聚氨酯级配碎石层特性研究

针对高速列车荷载与水耦合作用下聚氨酯级配碎石层水致损伤问题,通过室内模型试验,探讨水环境-动载耦合作用下,聚氨酯级配碎石层的长期受力和变形规律。得出如下结论:聚氨酯掺量达到8%时,聚氨酯级配碎石孔隙率达2%左右,聚氨酯成膜厚度较厚,浸水后聚氨酯级配碎石的抗压强度、抗折强度以及回弹模量基本保持不变;在长期动载作用下,聚氨酯级配碎石层累积变形、动压力以及动孔压在注水前后变化较小,有良好的力学行为和防水效果。     

含水率对级配碎石力学参数的影响性分析

为进一步探明含水状态对路床级配碎石的影响性,对不同含水率的级配碎石试件开展了多组大型静动三轴试验研究。结果表明:荷载条件一定时,细颗粒含量增多可使级配碎石的临界动应力和抗变形能力降低;最优含水率状态下,路床级配碎石在长期动荷载作用下具有较好的动力稳定性,但在饱和及浸泡水状态时,动力稳定性会降低,此时,动力-水耦合作用下易导致路床发生翻浆唧泥病害。     

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。     

无砟轨道聚氨酯碎石防排水型基床动力响应研究

提出了一种适用多雨地区聚氨酯碎石防排水型基床结构，并对结构的渗透系数以及力学特性开展试验，最后建立有限元模型对普通基床和聚氨酯碎石强化基床的动力响应特性进行深入分析，得出以下结论:渗透系数随着聚氨酯的掺量逐渐减少，聚氨酯掺量8.00 %时，渗透系数小于10?4 cm/s，满足高速铁路防渗要求；80 ℃高温下聚氨酯抗压强度、回弹模量分别衰减58.02 %，41.70 %，浸水以及自然状态下衰减较小；铺设聚氨酯碎石后动响应与普通基床结构类似，但聚氨酯碎石具有良好的减振特性，能够进一步减弱基床的振动响应；为减少铺设聚氨酯碎石强化层后基床建造的经济成本，聚氨酯碎石的经济合理厚度宜控制在5～8 cm范围内。     

含水率对级配碎石动回弹模量影响的试验研究

为了更好地确定含水率对级配碎石动回弹模量的影响,通过室内动三轴试验测定得到不同含水率和应力状态下级配碎石材料的动回弹模量。试验分析可得,随着含水率的不断增加,级配碎石动回弹模量逐渐减小,在98%的压实度下,当含水率从OMC+1%减小到OMC-1%时,级配碎石动回弹模量平均增大幅度为20. 9%;当含水率从OMC减小到OMC-1%时,级配碎石动回弹模量平均增大幅度为14. 6%。在沥青路面结构设计中,采用的动回弹模量是基于最佳含水率条件下的试验值,研究表明:道路运营期间的级配碎石含水率往往大于设计时采用的最佳含水率,其动回弹模量小于设计采用的动回弹模量值;动回弹模量的折减会削弱改善路基的效果,难以发挥提高路基顶面回弹模量的改善作用,可能造成路面结构早期破坏。     

水泥稳定级配碎石基床结构动态特性试验研究

遂渝铁路缺乏优质填料，路堤填料采用红层泥岩，为弥补基床底层相对偏弱，采用水泥稳定级配碎石基本表层的基床结构形式。利用足尺模型试验对水泥稳定级配碎石基床结构动态特性进行研究，试验结果表明水泥稳定级配碎石基床表层能够大幅度降低基床表层以下各层的动静应力和动变形，提高基床结构的刚度，对行车舒适性有改善。水泥稳定级配碎石基床结构是可行的。     

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。     

基于重载作用下川藏公路柔性加固基层力学性能研究

川藏公路路基易在重载和恶劣环境综合作用下产生不均匀变形，导致半刚性基层沥青路面发生破坏。为了减缓破坏，拟采用土工格室加固级配碎石组成柔性加固基层，提高道路力学性能。当前土工格室多应用于加固土体，而用于加固级配碎石形成复合整体直接应用于路面结构中的相关研究较少。因此，利用室内刚性承载板试验，基于0～1.3 MPa重载作用，对柔性加固基层开展竖向总变形量、塑性变形量、变形模量和回弹模量等力学性能研究。试验结果表明，较之未加固碎石基层，柔性加固基层的总变形量和塑性变形量可减少46.1%和61.4%,变形模量和回弹模量可提高33.4%和29.3%。研究成果不仅可用于减缓重载作用下路基不均匀变形对路面的危害，还可为该地区道路的设计和养护工作提供理论依据。     

旧水泥混凝土路面加铺层中裂缝缓解层的有限元力学分析

旧水泥混凝土路面加铺改造后主要破坏来自于旧水泥混凝土路面的反射裂缝,如何防止反射裂缝的发生也是旧水泥混凝土路面加铺改造的难点.为此,研究采用大碎石沥青混合料作为裂缝缓解层,对比分析了大碎石沥青混合料、密级配AC-20混合料、级配碎石与水泥稳定碎石4种不同加铺层的结构应力,采用有限元分析方法分析了在最不利荷载作用下,温度应力、荷载与温度应力耦合作用下以及加铺材料中的孔洞对加铺层底应力的影响,发现大碎石沥青混合料裂缝缓解层对防止反射裂缝的发生具有良好的作用.     

不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析

为基于环境因素的大温差地区选择适宜的沥青混凝土路面结构提供理论依据。考虑沥青混合料的感温特性,将路面结构视为层间接触的不连续层状体系,应用ABAQU S的瞬态热分析和热-结构耦合求解技术,对不同基层类型沥青混凝土路面结构在低温大温差作用下的温度场与温度应力响应等温度行为特性进行分析。分析结果表明:采用级配碎石、掺2%水泥的级配碎石以及沥青稳定碎石等柔性基层的沥青混凝土路面结构组合,具有优良的抗环境温度变化作用的性能,是高寒、低温大温差地区值得推荐选用的沥青混凝土路面结构。     

动三轴CT条件下粗粒土填料的力学特性与细观力学性能分析

在多重环境因素长期作用下,粗粒土路基填料的动力特性会发生改变,目前对不同荷载频率、压实度及含水率下粗粒土填料的长期稳定性能尚缺乏统一认识。为了研究以上因素作用下粗粒土填料长期动力特性,采用大型动静三轴仪器开展粗粒土填料的三轴试验,同时运用工业CT对三轴试验前后2个阶段的试样进行断层扫描,分析不同荷载频率、压实度及含水率对粗粒土填料动力特征与损伤演化的影响规律。研究结果表明：循环荷载达到1 000次之前,为粗粒土填料颗粒之间的挤密阶段,以颗粒间的挤密压缩为主,横向膨胀为辅,颗粒间压缩挤密引起的密度增加量远大于试样横向膨胀变形引起的密度减小量;当循环荷载增加到1 000次以后,试样横向变形引起的密度减小量迅速增大,而由颗粒间压缩挤密引起的密度增加量减缓,并在之后阶段表现出稳定状态,试样从应变软化型向应变硬化型转变;荷载频率越高,试样表现出的回弹模量越大;高频率作用下应力-应变滞回圈曲线近似为线性,试样在高频率下其泊松比有所下降,材料的动能损耗降低;随着三轴试验的进行,横剖面局部颗粒受挤压程度增加,最终状态下扫描层内的CT值存在差异性,试样颗粒在循环荷载作用下存在挤密、错动、融合的现象。     

级配类型对水泥稳定碎石路用性能的影响研究

通过不同龄期的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量及温缩等试验,研究了3种典型级配类型对水泥稳定碎石路用性能的影响。结果表明:骨架结构对早期强度起主要作用,结构密实性对后期强度影响较大;骨架结构越好,抗变形能力越强,长期抗压回弹模量越大;填料含量越多,温缩系数大,填料含量少,则温缩系数小。     

分级加载下组合渗流碎石桩-CFG桩复合地基固结解答

为了进一步完善组合渗流排水桩-不排水桩复合地基固结理论,就分级加载下组合型复合地基的固结理论计算展开研究。以组合渗流碎石桩-CFG桩复合地基为研究对象,考虑碎石桩固结变形、不同桩体的涂抹效应和附加应力随深度与时间变化等因素,结合软土路基分级填筑的工程状况,运用解析法推导出分级加载下组合渗流碎石桩-CFG桩复合地基固结解析解,并得到任意时刻复合地基的整体平均固结度解答。进一步地,将本文解退化为瞬时加载下附加应力沿深度非均布条件下的解,大大简化了计算公式。运用MATLAB软件对本文解进行编程运算,以不同加载历程、附加应力沿深度分布的3种模式和桩土模量比为基本变量,绘制出相应工况下复合地基的整体平均固结度曲线,然后对计算结果进行参数分析。研究结果表明:采用与工程实际更为接近的分级加载模式,发现不同加载历程对复合地基固结速率的影响较大;分级加载下附加应力沿深度非均布的固结度曲线基本重合,表明考虑应力时效性的应力分布模式对复合地基固结速率影响不大,从而可以将固结度计算公式简化,易于工程应用;但是在不同的CFG桩土模量比下,附加应力沿深度分布模式的不同导致地基的最终沉降结果有较大差异,增大桩土模量比有助于减小复合地基变形量,缩小沉降差异,维持地基稳定。     

先期振动对高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响

先期振动对土石坝地震变形影响显著。通过开展不同先期动应力作用下的动三轴试验,研究了先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响。结果表明:先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的弹性轴应变无明显影响,但显著降低了其塑性轴应变;未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的残余变形在先期振动影响下显著减小,与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为48.1%和42.0%;先期动应力为80%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为80.9%和71.6%。先期动应力幅值越大,再次经历动应力时未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料产生的残余变形越小,抵抗变形能力提高越明显。最大残余变形的降低幅度与固结比、围压及高聚物含量无关。随后修正了沈珠江动残余变形模型,修正后的残余变形模型可以反映高聚物对堆石料残余剪应变和残余体应变的影响。与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的高聚物胶凝堆石料(高聚物质量比R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了27.7%和61.2%;先期动应力为80%围压的高聚物胶凝堆石料(R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了68.8%和79.3%。     

石灰粉煤灰微粘结级配碎石路用性能研究

为提高级配碎石的回弹模量和抗剪切强度,降低沥青路面的疲劳开裂的可能性,提高其抗车辙能力,在无粘结级配碎石中掺加适量的二灰结合料,形成微粘结碎石,使其同时具有半刚性基层和级配碎石基层的优点.试验结果表明二灰的加入可以提高级配碎石的和易性,当填充系数在0.9～1.1之间时,压实系数提高5%,28 d龄期的回弹模量达700 MPa,塑性变形可降低60%,渗透系数满足排水性能要求;二灰微粘结级配碎石的二灰最佳外掺量为5.0%～7.0%之间,二灰:碎石的比例范围在4.5:95.5～6.5:93.5之间,二灰的配比宜采用石灰:粉煤灰=1:4.     

含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

对于夹泥砾石土,在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下,其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土,通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究,重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响,及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性;同时研究了UU条件下,不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性;UU三轴压缩试验条件下,小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力,与含石量成正比;初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大,颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动,影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低;饱和固结后,压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系,高含石量并不代表高强度,合理的颗粒级配是决定试样CU,CD强度的重要因素;压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外,含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大,同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU,CD试验下的临界应力比为1.73。     

碎石化后沥青加铺层应力对比分析

碎石化是一种旧水泥混凝土路面处治重要技术,它能降低建设成本,加快建设周期。文章基于有限元分析方法,首先对比分析了碎石化后加铺沥青面层和同厚度级配碎石层上加铺沥青面层的应力,结论认为碎石化后沥青加铺层底的拉应力要小于级配碎石的情况,证明碎石化后水泥混凝土板块优于级配碎石的力学性能;然后,通过改变碎石化层中两个主要分层的厚度和模量,分析不同的破碎程度对加铺层应力的影响,结论认为,碎石化下层厚度在10cm左右时,既能保证碎石化层仍然具有一定强度使沥青层底拉应力不至于过大,又能起到防止反射裂缝的作用。碎石化下层厚度不变时,加铺沥青层的受力状况随着碎石化下层模量的增大会稍有改善,拉应力、拉应变和弯沉都会有所减小,总体幅度在3%~9%之间。     

高速铁路路基水泥级配碎石填筑质量评价指标研究

依托高速铁路建设工程质量监督检查的长期实践,系统分析了路基工程水泥级配碎石填筑质量的控制程序,提出水泥级配碎石压实质量应“内在密实、板结良好”的定性评价标准并纳入现行验标中执行;通过对水泥级配碎石填筑实体的钻芯取样,探索芯样抗压强度和完整性与水泥级配碎石填筑质量之间的关系,提出评价水泥级配碎石填筑质量新指标。