文档介绍：长安大学
博士学位论文
陡长上坡路段沥青路面车辙的形成机理与防治对策研究
姓名:吴浩
申请学位级别:博士
专业:道路与铁道工程
指导教师:王秉纲
20100614
摘要随着高速公路不断向山区延伸,路线设计中不可避免会遇到“长”、“陡”坡的问题,而陡长坡路段车辙病害更加严重,极大地影响了行车安全和通行能力,成为高速公路的“瓶颈”。因此开展陡长坡路段沥青路面车辙机理及其防治对策研究,不仅必要而且十分迫切。本文从陡长坡路段车辆行驶状态出发,提出了不同条件下的坡度及坡长限值;通过对典型陡长上坡路段车辙病害实地调查和室内试验,分析并阐释了陡长上坡路段沥青路面车辙分布规律的影响因素,发现重载车慢速行驶时产生车辙的核心因素,而车速慢的原因在于纵坡坡陡或坡长。通过对车辙病害影响因素的研究,提出以多轴重载、慢速交通等为对象研究长大纵坡车辙病害形成机理。通过不同温度和应力水平下的静载蠕变试验研究,分析了应力、温度和时间对沥青混合料蠕变影响的等效性,,推导了沥青混合料恒应力温度移位因子、,并以沥青混合料的试验数据为依据进行了验证。根据陡长坡路段重载、慢速交通特性,进行了沥青路面永久变形的数值模拟,分析了轴载、速度和累计轴载作用次数对路表车辙、沥青面层各层永久变形以及路面剪应力和等效蠕变应变的影响,建立了路表车辙与了轴载、速度和累计轴载作用次数的回归关系式,而沥青面层各层产生的车辙与路面剪应力和等效蠕变应变的分布密切相关,各层永久变形所占比例现场调查的结论一致。通过移动荷载模拟车辆爬坡过程,研究了多轴重载以及夏季轮胎参数异化条件下沥青路面的力学响应。研究结果认为悬轴车将前轴荷载均匀施加在中轴和后轴,对路面影响显著增加,表现为竖向最大位移、剪应力峰值、压应力峰值均明显增大;随着温度的升高,由胎压变化引起的路面各项力学指标的增幅近%,最大剪应力分布在路表由轮隙向轮心处迁移,沿路面深度方向由轮心处下中面层位置向路表迁移。通过对沥青胶浆高温特性、细集料填充效应、粗集料骨架效应的分析和研究,提出了陡长坡路段抗车辙沥青混合料的多尺度优化设计方法;并采用模糊数学综合评判方法,优选了改性剂类型,并将优选的改性剂和硬质沥青应用于陡长坡路段沥青路面的材料组成设计,而室内试验结果表明采用改性剂和硬质沥青后,沥青混合料的模量提高,蠕变性能得到改善,可以大幅降低路表车辙。
关键词:沥青路面,陡长坡,车辙,有限元,车速,多轴重车,多尺度优化最后,结合前文有关长大纵坡车辙病害形成机理分析,从主动防治对策、路面结构和材料优化设计及高温时段交通控制多角度提出长大纵坡车辙病害防治体系。
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论文作者签名:幺悲歹祝汐年拢蜤畂/,年占月鼸移辱岸嗜论文独创性声明论文知识产权权属声明本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为长安大学。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑论文作者签名:导师签名:.
第一章绪论研究背景及意义截至年底,我国高速公路通车里程已经突破万公里。沥青路面以其良好的性能倍受青睐,在现代高等级道路建设中得到了广泛的应用。但是,部分高速公路在通车晟踔粮痰氖奔淠诰统鱿至顺嫡蕖⒖A选涞仍缙诓『Γ不仅降低了道路的使用性能,而且道路寿命大大折减,造成巨大经济损失。当前,重载条件下沥青混合料流动失稳以及由此造成的车辙病害是高速公路沥青路面的主要问题,已经成为沥青路面的典型破坏形式,工程界技术人员谈“辙”色变。沥青路面车辙的产生主要是沥青混合料的粘滞变形、土基与基层的变形,包括一定程度的压实作用和材料磨耗,常发生在气温高于℃~℃的高温季节А由于我国普遍采用半刚性基层沥青路面结构,结构性车辙产生较少,路面车辙主要是由于沥青混合料失稳性剪切流动而产生,沥青面层的永久变形占车辙量的%以上【啤R虼耍刃猿嫡奘悄壳俺嫡扪芯康闹饕6韵螅湫纬苫碛肓青混合料在荷载作用下的粘弹性密切相关【W芙嵯钟形南卓梢苑⑾至青路面早期车辙损害有以下特点:卦亍⒊亍⒊中呶绿炱贾铝で嗦访车辙现象严重;で嗦访嫜现爻嫡拗饕7⑸诹で嘀邢旅娌悖沥青路面严重车辙主要发生在长陡坡路段。我国