移动荷载作用下沥青路面的力学响应数值模拟

掌握沥青路面在移动荷载作用下的力学响应,是更为合理地进行路面结构设计的重要基础。该文基于有限元建立了移动荷载作用下沥青路面力学响应的数值模拟方法,讨论了移动荷载作用下沥青路面结构不同层位的竖向位移、应力与应变等力学响应特征,系统研究了轴载、车速及温度对沥青路面力学响应的影响,为优化路面结构设计提供参考。结果表明:移动荷载作用下,沥青路面各层的竖向位移随路面深度增加逐渐增大,且随轴载与温度增加而增大,而受车速影响较小;沥青路面各层所受应力包括竖向压应力与剪切应力,其压应力与剪切应力均随着轴载增加而显著增加,而受温度与车速的影响较小;相应的各层竖向压应变与剪切应力均随轴载与温度增加而增加,受车速影响较小。路面结构内部的应力与应变情况复杂,在设计中,应控制各结构层最不利应力及应变,满足设计要求。

非对称路堤填筑对邻近桥桩影响分析

针对在高架桥下新建公路出现的单侧路堤填筑施工工况,以珠三角地区某一级公路路桥共线工程为例,对不同软基处理方案进行有限元计算,根据土层性质选用不同本构模型。分析结果表明:就地固化结合水泥土搅拌桩复合地基方案比水泥土搅拌桩复合地基方案能更好地控制桩身位移;根据挠曲线近似微分方程和数值计算得到的桩身位移或转角可以求出桩身弯矩,在桩身弯矩较大位置范围内应加强配筋。

短期老化对温拌橡胶沥青路用性能的影响

为了研究短期老化对温拌橡胶沥青路用性能的影响,首先利用质量损失实验对其老化前后组成成分的质量变化进行初步的评估与分析;采用针入度、软化点、动态剪切流变实验对旋转薄膜烘箱短期老化前后橡胶沥青材料路用性能的差异性进行比较,同时借助凝胶渗透色谱对作用机制进行分析与验证。研究表明:虽然老化前后橡胶沥青的路用性能稍微减弱,但改性作用仍然在可接受范围内,且均比普通基质沥青高出很多;虽然液态降黏减阻剂本身平均分子质量较小,在短期老化过程中容易蒸发,但这种作用保护了基质沥青当中的轻质组分,有效地减缓了老化进程,温拌橡胶沥青较普通橡胶沥青和基质沥青具有更好的抗老化性能。

湿空气对开放块石层湿热特性影响的试验研究

青藏高原暖湿化趋势日益加剧,空气中的水汽质量分数随季节变化差异较大致使空气物性参数、焓值等产生变化,可能会间接影响块石路基的换热过程。本文基于模型试验及空气热力学理论,对等压条件下干、湿空气中块石层内湿热特性进行了分析。结果表明:在等压条件下干、湿空气温差与水汽质量分数呈正相关关系,且水汽质量分数变化速率低于温差变化速率8%。基于地表能量平衡方法计算了考虑水汽影响的块石表层感热通量,发现两种空气条件下的感热通量差值与水汽质量分数也呈正相关关系,此时水汽质量分数变化速率高于感热通量差值变化速率9.8%。日出后干、湿空气与深层块石的对流换热差值主要受空气相对湿度控制,日落后由于干、湿空气温差较大则受空气温差影响。水汽质量分数较低时,干、湿空气焓值差变化速率高于水汽质量分数变化率约87%,焓值差变化率高于水汽质量分数变化率约21%,该现象随着水汽质量分数下降而愈加明显。研究结果对于评价和预测湿空气条件下块石结构路基的长期热稳定性具有重要工程意义。

粉砂质泥岩路基压实质量连续控制技术

粉砂质泥岩颗粒强度差异较大,压实质量难以控制。依据结构动力学方法分析压路机振动轮与路基填筑体抗力响应之间的关系,借助现场试验段采集压实过程振动轮振动加速度信号,并进行快速傅里叶变换获取基频振幅和一次谐波振幅,据此得到连续振动压实值(CMV)。对比分析不同振动压实次数下压实度、沉降量和弯沉值与CMV值的相关性。结果表明,随着压实次数的增加,CMV值逐渐增加,与FWD动态弯沉值、压实度及累计沉降量间有良好相关性,据此提出了粉砂质泥岩路基压实的CMV控制值,研究结果有助于粉砂质泥岩路基的连续压实质量控制。

半刚性基层沥青路面平整度波长研究

为了研究路面平整度波长和动荷载之间的关系,识别半刚性基层沥青路面的波长范围,选择典型高速公路和3级公路作为试验道路。以重型车辆和轻型货车作为试验车辆,采用满载和空载2种工况,在试验车辆后轴安装自主研发的无线车辆轮轴振动加速度测量仪器。现场试验获取车辆轮轴竖向振动时域特征数据,经过傅里叶变换,获得车辆振动频域特征。根据频率、车速和波长之间的关系计算划分了半刚性基层沥青路面平整度波长范围。结果表明:车轴振动加速度的标准偏差可以作为车辆动载荷的直接指标,车轴振动加速度的标准偏差随车速和路面粗糙度的增加而增加;半刚性基层沥青路面的车辆振动典型频域曲线由2个主共振频率和1个次共振频率组成;路面平整度波长可划分为4个波段:0~0.2 m极短波,0.2~1.4 m短波,1.4~5.6 m中波,5.6~100 m长波;极短波和长波对车辆振动产生动荷载影响较小,短波和中波对车辆振动产生动荷载影响较大,其中1.4~5.6 m中波对车辆振动产生动荷载的影响最大。试验结果可作为半刚性基层沥青路面平整度波长波段划分的新标准,为制订半刚性基层沥青路面平整度施工控制标准提供依据。

考虑温度影响的半刚性基层沥青路面裂缝处结构强度变化规律分析

裂缝病害是当前高速公路沥青路面出现的主要病害类型之一,裂缝对路面的结构强度产生一定程度的削弱。根据弯沉盆数据可以反演各结构层模量,评估结构强度。选取宁杭高速开展针对裂缝的弯沉检测,对裂缝处结构强度变化规律和受温度影响情况进行分析。结果表明:裂缝对弯沉影响显著,裂缝处弯沉约是完好处弯沉的2.17倍,裂缝处基层和底基层模量衰减程度较为严重,基层衰减程度为81.49%,底基层衰减程度为77.45%;完好处的面层材料模量相较于裂缝处受温度影响较大,变化幅度可达到10.3倍,基层、底基层和路基的模量随温度变化并不明显。

城市道路路面结构力学分析与病害防治

通过对城市道路路面病害的调查,针对现有城市沥青混凝土路面的病害情况,应用有限元模拟方法,建立市政道路三维结构力学计算模型,分析道路结构层的力学特征、构筑物的形式与影响范围等因素变化下的特征行为,得出市政道路的地下管网存在对路面整体结构的影响。同时,结合现状的病害调查分析,经过数据与现状对比,探索含有地下管网系统的路面病害潜在原因,依据分析结果给出相应的病害防治对策,为后期的设计提供技术参考,为施工提供有效的防治理论。

基于改进Green-Ampt入渗模型的边坡极端降雨阈值确定

为了获得在极端降雨情况下与实际工况相符合的高液限土边坡抗滑稳定性情况,有必要开展极端降雨、高温对边坡稳定性影响的研究。以广东省惠州地区的气象及自然灾害数据为基础,在对不同年份降雨及高温进行分析的基础上,引入吸力水头改进了Green-Ampt入渗模型,得到了斜坡在不同单位降雨量上的极端降雨阈值。研究结果表明:边坡稳定性与连续降雨天数及降雨量有很大关系,在长期小雨的情况下边坡也会达到极端降雨阈值,在降雨量较大的情况下以临界降雨阈值作为极端降雨阈值更合适。该研究对于雨季边坡稳定性分析及灾害防治具有重要意义。

电力管线顶管施工上方道路沉降变形预测分析

为了判断顶管施工方案的可行性,以北京市某电力管线顶管施工下穿北辰东路为例,根据设计及施工方案,采用数值模拟的方法定量预测并分析管线施工过程中上方道路结构的沉降变形情况。结果表明:该工程管线埋深较深,在管线覆土大于三倍管径情况下,管线下穿施工对上部道路结构影响较小;而竖井占路施工且开挖较深,对道路结构变形影响相对较大,但总体施工影响有限。

高速公路下伏采空区地表变形分析

为分析下伏采空区路段高速公路地表变形情况,文章利用有限元软件建立模型,对开采、公路建成和注浆填充后各施工阶段的地表水平位移和竖向位移进行数值模拟分析。结果表明:开采后地表竖向位移较大,水平位移基本可忽略;公路建成后地表变形较大,施工中应加强变形监测;注浆填充后地表变形较未处治时水平位移和竖向位移均明显下降,说明注浆填充后地基稳定性明显提升,加固效果良好。

水泥混凝土道面传力杆接缝传荷能力影响因素分析

为建立机场道面传力杆接缝的三维精细模型,采用单因子轮换法,对影响道面接缝传荷能力的诸多因素进行分析,结果表明,传荷系数LTE与传力杆直径、面层及基层模量呈现正相关关系;与道基反应模量、面层厚度及传力杆间距呈现负相关关系。采用方差分析进一步考察多因素的综合影响效果,影响程度由大到小依次为:道基反应模量、道面板厚度、传力杆间距、传力杆直径、杆-混凝土摩擦系数,而其余因素影响不显著。

基于ABAQUS的连续配筋复合路面剪应力响应特征分析

为探究连续配筋复合路面剪应力的响应特征,通过ABAQUS建立连续配筋复合路面三维有限元模型,通过不同轴载条件、不同结构层模量等变化分析剪应力特性。研究表明,结构剪应力分布呈现“双峰”分布,峰值出现在沥青层层间与面-基层层间,在标准轴载下分别可达3.518 MPa和1.417 MPa;沥青层剪应力峰值易受重载影响而产生较大的线性变化。上面层模量增大对于剪应力指标的降低均有较好效果。研究表明连续配筋混凝土层设计时不应过分追求刚度,否则会因模量过大导致面-基层层间黏结不足,产生层间滑移等。本研究可为连续配筋复合式路面的力学响应指标控制提供理论基础。

沥青路面永久变形量计算点位选择与基层厚度的影响分析

为明确沥青路面永久变形量计算点位,减少计算工作量,通过常见沥青路面结构组合,依据弹性层状体系理论计算不同路面结构组合下不同点位的沥青混合料层各分层顶面竖向压应力,并分析基层厚度对沥青混合料层永久变形量的影响规律。结果表明,不同结构组合下,沥青混合料层各分层顶面的竖向压应力的最大值点均位于双圆均布荷载的圆心处(A点)。在沥青路面结构组合设计中,基层厚度对沥青混合料层永久变形量的影响很小,仅在无机结合料稳定类基层厚度小于350 mm时有影响。

含建筑固体废弃物的低渗山体土壤稳定性研究

文章将砂粒大小的建筑固体废弃物以不同掺量和方式掺入两种不同土样中,通过渗透性能、固结性能和抗剪切性能以及压实性能等指标研究了建筑固体废弃物对土样稳定性的影响。结果表明:建筑固体废弃物可提高土样的渗透系数,固体废弃物掺量越高,混合土样渗透系数越高;与分散掺入形式对比,以砂桩的形式嵌入土样更能提升土样的渗透能力,固体废弃物砂桩为垂直排水提供了通道;掺入建筑固体废弃物降低了土样的固结沉降和压缩指数,降低了土样的粘聚力并增大了内摩擦角,提高了最大干密度并降低了最佳含水率,因此混合土样在固结、抗剪和压实方面的稳定性均得到提高,且最佳掺量为30%。建筑固体废弃物对于土体的工程稳定性有着显著的改善效果,在实际工程中具有实践意义。

高模量沥青路面结构力学响应及适用层位分析

为探究高模量沥青混合料在半刚性基层沥青路面结构中的合理应用层位,明确高模量沥青层的引入对路面结构受力影响的变化规律,文中选用BISAR3.0路面力学计算程序,以中下面层材料抗压模量变化、下面层材料差异、层间黏结状态、路基不同工况四类别主要影响因素开展不同深度与计算点位的路面结构受力状态的全面考察。结果表明,对于半刚性基层沥青路面,高模量沥青层的引入不会对基层的应力、应变状态产生较大影响,将高模量沥青混凝土设置在下面层的效果优于中面层,下面层模量的提高有助于减小沥青层层底的拉应变,降低幅度在40%左右,同时路面沥青面层不同深度的抗剪切变形和抗疲劳损伤能力也均有所提升;提高高模量沥青层与半刚性基层的层间接触强度可显著改善路面结构的整体受力性能,有效降低各结构层的拉应变与剪切应变;提高路基抗压模量可有效改善基层受力状态,降低半刚性基层开裂风险及由此产生的沥青面层反射裂缝问题。

南方地区在面对大雪冻雨灾害条件下的道路安全管理方面研究

通过对南方地区出现的大雪冻雨,引起道路湿滑引发交通安全事故,造成道路拥堵,给社会经济和国民人身安全造成重大影响的实际情况。结合南方大雪冻雨出现存在概率低、持续时间短,造成影响大的特点,在该气候条件下,通过对道路规划、设计、施工、修缮、应急管理、相关制度完善以及融雪、破冰技术的经济适用性研究探讨,为南方地区出现的大雪冻雨天气,在道路安全管理的方面提供经验。

泡沫轻质混凝土路基变形规律分析

某大桥及后续路基从堆积体中前缘通过,堆积体上部后缘为邵家庄村,局部有水田分部,堆积体左侧局部前期已发生浅表滑塌。以泡沫轻质混凝土施工为例,基于ABAQUS软件的模拟分析堆积体段泡沫轻质混凝土变形规律稳定性优化措施,从而在施工及运营过程中有效降低堆积体边坡承受荷载,防止由于堆积体不稳定导致地质灾害发生。

浅层就地固化桩土刚性复合地基沉降计算新方法

针对就地固化桩土刚性复合地基沉降计算研究的不足及现行规范此类工况沉降计算方法的局限性,首先剖析了就地固化桩土刚性复合地基沉降机理,分析了土拱效应下的桩端应力分担比例和等沉面以上负摩阻区的附加应力对沉降的影响,提出了就地固化桩土刚性复合地基沉降计算的新方法,并通过数值模拟和工程实例进行了验证。验证结果表明,就地浅层固化土技术,可强化土拱效应、增强桩基传递效应,能有效减小复合地基的整体沉降,新沉降计算方法准确可靠。

基于数字图像法对路面构造深度的方法研究

针对传统铺砂法计算路面构造深度效率低、激光断面法成本高及数字图像法准确性低等问题,提出了一种基于数字图像处理技术评价路面构造深度的方法,使用实景建模软件对多张数字图像进行三维建模,通过空三运算将路面影像生成包含路面三维坐标信息的点云数据,利用矩阵数值计算手段对点云数据进行矫正处理,计算路面构造深度数值并进行路面三维显示,最后通过铺砂法试验验证了该方法的可行性,最大误差仅为4.8%。