性,从确保路基抗变形能力和承载能力的基本功能的角度,建立了基于路基横断面关键点沉降差和FWD线性反演模量的双指标控制法及相应标准,并对反演的动态模量和承载板测定的静态回弹模量进行了分析比较,提出便于砂砾路基施工应用的模量修正系数。     

路基含水量对水泥混凝土路面疲劳寿命的影响分析

含水量对路基的回弹模量有显著的影响,而回弹模量是水泥混凝土路面板应力和路面弯沉的重要影响因素。为克服采用线弹性当量回弹模量进行路面结构分析带来的偏差,通过对粉土三轴试验数据拟合,获得了不同含水量下应力相关的非线性回弹模量参数。推导了精确的一致切线刚度矩阵,利用Abaqus用户材料子程序UMAT对应力相关的回弹模量模型进行有限元实现。基于路基-路面协调变形,建立三维有限元分析模型,调用移植的回弹模量模型对典型的水泥混凝土路面结构进行结构分析,获取路基土在不同含水量下的路面结构的应力应变响应,结合水泥混凝土路面的疲劳寿命关系分析路基土含水量对混凝土路面疲劳寿命的影响。研究结果表明:路基土含水量从最佳含水量-3%增加到最佳含水量+3%,回弹模量相应显著减小,路面顶面最大弯沉增加,路面板的板底最大拉应力增加,路面结构的疲劳寿命减少。     

固化土结构功能层对沥青路面结构力学的影响

为提高路基的强度和稳定性,利用固化土来补偿路基的刚度。首先,通过抗压强度、吸水量、抗压回弹模量等试验测试固化土的力学性能;然后,利用BISAR3.0程序计算在不同工况下固化土层对路基工作深度、路面结构应力和变形的影响。结果表明:在水泥(掺量6%)和固化剂(掺量0.06%)的共同作用下,固化土的抗压强度为4.68MPa,抗压回弹模量为1 108MPa;再者,随着固化土厚度和回弹模量的增加,路基工作区深度降低,固化土层能达到减小路基工作区深度的效果。当固化土用作结构功能层时,随着固化土功能层的厚度和模量增加,基层层底拉应力、拉应变和路基顶竖向压应变都减小,且模量越大越有利于延长路面的使用寿命。研究内容可为固化土在道路工程中的应用提供参考。     

路基回弹模量衰减对路面结构性能的影响研究

基于中国现行公路路面结构设计原理,选用路基回弹模量作为路基性能表征指标,通过改变路基回弹模量的大小,计算标准轴载作用下典型沥青路面结构及水泥砼路面结构层底拉应力与疲劳寿命。研究表明,沥青路面及水泥砼路面结构层底拉应力与路基回弹模量具有良好的对数函数关系,而路面结构疲劳寿命与路基回弹模量具有良好的二次函数关系;随着路基回弹模量的降低,路面结构层底拉应力快速增加,而疲劳寿命急剧衰减;为确保路面结构能达到设计标准轴载作用次数,必须确保路基具有足够高的回弹模量。     

瑞雷波技术在巨粒土路基中的应用研究综述

在对瑞雷面波勘探技术及其在工程中的应用现状回顾的基础上,剖析了瑞雷面波频散曲线正、反演方法的进展及存在问题,提出了通过理论模型和试验测得巨粒土路基中瑞雷波的传播速度,根据波速和路基强度的相关性,建立横波波速与巨粒土路基变形指标之间的关系的思路,从全新的角度评价巨粒土路基的填筑情况,建立相应的变形控制指标,把路基不均匀沉降控制、路面设计指标与质量检测评价指标有机地联系起来,使路基施工、路面设计理论上升到新的理论高度,将是其发展趋势。     

路基回弹模量季节变化规律研究

基于试验路段路基回弹模量与含水量、回弹弯沉的试验分析,建立路基回弹模量与含水量、回弹弯沉之间的相关关系。采用水分传感器跟踪观测路基含水量,研究路基工作状态下含水量及回弹模量的季节变化规律,提出路基回弹模量季节变化关系的建立方法,基于此方法建立的关系式可用于路基回弹模量设计取值参考,并可用于路基路面回弹弯沉验收时验收标准修正系数的确定。     

路基回弹模量对沥青路面结构受力的影响

针对不同的路基回弹模量,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了路表弯沉、面层内剪应力与压应力、基层底拉应力等沥青路面结构受力参数伴随路基回弹模量变化的趋势。分析结果表明:路基回弹模量对路表弯沉和基层底拉应力影响比较大,对面层剪应力和压应力影响较小,较高的路基回弹模量可有效提高路面的结构承载力和疲劳寿命,改善路面使用性能。     

PFWD快速检测路基模量研究

为了研究合理的路基模量快速检测方法,在分析便携式落锤弯沉仪的动力测试原理基础上,确定了PFWD快速检测路基模量的数据分析方法,并根据路基实际工作条件,推荐了PFWD的标准配置及不同填料路基的承载板直径选用建议。提出了PFWD现场快速检测的步骤和注意事项,分析了其测试特点。通过现场路基的大量对比检测,分别建立了PFWD模量与承载板回弹模量、贝克曼梁弯沉及FWD模量之间的相关关系。结果表明,PFWD与其他检测方法具有良好的相关性,所建立的回归公式可供工程应用参考。因此,PFWD可用于快速可靠地检测路基模量,为路面结构设计提供依据和参数,并可进行路基质量快速评价和施工过程质量控制。     

河南省高速公路路基合理设计参数研究

路基设计参数对沥青路面的结构设计十分重要。通过合理考虑不同季节路基回弹模量对路表弯沉值的影响,提出考虑季节变化的路基有效回弹模量计算方法。在此基础上,结合河南省高速公路路基强度状况调查,根据不同交通等级下,不同路基回弹模量对沥青路面设计厚度的影响,提出路基强度等级分类标准。研究结果能够在保证路基承载力的情况下,提高设计参数取值的合理性和针对性。     

瑞雷波技术在巨粒土路基检测中的应用研究

基于附加质量法,反演瑞雷波在巨粒土路基中传播的横波波速;根据横波波速和巨粒土路基强度间的相关性得到巨粒土路基的动态回弹模量,由此评价巨粒土路基的施工质量;将瑞雷波法测得回弹模量和FWD法、承载板法获得的结果比较,结果显示由瑞雷波法评价巨粒土路基的施工质量是可行的。     

分层铺筑与反挖试验条件下级配碎石结构模量特性

为了客观揭示级配碎石模量的结构服役状态相关性,采用室内动三轴材料试验和足尺结构试验开展级配碎石的模量特性研究,室内动三轴试验通过控制含水率、密实度、围压及偏应力等指标探究级配碎石在不同服役状态下的动回弹模量。研究发现,级配碎石的动回弹模量随着含水率的增大而减小,随着密实度、围压及偏应力的增大而增大。采用承载板和便携式落锤弯沉仪(PFWD)测试方法,通过分层铺筑与反挖2种室外足尺试验对级配碎石层顶面当量模量及该层结构模量进行测试与对比分析。分层铺筑测试结果表明：采用承载板法和PFWD方法测试得到级配碎石顶面当量模量和其结构模量均随铺筑层厚度的增加而增加,但增长速度随铺筑厚度增大而减小;级配碎石顶面模量随着下承层的顶面当量模量的增大而增大,但增长速度逐渐降低。反挖测试结果表明,由于上部级配碎石层的影响,反挖处级配碎石顶面当量模量先增加后减小,在开挖深度为20 cm时达到峰值,随着开挖深度的增加逐渐降低,但降低速度逐渐减小。对比室内三轴材料试验和足尺现场结构试验结果发现,级配碎石在足尺路面结构中的结构模量大于其三轴试验测试结果,将三轴模量测试结果用于路面结构设计将低估其承载能力,并产生较大的设计偏差。反挖方法同时考虑了下承层与上覆结构层自重及摩擦力的影响,与其实际服役条件相符。     

不同湿度粘性路基土动态回弹预估研究

研究以滤纸法测量了粘性路基土基质吸力,获得了土水特性曲线。通过动三轴试验,研究了不同含水量下粘性路基土动态回弹模量,并于试验后以滤纸法测量土样的基质吸力,并探讨了粘性路基土动态回弹模量与基质吸力的关系。研究表明,粘性路基土动态回弹模量随循环偏应力和含水量的增大而减小,随基质吸力的增大而增大。鉴于动态回弹模量是偏应力和体应力的函数,在现有偏应力和体应力为变量的三参数复合模型基础上引人基质吸力的影响,进而提出综合反映湿度和应力状态的动态回弹模量预估模型。通过对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系,证明所选综合考虑应力和湿度影响的模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立,不仅为南方多雨地区评价路基土在环境和交通荷载作用下长期性能提供了依据,也为基于动力学的路面结构设计提供了参数。     

路基土动态回弹模量室内试验加载序列的确定

采用多层弹性体系理论计算分析了我国沥青路面路基土的受力水平,对国内139个实际路面结构进行了计算统计,并据此确定了路基土室内三轴重复加载试验的加载序列,为改进回弹模量室内试验方法提供了参考。     

刚果（布）北部地区土基回弹模量E0研究

结合刚果（布）2号公路工程的现场承载板试验和贝克曼梁弯沉试验研究了压实度、稠度、弯沉值与土基回弹模量E0的变化规律,得出了土基回弹模量E0与稠度和压实度、土基回弹模量E0与弯沉的经验关系式,并将现场实测的土基回弹模量值与查表法得出的值进行了对比,在此基础上,提出了刚果（布）北部地区的土基回弹模量E0推荐值。