半刚性基层沥青路面结构内部排水特性探讨

采用多孔介质的原理强度和变形理论及多孔渗流理论分析了半刚性基层沥青路面面层的静水压力和动水压力,指出动水压力是导致沥青路面产生水损害的主要原因,并探讨了沥青路面的水损害机理。     

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。     

沥青路面动水压力研究进展

动水压力是导致沥青路面病害频发的诱因之一。文中综述了国内外沥青路面动水压力的研究现状,分析了沥青路面动水压力产生原因及影响因素,其中车辆行驶速度、行车荷载以及沥青路面空隙率等对沥青路面动水压力影响较大。针对该研究领域现存问题,提出应建立统一的测试标准及方法、研制更加科学合理的室内模拟试验装置等措施。     

考虑动水压力影响的沥青路面损伤机理研究综述

行车荷载产生的动水压力作用是沥青路面水损害的主要原因之一。为深入剖析沥青路面动水压力的作用机理,该文分析了动水压力研究方法,总结了动水压力的影响因素,对中国国内沥青混合料水稳定性评价方法和动水压力研究现状进行了评述,并对动水压力的作用机理进行了展望。     

福建高速公路沥青路面排水体系数值分析

福建省多雨潮湿,降雨对高速公路沥青路面性能和行车安全影响非常大。福建省在研究和长期实践基础上形成了非常有特色的沥青路面排水体系,为了检验其有效性,进行了高速公路沥青路面排水体系的数值分析。基于Biot动态固结理论的Lagrange有限差分方法,建立了路域3D模型。考虑降雨、表面径流、路面结构内部及地下水流动等因素,进行了超高缓和段路表集水状况、路面结构内部层底集水深度和孔隙动水压力、路面边部排水和中央分隔带排水设施排水能力进行模拟分析。分析时考虑了动态移动荷载、动水场作用下的多孔路面结构的动态流固耦合,但计算时不考虑蒸发作用。结果表明:(1)采用移动路脊法设计后,超高缓和段的路表雨天集水次数可减少85.7%;(2)组合式基层沥青路面结构自由水完全排出时间为0～5 d;与半刚性基层沥青路面结构相比较,组合式基层沥青路面结构中沥青层底无自由水天数可增加180%,同时沥青层层底孔隙动水压力相应可降低73.5%;(3)福建高速公路排水设施排水能力均有一定富裕,路基顶面横向排水管、碎石透水层、级配碎石层底横向排水管、集水井和缝隙式纵向排水沟的排水最小富裕度分别为96.7%,95.1%,73.5%,41.3%和26.9%;(4)根据数值分析结果,可以对排水设施尺寸或设置间距等进一步完善。     

新型沥青路面动水压力模拟试验研究

普遍认为沥青路面动水压力水害的发生,主要是行车压力瞬间释放和水在变孔径的空隙中的压力变化而导致的。文章针对现有模拟动水压力方法的不足,提出了气压式动水压力模拟方法,并设计加工了动水冲刷试验系统。为了使沥青混合料的动水冲刷模式与路面实际相符,还设计了定向冲刷模式。动水压力试验前后的马歇尔试件劈裂试验结果表明,动水冲刷导致沥青混合料试件强度降低明显。     

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。     

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。     

移动轮载作用下饱和LSPM排水基层路面动力响应分析

将沥青混和料看作多孔介质,用有限差分法对饱水沥青路面进行流固耦合分析,研究排水基层路面的动力响应并与未设排水基层的路面进行对比,分析其抑制水损坏的机理。结果表明,设置排水基层后,正负动水压力和渗透力交替循环出现的现象仍然存在,但水压和渗透力均大大降低,进而抑制水损坏的发生;路面弯沉以波的形式向前传播;路面结构的变化对弯沉影响很小,弯沉并未因排水基层模量低而增大。     

动水压力下的沥青路面水损害

通过近年对高速公路沥青路面早期水损害的调查、分析,从渗水诱发到滞留水动水压力下的破坏机理入手,探索了这一演变的内在规律以及相关问题。     

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。     

沥青混凝土路面水损病害原因及防治策略

沥青路面水损害为影响沥青路面正常使用的重要因素之一。对已建成的沥青混凝土路面,水损害处治的重点是对病害缺陷进行修复,以满足使用功能,延长其使用寿命。文中根据沥青路面水损害的现象,从水的直接作用,车辆荷载的作用和动水压力的作用3方面分析了水损害产生的原因。在此基础上,从设计理念,施工方法,材料选用3方面提出了综合治理的方案和对策。     

高速公路沥青路面防排水深化设计

水损坏是我国高速公路沥青路面较普遍出现的早期损坏现象,该文通过分析其产生的主要原因,提出了沥青路面结构防排水设计的重点,并结合怀(化)-新(晃)高速公路的设计实践,确定了沥青路面结构防排水深化设计方案,为解决沥青路面早期损坏问题提供参考。     

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。     

沥青路面表面排水特性及汇流历时研究

文章阐述了沥青路面表面积水过程,进而分析了路面表面积水的不利影响,并通过柯毕公式确定了汇流历时。研究表明:沥青路面表面积水对行车安全和路面结构性能产生不利影响,当纵坡较小时,不宜采用集中排水;当硬路肩横坡增大时,相应的汇流时间缩短,但幅度较少,对表面排水并无大幅改观。     

排水性沥青路面的渗流理论分析

排水性沥青路面在雨天水能够从其多孔的结构中排出.不会在路表形成水膜,减少了车辆漂滑及喷雾现象.该文针对排水性沥青路面建立理论模型,模拟降水过程,对排水系统的排水能力进行理论计算与验证.新建排水性沥青路面的渗透系数为0.1 cm/s,在中雨及小雨时的排水效果较好,但大雨条件下难以保证排水效果.随着排水性沥青路面的使用,部...     

动载下沥青路面超孔隙水压力分析

沥青路面结构内部的孔隙水在高速行车荷载的作用下形成的瞬时超孔隙水压力是造成路面水损害的重要原因。文中采用Hankel变换和波数域离散方法求解弹性饱和半空间体系的动力响应问题。分析了沥青路面在饱水状态下其内部孔隙水压力的变化规律以及弹性模量等材料参数变化时对孔隙水压力的影响。     

宏观形貌对沥青路面黏性滑水的影响分析

为研究宏观构造对潮湿沥青路面抗滑性能的影响,引入宏观形貌概率正态分布模型,构建潮湿路面-车轮相互作用下的动水压力解析方程及数值解算方法;并将分布模型与现行的路面抗滑指标MTD相联系。在此基础上,以黏性动水压力为基本指标,分析潮湿工况下, AC-13、SMA-13及OGFC-13这3类路型的路面抗滑性能。计算表明,潮湿路面薄层水膜条件下的黏性滑水不完全等同于积水路面条件下的惯性滑水,其胎下动水压分布沿行驶方向显现出非线性变化的特征,且在胎面临近完全接触区边界附近达到峰值后迅速衰减;同时,黏性滑水产生的承载力随行驶速度呈线性增长。另一方面,黏性滑水产生的动水压力与水膜厚度和路面构造深度的比值相关:当路面水膜厚度h在0～3σ之间,动水压力明显随水膜增厚而减小、随构造深度的增加而减小;当路面水膜厚度大于3σ或构造深度足够大时,水膜厚度和构造深度的影响将随之减弱。     

沥青混凝土的动水压力模拟试验

动水压力模拟试验方法是提高沥青混合料抗水损害性能需要研究的基础理论问题之一.在设计以气压传递激发沥青混凝土孔隙中水压动态变化的试验装置的基础上,通过封闭圆柱形试件的侧壁和在试件底端构造蓄水空间以引导水在孔隙中向下渗流,形成定向冲刷模式.经有限元计算发现随试件深度增加水压减小,说明半刚性基层沥青路面比排水基层沥青路面承受...     

排水沥青路面性能影响因素试验研究

排水沥青路面是一种排水降噪的功能型路面,其骨架空隙的结构使其具有与密级配沥青混合料不同的性能特点。现研究了排水沥青路面性能的影响因素,评价了空隙率、压实度、分块施工对-13排水沥青混合料肯塔堡飞散损失、动稳定度、扭转飞散等性能指标的影响。研究表明,空隙率偏大和压实度不足,都会降低排水沥青混合料的抗飞散和抗车辙性能,分块施工造成的冷接缝不利于排水沥青混合料的抗扭转破坏性能。因此,应加强排水沥青路面的空隙率设计和压实度控制,尽量减少施工冷接缝。