水泥路面板芯样的压缩试验及流变特性

为了研究水泥路面在服役若干年后混凝土面板力学行为和技术性能的变化,并为水泥路面的结构设计、性能评价和养护维修等提供理论参考,在通车已达16年的水泥路面中钻芯取样,并在实验室制作了同标号水泥混凝土试件用以对比分析;将这2种新、旧混凝土圆柱体试件在3个加载速率下按照"简单加载至破坏"和"循环加载后至破坏"2种加载方式进行压缩试验。试验结果表明:新混凝土具有1个屈服应力,而旧混凝土则有2个屈服应力;在第一屈服应力的80%范围内和较高加载速率下,混凝土主要表现为线弹性,较低加载速率时才会表现出微量粘性;弹性模量的取值可采用"80%度量法"的割线模量;水泥路面板服役16年后,其抗压弹性模量和抗压极限应力分别衰减了约29%和56%。     

水泥稳定碎石基层的弹塑性特性

为了认识水泥稳定碎石基层的弹黏塑性特性,优化路面结构的设计计算,选用路面常用的骨架密实和悬浮密实2种水泥稳定碎石基层材料,振动压实成型了Φ150×150 mm标准圆柱体试件,应用微机控制万能试验机,设定不同加载速率(0.5,1,1.5,2,4 mm·min~(-1)),进行简单加载、循环加卸载、抗压回弹模量、徐变和松弛等试验,测试试件的应力-应变及其随时间的变化,分析强度、刚度、徐变与松弛等变化规律及加卸载应力-应变特性,研究水泥稳定碎石基层的弹塑性特性,提出改进型本构模型。结果表明:加载速率对试验结果的总体影响小于4.4%(相对误差),且60 min的徐变变形最大为0.03%,14 min的应力松弛最大为6.9%,表明水泥稳定碎石基层的黏性极弱,可以忽略不计;每次加载卸载后均有回弹变形和永久变形出现,反映了水泥稳定碎石基层的弹塑性性质,且服从有应力强化的弹塑性固体模型,可以用广义圣维南模型模拟分析;提出的改进型邓肯-张本构模型数值模拟具有很好的有效性,可以用来分析水泥稳定碎石的应力-应变曲线;0.4σ_(max)(σ_(max)为水稳碎石混合料的破坏强度)对应的割线模量十分接近传统的回弹模量,说明简化的0.4σ_(max)取值法可以用来测试水泥稳定碎石基层的回弹模量;从总体路用技术性能来看,骨架密实型的水泥稳定碎石基层要优于悬浮密实型。     

水泥稳定碎石基层的弹塑性特性（双语出版）

为了认识水泥稳定碎石基层的弹黏塑性特性，优化路面结构的设计计算，选用路面常用的骨架密实和悬浮密实2种水泥稳定碎石基层材料，振动压实成型了Φ150×150 mm标准圆柱体试件，应用微机控制万能试验机，设定不同加载速率（0.5，1，1.5，2，4 mm·min^-1），进行简单加载、循环加卸载、抗压回弹模量、徐变和松弛等试验，测试试件的应力-应变及其随时间的变化，分析强度、刚度、徐变与松弛等变化规律及加卸载应力-应变特性，研究水泥稳定碎石基层的弹塑性特性，提出改进型本构模型。结果表明：加载速率对试验结果的总体影响小于4.4%（相对误差），且60 min的徐变变形最大为0.03%，14 min的应力松弛最大为6.9%，表明水泥稳定碎石基层的黏性极弱，可以忽略不计；每次加载卸载后均有回弹变形和永久变形出现，反映了水泥稳定碎石基层的弹塑性性质，且服从有应力强化的弹塑性固体模型，可以用广义圣维南模型模拟分析；提出的改进型邓肯-张本构模型数值模拟具有很好的有效性，可以用来分析水泥稳定碎石的应力-应变曲线；0.4σ_max（σ_max为水稳碎石混合料的破坏强度）对应的割线模量十分接近传统的回弹模量，说明简化的0.4σ_max取值法可以用来测试水泥稳定碎石基层的回弹模量；从总体路用技术性能来看，骨架密实型的水泥稳定碎石基层要优于悬浮密实型。     

纤维混凝土断裂性能试验研究与数值模拟

为研究纤维对水泥混凝土断裂性能的影响,选用几种不同类型、不同规格的纤维,在各种纤维的常规掺量下,对带切口的单掺或混掺纤维混凝土试件进行了三点弯曲试验,并与素混凝土试件进行了对比。试验得到素混凝土、单掺PVA纤维混凝土、单掺普通钢纤维混凝土、单掺超细钢纤维混凝土及三元混杂纤维混凝土共5组试件的荷载-张口位移曲线,理论计算得到各组试件的断裂能、断裂韧度及临界张口位移等断裂特征参数。利用Abaqus软件基于扩展有限单元法模拟了各组试件三点弯曲加载时的开裂行为,追踪了裂纹的扩展情况。试验及数值模拟结果表明:在常规纤维掺量下,不同类型的纤维混凝土表现出的断裂韧性差异显著;相对于素混凝土和PVA纤维混凝土,钢纤维和三元混杂纤维混凝土的荷载-变形曲线更加饱满,部分试件的曲线在达到峰值荷载进入下降段后甚至会再次上升并出现二次峰值现象,表现出良好的断裂韧性;扩展有限元法也能较好地模拟纤维混凝土的开裂行为,且由数值模拟得到的各组混凝土试件的加载曲线、破坏形态及断裂参数与试验情况都能吻合较好;扩展有限元法可以时刻追踪裂纹扩展情况,从而确定裂纹长度随加载时间和加载点位移的变化关系,合理地预测裂纹潜在的扩展途径。     

碎石基层的塑性变形对混凝土路面力学行为的影响

在这项研究中,通过与旋转硬化概念的结合来修正基于广义SMP准则的原始改良Cam-Clay模型,模拟在水泥混凝土板下碎石基层的塑性变形的发展,称之为旋转硬化Cam-Clay模型.模型通过预测塑性变形累计曲线和对碎石基层循环加载的三轴压缩试验得到的试验值相比较来确认.模型成功地预测了试件塑性变形的发展,塑性变形在一开始时迅速增长,此后增长的速率减小.该模型与三维有限元模型 (3DFEM)结合,在足尺试验路面上进行模拟试验.试验发现,水泥混凝土路面的弯沉值随着荷载重复次数的增加而增加,表明在水泥混凝土板下由于基层的塑性变形而产生了缝隙.通过引入等效荷载次数的概念来模拟在合理的计算时间内施加大量循环荷载的塑性回应.模拟结果和试验数据比较表明该概念是有效的.此外,调查了由于基层缝隙而引起的水泥混凝土路面的力学响应(变形,压力以及弯沉).     

碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力强度因子分析

碎石化后加铺水泥混凝土层是旧水泥混凝土路面一种旧路改建方式,反射裂缝是其病害形式之一。为了预估水泥混凝土加铺层的反射裂缝,分析碎石化技术是否对水泥混凝土加铺层有减缓反射裂缝发生的效果,采用ABAQUS有限元软件对旧水泥路面上水泥混凝土加铺层的应力强度因子进行分析。对比碎石化水泥混凝土面层和直接加铺水泥混凝土面层两种路面结构的应力强度因子,研究了碎石化的旧水泥混凝土路面上水泥混凝土加铺层的断裂破坏机理。结果表明,对旧水泥混凝土路面碎石化可以降低反射裂缝发展速度或推迟反射裂缝产生时间,从而延长路面使用寿命。     

重塑饱和黄土K0固结三轴试验研究

采用GDS静三轴仪，进行了饱和重塑黄土的K0固结试验研究，探讨了不同加载速率下试件的变形特性，并对试验结果进行对比和分析。结果表明:不同加载速率下，试件轴向应力与轴向应变的关系曲线变化趋势一致；不同加载速率条件下，当轴向应力达到同一值时，加载速率大的试件，其轴向应变越大；不同加载速率下，土样侧压力系数K0与轴向应变的关系曲线趋势基本一致；加载速率不同，试件侧压力系数K0的稳定值也不同，但仅在一定范围内变化。     

钢-混凝土结合段钢梁端面局部承压效应研究

为探究钢-混凝土结合段钢梁端面局部承压效应，在总结境内外相关模型试验、数值模拟和理论研究的基础上，开展了结合段钢梁端面承压的试验研究及有限元分析。研究结果表明：试验试件在最终破坏形态上表现为结合段混凝土与钢结构脱离，正面钢板端部下方破坏时混凝土大块剥落且裂缝呈“八”字型分布，侧面钢板靠近钢板端面呈斜裂缝且裂缝沿着底面发展，符合局部承压破坏特征；根据试验所得荷载～滑移曲线可将加载过程分为线弹性阶段、裂缝发展阶段、屈服阶段，从开始加载到试件破坏，试件裂缝发展的同时伴随着钢梁与混凝土脱离，滑移量的增加，试件刚度的降低；试件极限滑移超过10 mm,呈现延性破坏特征；数值模拟结果表明，钢梁段整体沿加载方向均为压应力，但内部钢梁端面接触区域的混凝土处于更加理想的三向约束状态，其极限压应力在整个加载过程中均远大于混凝土表面钢梁端面压应力；换算至钢梁端面极限平均压应力可以达52.9 MPa,传力效果显著。     

机场水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏研究

为分析疲劳荷载作用下,机场水泥混凝土道面传力杆与周围混凝土间变形和损伤情况,以及传力杆失效机制,使用MTS试验仪对单传力杆结构试件进行了循环荷载加载试验,分析了传力杆结构的变形规律和损伤情况,揭示了水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏机制。结果表明,越靠近界面的传力杆位移变化越大;荷载加载初期传力杆变形量大,随荷载增加,变形量渐趋稳定;加载距离越大,传力杆松动量增加速率越大,越容易失效;疲劳加载造成传力杆底部混凝土脱落,并逐渐破坏至失效。     

基于MMLS1/3试验泡沫沥青冷再生混合料轮辙曲线特征及粗集料运动规律

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS1/3加速加载试验,探讨了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征,分析给出了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势;对不同加载次数下轮迹处MMLS1/3试件进行X-ray无损扫描,分析了不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的轮辙曲线特征及粗集料运动规律。结果表明,对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件,轮迹处车辙沿横断面分布呈U形,掺加1%~2.5%水泥后泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形,可采用RDD=A×NB预估不同加载次数(N)下的车辙深度(RDD)发展规律;MMLS1/3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段,即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段;重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形、集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移,粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。MMLS1/3试验过程中压密变形主要是由车辆荷载的进一步压实作用引起,主要造成泡沫沥青冷再生混合料中大孔数量减少,微孔数量增多;试件破坏阶段泡沫沥青冷再生混合料内部微孔数量减小,大于1mm3空隙数量增多。掺加适量水泥可约束泡沫沥青冷再生混合料集料产生水平转动位移,具有维持加载过程中泡沫沥青冷再生混合料空隙形状和孔级配变化不大的作用。     

钢纤维混凝土路面接缝传荷能力试验研究

为研究正常使用状态下钢纤维水泥混凝土路面接缝的传荷性能影响因素及其衰减规律,对10块普通水泥混凝土路面板和10块钢纤维混凝土路面板进行了疲劳荷载试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度、混凝土板厚度及钢纤维掺量,分析了不同因素对钢纤维路面板接缝传荷能力的影响。结果表明:掺加钢纤维能够有效提高路面板的传荷能力,降低传荷能力衰减速率;钢纤维混凝土路面板的传荷能力随钢纤维掺量的增加而增大,受传力杆直径、长度影响较小;普通水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,均能够提高接缝的传荷效率,但提高幅度十分有限。     

路面材料辐射换热试验方法

太阳辐射是路基路面材料对外热交换的重要形式.该文利用自行开发的辐射换热试验机,考虑沥青混凝土与水泥混凝土两种不同路面材料类型、在3种太阳辐射强度条件下,对路面材料的辐射换热进行室内试验研究,分析了不同辐射强度对路面材料辐射换热的影响及其变化规律.试验研究表明,水泥混凝土的辐射吸收能力低于沥青混凝土,辐射强度对路面材料的辐射换热系数影响较小,水泥混凝土试件与沥青混凝土试件间辐射换热系数的比值基本保持恒定,保持在82%～84%之间.     

基于不同搅拌方式下的水泥稳定碎石力学性能及细观结构研究

搅拌工艺对水泥稳定碎石的力学性能有较大影响。为了分析振动和非振动搅拌技术对水泥混凝土的力学性能和细观结构的影响,文章采用不同的搅拌工艺制备试样进行研究。采用CT试验分析了水泥砂浆在粗集料表面的分布情况;通过开展不同应力状态下的强度、模量和疲劳试验来揭示搅拌技术的影响;分别建立了强度随加载速率和模量随应力水平的变化规律,采用与加载速率相关的应力比修正的S-N疲劳方程来表征其疲劳性能。研究结果表明,振动搅拌技术制备的水泥稳定碎石试件的砂浆在骨料中分布更加均匀,密实型更高;在相同的试验条件下,振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件的强度、模量和疲劳寿命均高于非振动搅拌成型的试件;振动搅拌制备的试件的强度和模量随加载速率的增长速率更高;与非振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件相比,振动搅拌制备试件的疲劳寿命应力敏感性更加稳定。     

半柔性路面模量特性研究

半柔性路面具有承载力好和抗剪切变形能力强的优点,是解决交叉口、公交站台等路段车辙病害的有效手段。然而由于力学性能的差异,半柔性路面无法完全参照水泥混凝土路面或者沥青混凝土路面设计方法,而建立适用于半柔性路面设计体系的重要工作之一就是分析路面材料模量特性。该文基于室内试验对室内成型试件及取芯试件,进行动态模量、间接拉伸劲度模量、回弹模量测试,并通过落锤式弯沉仪采集路面弯沉数据。试验结果表明：在中温度域范围内,半柔性路面材料与沥青混合料动态模量相近;而在高温低频条件下,两种材料动态模量差异显著。对比回弹模量和弯沉数据发现,半柔性路面模量约为沥青路面模量的两倍,而前者弯沉仅为后者的1/2。研究结果表明：试验方法和加载模式对两种材料模量的影响规律显著不同,路面设计应进一步结合两种路面典型破坏模式选取不同测试条件下的模量参数进行结构设计。     

不同卸围压速率下混凝土材料能量特征研究

为了探究混凝土材料在不同卸围压速率下的强度特征和能量变化规律,制备圆柱状混凝土试件,开展常规三轴卸围压试验。研究结果表明:混凝土试件的峰值强度随着卸围压速率的增大呈线性关系减小,其峰值轴向应变随着卸围压速率的增大呈单指数关系减小;卸围压速率越低,试件卸围压阶段所持续的时间越长,积累的弹性能随之增大;同时发现试件的卸围压速率越小,卸围压开始时刻到应力峰值时刻的耗散能增长速率越快,且试件峰后破坏阶段的耗散能曲线斜率随着卸围压速率的增大逐渐增大;随着卸围压速率的增大,混凝土试件应力峰值时刻的轴向能量、环向能量、弹性能和耗散能均减小,低卸围压速率下试件变形充分,而卸围压速率较高的时候,试件的变形破坏具有突发性。     

旧水泥混凝土路面维修改造技术的研究

结合旧水泥混凝土路面维修改造实体工程,详细阐述了旧水泥混凝土路面破损调查结果,分析破坏原因,并有针对性地提出了旧水泥混凝土路面维修改造设计方案和施工方法,为解决旧水泥混凝土路面维修改造问题积累了新的技术资料.     

基于三点弯曲试验的ATB-25弯拉特性的研究

通过沥青稳定碎石基层ATB-25沥青混合料的三点弯曲试验,研究了温度及加载速率对弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。在较大试验温度范围内,施加两组加载速率对ATB-25沥青混合料小梁试件的弯拉特性进行试验研究。结果表明:高加载速率条件下试件破坏的弯拉强度大于低加载速率下的弯拉强度;温度越高,高低荷载速率之间的弯拉强度差别越大。低荷载速率条件下的弯拉应变约为高荷载速率下的1.5~2.5倍,且在温度低于25℃时,小梁试件的弯拉应变与温度之间有较好的指数变化规律。同时,其弯曲劲度模量与温度之间也呈现良好的指数关系。对比分析了高低荷载速率条件下的指数回归方程参数,表明了低荷载速率条件下的ATB-25沥青混合料表现出较佳的抗裂性能。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知其在常温域(15℃)附近具有最大的弯曲应变能。     

动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能研究

为了探究经历车辆动态疲劳荷载作用后路面水泥混凝土力学性能的衰减规律,基于正交试验设计了力学性能、耐久性及工作性最佳的路面混凝土配比;选取了30%、50%、80%三个荷载应力水平,设计了4种不同的疲劳加载方案对路面混凝土进行疲劳试验。利用MTS测定了不同疲劳加载方案下路面混凝土的剩余强度和应力-应变曲线变化规律,并借助经典的断裂能理论对动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能进行研究。结果表明:应力水平为80%的动态疲劳荷载作用下路面混凝土的剩余弯拉强度呈现衰减趋势,加载4h后其剩余弯拉强度较基准降低了20%;当荷载应力水平为30%、50%时,动态疲劳荷载作用前期混凝土剩余弯拉强度出现负衰减,疲劳加载3h后其剩余弯拉强度较基准分别提高7.9%、3.1%;动态疲劳荷载造成路面混凝土脆性增加,其变形呈现"弹性-塑性-类似弹性"的三阶段衰减规律;路面混凝土的断裂能随着加载时间及荷载应力水平的增加逐渐降低,应力水平大于50%时疲劳荷载对混凝土的断裂能劣化显著;当应力水平为30%、50%和80%时,加载4h后断裂能较基准分别降低24%、57%和66%。     

碎石化旧混凝土路面上沥青加铺层应力及顶面模量

将碎石化处治的旧水泥混凝土路面层视为宏观均匀、各向同性的线弹性体,采用双层弹性层状体系模型,深入分析了碎石化旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的应力、弯沉变化规律,给出了对应不同交通量及沥青加铺层厚度下碎石化旧路面顸面最小回弹模量值,以及碎石化旧路面顶面最大容许弯沉值.研究表明,对应不同交通量和沥青加铺层厚度,要求碎石化旧水泥混凝土路面顶面弯沉在41～114(0.01 mm)之间变化,否则,顶面弯沉超过114(0.01mm),则碎石化旧路面不能提供所需的刚度要求,需另外设置基层后再加铺沥青层.     

超薄水泥混凝土路面的性能研究

超薄水泥混凝土加铺技术是一种以较少资源来恢复旧路面使用功能的技术,近年来在国内外得到了广泛的关注。该文结合中国现行的路面设计和相关超薄水泥混凝土罩面试验数据,分析了超薄水泥混凝土路面板的最不利荷位、层间粘结对角隅裂缝的影响,采用了轮迹分布曲线对板接缝进行合理划分,并通过分析层间刚度对反射裂缝进行了讨论,为改善超薄水泥混凝土的性能提供借鉴。