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。     

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。     

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。     

水泥混凝土面板脱空的有限元模型分析研究

水泥混凝土路面在实际使用过程中,由于车辆荷载的重复作用,板下基础将产生塑性变形累积而导致面层脱空,地面水沿着接缝下渗而积聚在脱空的空隙内,在车轮荷载作用下变成压力水而形成唧泥,导致水泥混凝土面板局部脱空而产生附加应力,在行车荷载作用下,面层应力将会剧增,从而导致水泥混凝土面板的断裂.通过数值分析对路面板角脱空形成机理以及在行车荷载与脱空耦合导致面层板的断裂机理进行分析,同时讨论了路面厚度、路基土和基层模量变化对路面结构的应力状态的影响.     

山西省路基动静态回弹模量相关关系研究

中国一般采用路基静态回弹模量作为道路结构设计的参数,然而由于车辆荷载作用下的路基为动态力学响应,因此采用静态回弹模量并不符合路基的实际运营状态。由于中国试验条件的限制,大规模地进行路基动态回弹模量测试并不可行。因此建立路基动静态回弹模量之间的关系具有十分重要的意义。该文以山西省为例,通过理论分析和室内外试验建立了山西省路基动静态回弹模量之间的相关关系,结果表明:不论室内还是现场环境下,动静态回弹模量均有较好的幂函数相关关系。     

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。     

不同湿度状态下土基回弹模量的研究

首先介绍了土基回弹模量对道路的重要作用,梳理了不同规范对设计土基回弹模量的要求,针对规范对不同条件下确定的标准回弹模量、不利季节的回弹模量、平衡湿度回弹模量数值上的要求对道路路基设计的影响,对不同平衡湿度下的回弹模量值和不利季节下的回弹模量值之间的关系进行了对比,研究影响土基回弹模量因素,确定如何提高土基回弹模量的方法。通过对现有资料的查阅和实际工程的调查情况,总结了成都地区道路填料类型对应能达到的回弹模值,以供在道路路基路面设计中判断和取用。     

贫水泥混凝土基层刚性路面合理结构研究

为了研究贫水泥混凝土基层的水泥混凝土路面合理结构,建立了3种不同路面结构的有限元模型,计算了车辆荷载在临界荷位作用下的长边边缘拉应力和应变分布情况,同时对贫水泥混凝土模量和层间接触条件对拉应力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)直接在贫水泥混凝土基层下设置级配碎石或者其他低模量底基层/垫层,会引起贫水泥混凝土基层和面层层底产生过大的拉应力,使得路面出现过早破坏;(2)在面层和贫水泥混凝土基层之间铺设沥青混凝土功能层后,也会导致面层层底拉应力和拉应变增加,但会减轻路面板温缩应力;(3)增加贫水泥混凝土基层模量可以提高基层分担车辆荷载的作用;(4)水泥混凝土面板和基层之间接触条件对于面板板底拉应力有较大影响。     

哈尔滨市道路路基强度变化特性及预测

路基承载基层、路面、车辆荷载与道路附属设施,回弹模量是衡量路基抗压强度的主要指标。为了了解季冻区冻融循环作用下路基土含水量波动、压实度变化对路基回弹模量的影响,在哈尔滨市选取有代表性路段,分别测试不同含水量和压实度下回弹模量值的变化规律。结果表明:含水量、压实度变化对路基土回弹模量有明显影响,并建立路基土回弹模量与压实度、稠度的关系式,通过现场取样试验,判定路基土干湿类型,证明了路基土回弹模量与压实度、稠度的关系式的合理性。研究结果能迅速、合理地判定城市道路路基土的承载力,检验路基稳定状态,可为城市道路设计与维修提供合理的路基参数。     

压实度及含水率对路基回弹模量影响规律研究

以湖南省某高速公路路基红黏土为研究对象,采用静压成型方法制作不同压实度、含水率的标准试件,采用室内承载板法进行路基回弹模量测试,分析了压实度及含水率对路基回弹模量的影响规律。研究表明,路基回弹模量随路基压实度的降低而降低,随含水率的增加而降低;随着压实度的增加,路基回弹模量增加幅度逐渐降低;而随着含水率的升高,路基回弹模量降低幅度呈先减小后增大的趋势;路基含水率对路基回弹模量的影响比路基压实度对路基回弹模量的影响大,压实度一定时,含水率每增加2%,路基回弹模量降低10~15 MPa;含水率一定时,路基压实度每降低2%,路基回弹模量降低3~7 MPa。     

黄土路基压实标准研究

为从理论上确定黄土路基的压实标准,首先确定以路表弯沉和路基顶面压应变作为受路基压实标准影响的沥青路面设计指标,根据半刚性基层沥青路面力学分析获得的路基内部压应变分布以及在试验路测得的行车荷载作用下路基内部的压应力分布将整个路基分为距路基顶面0-80 cm的路床和路床下路基两部分,通过分析路基回弹模量对于路面结构层厚度的影响确定了路基不同深度处的回弹模量要求,并试验研究了压实度对于压实黄土的回弹模量和浸水后附加压缩变形的影响。最后,结合路基不同压实区域划分、路基回弹模量的要求、压实度对于黄土力学性质的影响提出以回弹模量和压实度双控的黄土路基压实标准。     

黄土路基压实标准研究

为从理论上确定黄土路基的压实标准,首先确定以路表弯沉和路基顶面压应变作为受路基压实标准影响的沥青路面设计指标,根据半刚性基层沥青路面力学分析获得的路基内部压应变分布以及在试验路测得的行车荷载作用下路基内部的压应力分布将整个路基分为距路基顶面0~80 cm的路床和路床下路基两部分,通过分析路基回弹模量对于路面结构层厚度的影响确定了路基不同深度处的回弹模量要求,并试验研究了压实度对于压实黄土的回弹模量和浸水后附加压缩变形的影响。最后,结合路基不同压实区域划分、路基回弹模量的要求、压实度对于黄土力学性质的影响提出以回弹模量和压实度双控的黄土路基压实标准。     

刚性路面下路基状况评价方法研究

通过路基病害现场开挖试验,结合水泥路面设计理论,对路基状况评价指标进行研究,提出了路基状况评价、等级划分和路基竣工回弹模量计算方法,并通过工程实例进行了验证。结果表明,路基回弹模量的降低更易导致上部路面结构损坏;以回弹模量为标准指标对路基状况进行等级划分,能客观反映路基的真实状况;采用路基土含水率上限值计算的路基竣工回弹模量更精确,可有效指导运营公路路基养护。     

路基回弹模量对路面结构力学性能影响的数值分析

目前我国路基设计参数取值较低,直接导致路基病害频繁发生。针对此种情况,通过大型有限元软件ANSYS建立了典型道路模型,对不同路基回弹模量(以下简称模量)下的路面结构力学性能进行计算分析;计算结果表明,适当提高目前路基设计指标,可以明显地优化路面结构的受力性能,最大限度降低道路病害发生的风险。     

路基土回弹模量湿度调整系数研究

路基回弹模量MR是公路沥青混凝土路面结构设计中唯一表征路基特性的力学指标,因此准确确定路基土的回弹模量是沥青路面设计中关键之一.通过对新疆地区常用路基土的室内静载承载板试验测试,分析含水量和压实度对回弹模量的影响规律,结果表明:含水量对回弹模量的影响非常大,而压实度同样是个重要因素;综合分析国内外关于回弹模量受湿度和土质类型影响的研究方法,确定以调整系数Fs为指标参数表征湿度对回弹模量的影响,计算得到适应新疆常用路基土的回归参数和调整系数.根据Fs和标准状态下的Eo确定路基土在任一状态下的回弹模量,并建议将路基回弹模量设计值肘MRopt修正为平衡含水量下的回弹模量MRequ,为相关规范的修订和后续公路建设提供理论支持.     

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。     

改性拜耳法赤泥路基的模量特性研究

以改性处理后拜耳法赤泥为路基填筑材料的试验路为依托,采用承载板、PFWD及FWD等不同试验方法对路基模量进行测试,分析路基在静态和动态荷载作用下的模量特性。改性拜耳法赤泥路基的强度和模量较高,在不同等级荷载作用下线弹性性质明显,可根据路基的实际工作条件来选择适合的试验方法。通过对比分析可知:承载板法静态回弹模量、PFWD动态变形模量及FWD弯沉之间具有良好的相关关系,所建立的回归公式可为改性拜耳法赤泥路基设计标准和质量控制提供参考依据。     

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。     

基于区间参数的路基回弹模量计算方法

根据路基土工参数取值的区间性特征,引入区间分析理论,将路基土参数视为区间变量,根据不同的路基回弹模量预估模型,给出了路基回弹模量的区间分析过程,并探讨不同路基土参数对路基回弹模量的影响规律,结合目前公路路基设计规范在设计时未能充分考虑路基湿度变化对路基回弹模量值的影响,对平衡湿度下的路基回弹模量进行分析。结果表明该文方法合理、可行,可为路基回弹模量设计值的取用提供可靠的技术依据,具有一定的工程参考价值。     

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。