饱水OGFC沥青路面力学分析

基于弹性多孔介质理论,利用Abaqus软件建立了饱水OGFC沥青路面的轴对称有限元模型,分析了在水荷载耦合作用下,上面层OGFC不同动态压缩模量对应力、应变和孔隙水压力影响的变化规律;研究了不同车速和渗透系数情况下孔隙水压力的时程变化曲线。结果表明:随着OGFC动态压缩模量的增大,沥青面层的水平应力呈下降趋势,中面层底部的水平应力受影响最大,上面层底部次之,下面层底部最小;随着OGFC动态压缩模量的增加,特征点A最大水平应变不断减小,特征点B、C随上面层动态压缩模量的增大,最大水平应变影响不大;面层结构内的孔隙水压力在水和车载耦合作用下呈现明显的正负逆转现象,且与车速有关,车速越大,孔隙水压力越大;OGFC动态压缩模量和上面层渗透系数的增大均可降低上面层孔隙水压力。     

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。     

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...     

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。     

沥青路面饱水状态下的孔隙水压力求解

基于“有效应力原理”,对沥青路面在荷载作用下产生孔隙水压力的机理进行了分析.对饱水状态下路面结构内的孔隙水压力计算方程进行了理论推导,并通过Matlab软件求解其数值解,得到孔隙水压力同外界应力、混合料空隙率及弹性模量之间的关系.计算表明:孔隙水压力同外界荷载呈近似的线性递增关系;同空隙率呈近似的线性递减关系,但变化幅度较小;同弹性模量呈非线性递减关系,模量较小时降低迅速,模量较大时变化平缓.     

基于实测水压力的跨海桥梁围堰波浪力计算

为准确计算跨海桥梁施工围堰的波浪荷载,提出一种基于现场实测水压力的围堰波浪力计算方法。以平潭海峡公铁两用大桥B39号墩施工围堰为背景,现场实测围堰主迎浪面的水压力,根据实测水压力数据计算围堰主迎浪面上的波浪动力荷载,并采用AQWA软件建立围堰的三维数值模型,基于三维线性绕射理论计算围堰上的波浪动力荷载,与根据实测水压力计算得到的波浪动力荷载进行对比。结果表明:围堰的波流荷载随时间变化呈周期性变化,波浪动力荷载在0附近上下波动;根据实测水压力计算的波浪荷载和数值模拟的波浪荷载随时间变化趋势基本吻合,提出的波浪荷载计算方法能较准确地计算围堰受到的波浪动力荷载峰值。     

水泥混凝土路面板底脱空区动水压力特性研究

为研究车辆荷载作用下水泥混凝土路面板底脱空区内动水压力、水流速度的分布规律及其影响因素,推导了三维状态下脱空区中截面动水压力、水流速度解析式。应用有限元软件ANSYS和CFX建立了双向流固耦合模型,分析了车辆轴重、车速与脱空尺寸等对动水压力及水流速度的影响。结果表明:固定点的水压力及水流速度随时间成正弦函数变化,且水压力随时间的变化趋势与最大水流速度随时间变化趋势有一定的相位差。沿着脱空区出口的方向,动水压力呈减小趋势,其最大值发生在脱空区尖端;水流速度沿着脱空区出口的方向呈增大趋势,其最大值发生在板边缘;动水压力与水流速度峰值随轴重增大而增大,与轴重近似呈二次方关系;动水压力峰值随车速增大而增大,水压力随车速变化的增幅大约为每10 km/h增加1 kPa,与车速成线性关系,而水流速度峰值受车速影响较小;动水压力与水流速度峰值随脱空区开口量增大而减小,与脱空区开口量成反比关系;当脱空区开口高度扩展到一定程度时(论文模型中为4 mm),动水压力变化幅值较小,此时脱空区继续发展可能归因于水流的冲刷作用。数值模拟结果与理论推导结果基本一致。     

降雨入渗条件下沥青路面渗流规律研究

基于多孔介质非饱和渗流理论与降雨入渗理论,利用有限元方法对沥青路面结构在降雨条件下沥青路面结构渗流场的变化规律进行了研究.结果表明:降雨入渗过程将会导致沥青路面结构内部饱和度和孔隙水压力出现显著的变化,在降雨初期,饱和度随着降雨的历时延续而显著提高,随后饱和度会有所下降,然后逐渐趋向稳定,并且由上至下,各面层逐步达到完全饱和状态;孔隙水压力也随着时间的增加而逐步提高,由初始状态下的基质吸力变化为正的水压力.     

海绵城市道路种植土-碎石绿化带的雨水入渗

种植土-碎石绿化带是海绵城市道路雨水入渗的重要组成部分。为分析种植土-碎石绿化带雨水入渗能力,将负孔隙水压力与相对渗透系数和体积含水率之间的关系简化为指数函数,利用试验数据对其进行了验证。基于非饱和渗流方程和拉普拉斯变换,给出了绿化带雨水入渗的数学模型。利用该模型分析了降雨条件下石家庄汇明路植被土-碎石绿化带雨水入渗特征,讨论了不同降雨条件下雨水入渗的特征和影响雨水入渗的因素。结果表明:(1)负孔隙水压力与有效饱和度和相对渗透系数之间都呈指数函数关系,可以利用负孔隙水压力与有效饱和度之间的关系推测非饱和土的渗透系数;(2)随着雨水入渗,地表处的负孔隙水压力迅速减小,植被土的体积含水率逐渐增加,植被土逐渐从非饱和状态向饱和状态过渡,雨水入渗也由非饱和入渗转变为饱和入渗;(3)随α增加,植被土上部的负孔隙水压力降低更快,表层土更快饱和,然而下部土体的负孔隙水压力降低反而趋缓;(4)降雨强度影响着植被土的设计入渗能力,降雨强度小时,雨水完全入渗,随着降雨强度增大,其设计入渗能力降低,雨量径流系数快速增加;(5)降雨强度和植被耐水湿时间是植被土设计入渗水量的重要参数,给出了植被土设计入渗水量计算方法。     

盾构隧道施工引起的超孔隙水压力变化规律研究

对现场实测盾构隧道施工引起的孔隙水压力值进行分析研究,总结出超孔隙水压力产生和消散的规律。在国内外流固耦合计算调研基础上,建立能够模拟盾构隧道动态掘进的三维弹塑性固结有限元模型。采用该模型对单条盾构隧道施工引起的超孔隙水产生和消散规律以及土体固结沉降规律进行充分研究,其结论与现场实测规律一致,也证明本文所建立的盾构隧道三维弹塑性固结耦合有限元模型的适用性,并总结得出近间距盾构隧道在淤泥质粘土和粉质粘土中的合理开挖面间距。     

重载车爬坡下的公路临界坡长确定

山区公路纵坡坡度和坡长组合设置存在不合理,导致重载车辆爬坡速度下降过快,而诱发长大纵坡路段交通事故。在分析车辆爬坡过程中的受力情况及运行特征的基础上,以某重载汽车为例使用仿真软件建立动力学模型。在约束最大爬坡性能的前提下,对满载时重载车辆爬坡特性及车速衰减规律进行仿真。在车辆功率重量比一定的前提下,设计不同坡度下的重载车爬坡及不同入坡车速的重载车爬坡2种工况,研究车辆爬坡过程中速度衰减规律及入坡车速和纵坡坡度对爬坡稳定车速的影响。车速衰减曲线表明,入坡车速对爬坡稳定车速没有影响,但其与稳定坡长成正比。对于爬坡性能差的重载车辆,当入坡车速为80 km/h 时,临界坡长小于400 m;当入坡车速为60 km/h 时,临界坡长小于300 m,均低于《公路工程技术标准》的相关规定。因此,爬坡过程中当车速衰减超过20 km/h时,需设置爬坡车道。最后,结合仿真中合理坡度和坡长的组合,提出具体的爬坡车道设置方法。      

上覆硬壳层软土路基土层界面动力响应特征及工程应用

基于应力波理论,从硬壳层与下卧软土层波阻抗具有明显差异角度,利用透射系数揭示了硬、软土层界面处具有动应力突变现象,该现象是硬壳层壳体效应在动力学范畴的一种具体表现。借助数值模拟手段获取车辆荷载作用下路基土中竖向动应力峰值的衰减规律,依据衰减曲线符合负指数函数特征,推导得出一种能综合表征动应力突变规律的土层界面传递系数,并给出了相应的计算方法及应用范围。通过实测数据验证,该方法较已有方法具有过程简单、精度高等特点。经高速公路工程的实践检验,考虑上覆硬壳层软土路基土层界面处的动力响应特征,路基土的力学状态能够得到正确评估,其残余变形值也会被降低。     

瞬时外部水压作用下铺装层孔隙水冲刷特征研究

为了研究瞬时车辆轮载作用下桥面铺装点状透水区的孔隙水冲刷特征,本文基于计算流体力学基本理论,针对桥面铺装孔隙的饱水和非饱水情况,采用FLUENT软件从细观角度对瞬时外部水压作用下桥面铺装孔隙内部液体的压强、流速、流场以及沥青与水流接触面的粘性剪切力进行稳态和瞬态分析,进一步研究动水冲刷作用下水损坏的发展规律,结果表明:孔隙内部最大压强位于出口缝隙与壁面连接处,孔隙内最大压强与车速关系可由二次曲线拟合表示,且该位置粘性剪切应力也最大,车辆荷载的反复作用下会造成沥青膜的乳化、推移、甚至剥离,水流持续冲刷出口缝隙位置,会造成出口缝隙持续增大,非饱水模型中各计算指标随时间动态变化,最大流速、静压、动压、负压等在计算达到平衡后都超过饱和计算模型,但出现位置仍与饱水模型一致。     

基于孔隙结构的土体未冻水含量滞回效应研究

冻结特征曲线（SFCC）是描述负温与土体内部未冻水含量之间的关系曲线，是非饱和冻土研究的重要基础。冻融循环是冻土研究的关键因素。以粉土和黏土为试验对象，采用低场核磁共振（NMR）技术，测得了土体在冻融循环作用下的冻结特征曲线和孔隙结构分布图，研究土体在冻融循环作用下冻结特征曲线的变化。试验结果表明：随着循环次数的增加，土体孔隙分布发生了变化，进而导致冻结特征曲线滞回圈和特征温度点的变化，冻结特征曲线变化的本质是孔隙结构的变化；从微观结构出发得到了基于孔隙结构的SFCC表达式，指出融化过程的冻结特征曲线是主冻结特征曲线；结合试验数据的对比分析，模型有效展示了多次冻融循环下土体冻结特征曲线的滞回效应，适用于多次循环下的非饱和冻土。     

粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律研究

为了研究饱和粉质粘土地基在昔格达土路堤作用下超孔隙水压力的变化特性,利用大型有限元分析软件Abaqus,以实际工程条件为例建立模型,分析了随着填土高度和固结时间的变化,地基沉降与超孔隙水压力的关系,以及地基不同深度和宽度处超孔隙水压力的变化规律。结果表明:超孔隙水压力随着填土高度的增加而增加,当填土到8m时超孔隙水压力峰值开始减小;超孔隙水压力随着固结时间的增长逐渐消散,越接近排水面消散越快。     

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。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

大体积砼温度场现场监测与数值模拟分析

在大体积砼温度场现场监测的基础上,基于ABAQUS有限元分析软件强大的仿真分析技术和求解功能,通过参数设计语言内部函数和宏命令控制程序来模拟某工程基础大体积砼的温度场,建立分析温度场和应变场的数值模型,并将分析结果与实测结果进行对比。研究结果表明,计算的数据曲线与实测曲线在趋势上基本一致,最大值与实测的最大值之间最大误差在10%以内,证明了有限元方法对大体积砼温度场计算的有效性和准确性。针对峰值温度出现较早的问题,在条件允许的情况下,可加入适量的缓凝剂,推迟峰值温度的出现龄期。     

不同车速条件下路表弯沉的变化规律

为探明不同车速条件下路表弯沉的变化规律,依托实体工程,建立三维有限元公路模型,采用动态材料参数,开发了动态车辆荷载模型,计算了多车速条件下的路表弯沉.结果显示,路表弯沉时变曲线分为压缩、拉伸两个阶段;车速由40 km/h提升至100 km/h,路表弯沉峰值增加超过5％.动态计算结果表明,高车速时路面疲劳寿命降低,轮胎和路面间冲击作用是路表弯沉增大的主因.     

深厚层软土路堤涵基真空联合堆载预压试验研究

根据深厚层软土路堤涵基真空联合堆载预压的现场试验，分析了真空联合堆载预压的变形特征和土中超孔隙水压力的变化特征，对加固前后地基土的物理力学指标进行了比较，分析了真空联合堆载预压试验未达预期效果的原因，最后对计算变形和实测变形进行了比较。