文档介绍：东南大学
博士学位论文
水泥稳定碎石基层沥青路面开裂机理及抗裂设计方法研究
姓名:王艳
申请学位级别:博士
专业:道路与铁道工程
指导教师:陈荣生;倪富健
20081213
摘要我国高速公路事业发展迅速,截至年底,全国高速公路通车里程已达万公里,在温度和行车荷载综合作用下也会产生表面裂缝,并随着使用时间的增加逐渐往下层结构中缺陷,所以有必要对基层收缩裂缝、反射裂缝和表面裂缝进行深入研究,掌握其形成和扩展机理,并在此基础上提出相应的路面结构抗裂设计方法。通过沥青混合料蠕变试验和数学方法确定了多种沥青混合料的粘弹性参数,为下一步粘弹性有限元分析提供了准确的参数支持:通过水泥稳定碎石混合料强度、收缩等性能试验得到了基层材料参数,并基于试验结果建立了相应的收缩性能预估方程。根据试验得到比选,确定了相应的车辆荷载和温度荷载分析模型;根据水泥稳定碎石基层沥青路面结构的热工参数,对无裂缝、含基层和表面裂缝结构的温度场进行了数值模拟,根据计算结果采用弹性断裂力学方法,建立不含裂缝、含基层裂缝及含表面裂缝的水泥稳定碎石基层沥青路面结构有限元计算模型,运用静力学分析方法,分别计算了在车辆和温度荷载作用下不同结构的应力/应变响应、以及裂缝尖端的断裂参数变化规律。通过对各结构层选取不同的应力和断裂参数进行分析,了解水泥稳定碎石基层沥青路面结构的开裂和扩展机理,并根据计算结果建立了不同结构的温度应力、荷载应力、裂缝扩展寿命预估模型。同时,采用粘弹性动力有限元方法,对不同面层材料的影响做了分析。在对水泥稳定碎石基层沥青路面进行裂缝现场调查的基础上,分析不同结构的裂缝发展情况,并探求现场实际开裂最后,分析水泥稳定碎石基层沥青路面结构在温度和车辆荷载作用下的应力特征,评价了现行沥青路面设计指标的不足之处,以水泥稳定碎石基层沥青路面力学特性为依据,关键词:道路工程,水泥稳定碎石基层;沥青路面;裂缝;粘弹性;抗裂设计方法。其中%以上采用半刚性基层沥青路面,水泥稳定碎石基层则是半刚性基层结构的主要类型之一。由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化下容易产生收缩开裂,车辆荷载和温、湿条件循环地作用使得基层裂缝向上反射到沥青面层,产生严重的反射裂缝问题,同时,沥青面层发展。工程实践表明,水泥稳定碎石基层沥青路面结构的裂缝病害已成为该路面结构的主要本文在查阅大量国内外相关文献及研究成果的基础上,利用有限元方法和相应的数学理论,对水泥稳定碎石基层沥青路面不同类型裂缝的形成和扩展规律进行了系统分析。的面层和基层参数,结合单元类型、边界条件、网格密度等因素对不同的有限元模型做了建立了路表温度和温差的预估模型,并对含裂缝结构的温度场进行了修正。状态与结构应力间的关系,为抗裂设计指标的选择提供参考。以裂缝病害的控制为目标,提出了减少和延缓基层和面层裂缝病害的水泥稳定碎石基层沥青路面结构抗裂设计方法,为完善半刚性基层沥青路面结构设计提供参考。
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王趁导师签名:‘赝既墨缝期:盘显丝:东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明研究生签名:期:本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。日东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布ǹ论文的全部或部分内容。论文的公布ǹ授权东南大学研究生院办理。
第一章绪论研究背景国内外研究现状点在于抗变形能力低、脆性大,在湿度或温度变化时易产生开裂,如果在施工期间失水过多或者温度过低,基层内会产生微裂纹或宏观裂缝,铺筑完面层后,在温度和车辆荷载的青面层也会开裂;同时,在车辆荷载的反复作用下,沥青面层会产生疲劳裂缝。通常将引起路面开裂的主要原因归纳为两大因素:气候因素与荷载因素。所谓气候因素主要指温度接作用,而气候变化既具有年周期性变化的特点,又呈现出日周期性变化的规律,在温度下降的过程中,由于热胀冷缩的原因,沥青路面材料不可避免地产生温度收缩。由于路面了路面结构中温度收缩应力的产生,使得路面横断面受到沿纵向的拉应力作用。当温度较分卸载,不会对路面造成严重的损伤;然而,当温度较低,降温速度较快时,沥青混合料将结构的薄弱部位拉裂,使得积蓄的能量得以释放。