重载交通条件下组合式基层沥青路面结构数值计算分析

采用三维有限元方法,对重载交通条件下组合式基层沥青路面结构进行了模拟计算.对不同考核指标采用了正交试验,并进行了影响因素分析.研究结果表明,理想的组合式基层沥青路面结构应是具有较厚的、模量适中的基层材料,并且具有厚的、模量适中的稳定土底基层和强度较高的土基.

胶粉纤维改性水泥稳定碎石抗裂性能研究

针对水泥稳定碎石基层易开裂问题,在混合料中掺入适量胶粉及聚乙烯醇(PVA)纤维,开展强度、抗压回弹模量、干缩性能和扫描电镜试验(SEM);分别掺入橡胶粉、改性胶粉、PVA纤维、不同水泥剂量的胶粉纤维,对比其对混合料抗裂性能的影响。发现掺入材料对水泥稳定碎石混合料性能具有明显影响。掺入胶粉、改性胶粉后会降低混合料强度和抗压回弹模量,提升抗干缩性能;掺入纤维能增强混合料强度、模量和抗干缩性能;加入不同水泥剂量的胶粉纤维对混合料强度、抗压回弹模量提升效果明显,但降低了抗干缩性能;宏观力学指标试验和SEM试验结果显示出改性胶粉纤维与水泥基具有良好的黏结性,可以提升水泥稳定碎石混合料的抗裂能力。

CRC+AC复合式路面结构中AC层的裂缝扩展

针对CRC+AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,对AC层的受力进行了计算和分析,对AC层裂缝的产生和扩展机理进行了研究。计算了AC层荷载型和温度型裂缝的尖端应力强度因子,研究了裂缝扩展时期、裂缝长度、结构层厚度、模量等因素对AC层裂缝扩展的影响规律。研究结果表明:AC层裂缝的扩展时期对扩展强度有一定的影响;增加AC层的厚度对裂缝扩展尤其是对AC层底面裂缝的扩展能起到很好的延缓作用;CRC层厚度对AC层裂缝扩展的影响很小或基本没有影响;随着AC层模量的增加,AC层温度裂缝的扩展强度线性增加,荷载裂缝的扩展强度变化不大;其他结构层的厚度和模量对AC层裂缝的扩展强度基本没有影响。研究结果可为CRC+AC复合式路面的合理设计提供参考依据。

基于环境温度变化的混合式基层沥青路面结构疲劳损伤分析

为了分析环境温度变化时混合式基层沥青路面结构的疲劳损伤特性,拟定3种混合式基层沥青路面结构,充分考虑广西河池地区各月温度变化以及土基回弹模量的季节性变化,运用ABAQUS软件对2种层间结合状态的4种路面结构方案的温度场、应变响应和疲劳损伤进行计算分析,通过试验路面温度传感器、应变片的监测结果和疲劳损伤模拟模型计算沥青层的疲劳损伤。研究结果表明:在不同月份温度下,沥青路面应变响应差异大,随着气温升高,层底弯拉应变增大;各季节疲劳损伤存在明显差异,高温季节产生的疲劳损伤所占比例较大;以水稳碎石为底基层,级配碎石为基层及大粒径沥青碎石混合料作下面层的混合式基层沥青路面结构方案B,温度敏感性最小,疲劳损伤最小。研究结果可为选择良好的混合式基层路面结构提供思路。

沥青材料的玻璃态转变温度求解及低温性能分析

针对玻璃态转变温度Tg难以实测及现有计算方法原理不清晰、参数标准差偏大的问题,利用水平移位因子lg(αT),根据Williams-Landel-Ferry方程(简称WLF方程)推导了玻璃态转变温度的求解公式:任选2个参考温度T1、T2进行移位因子计算,通过线性回归得到各自参数C1、C2、C1′、C2′;将2个参考温度下的移位因子相减,推算出Tg求解公式。利用该方法计算了3种基质沥青和2种SBS改性沥青材料的Tg,并使用对应的沥青混合料进行了低温弯曲试验验证。结果表明,该计算方法原理清晰、过程简单,可以准确地计算玻璃态转变温度Tg,有效评价沥青材料的低温性能。

不同荷载模式作用下饱水沥青路面结构动力响应对比分析

目的探讨不同荷载模式下饱水沥青路面结构的水损害机理,改进和完善沥青路面防排水设计方法.方法基于沥青混合料的渗透试验和多孔介质流固耦合理论,采用非线性有限元方法,对比分析了碗形分布荷载和均布荷载作用下饱水沥青路面结构各力学场量的变化并进行数值模拟分析.结果在均布荷载和碗型荷载两载模式下,饱水沥青路面结构内部各力学场量的时程变化特性相类似,均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性和滞后性,孔隙水压力对体积应力和应变影响较大.与均布荷载下计算结果相比,碗形分布荷载作用时上面层内最大正孔隙水压力高0.18倍,下面层底部最大水平拉应力和最大水平拉应变分别高0.14倍和0.15倍,中面层底部最大竖向压应力和基层底部最大竖向拉应力分别高0.23倍和0.03倍,路表最大竖向位移高0.07倍,面层内最大剪应力高0.05倍.结论在碗形分布荷载作用下,饱水沥青路面更容易产生水损害.采用接近于实际车轮荷载的碗形分布荷载模式来开展饱水沥青路面动力响应分析更为合理.

膨胀土细观结构变化及与声波波速的关系

采用CT技术和TH204型非金属超声波仪测试,探讨了干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其平均纵波波速的变化规律,并运用损伤力学的研究方法定义基于CT数的损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的细观结构变化与平均纵波波速变化之间的关系。研究结果表明：第1-4次干湿循环对膨胀土细观结构变化影响较大,内部微裂隙发育明显,第7-8次干湿循环对细观结构影响甚微;膨胀土的平均纵波波速随着循环次数的增加呈非线性衰减,并最终趋于稳定;随着干湿循环次数的增加,膨胀土损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土平均纵波波速与基于CT数的损伤变量具有良好的指数衰减关系。

橡胶改性及其对橡胶水泥基质材料性能的影响

本文基于提高橡胶-水泥基质材料的力学性质的目的,对橡胶进行磺化-脲化改性。采用水接触角、红外光谱、粘接强度、抗压抗冲击强度等微观宏观测试技术考查了橡胶改性对橡胶水泥基质材料性能的影响。结果表明:橡胶氧化-脲化改性后,在橡胶表面引入了大量羰基、酰胺基等极性亲水性基团,使橡胶表面的浸润类型由憎水性质变为了亲水性质,大大增加了橡胶与水泥基体的界面相互作用,使橡胶与水泥浆体的粘接强度提高了33.4%。橡胶改性对减缓橡胶水泥基质材料的抗压强度降低有确定的效果,但是这种效果在橡胶水泥混凝土中比在水泥砂浆中更突出。橡胶掺量为细集料的30%或以下时,氧化-脲化改性的橡胶混凝土的抗压强度能够达到30 MPa以上,可以满足中等强度混凝土的要求。

引入期望速度的交通流中观模型研究

本文旨在研究期望速度对速度—密度曲线的影响.通过引入期望速度建立了新的博弈表和相应的交通流中观模型,利用VBA和Matlab混合编程技术开发了相应的计算程序.对于一个期望速度类情况,分析了期望速度相同时不同的道路条件对应的速度—密度曲线,以及相同道路条件下,不同期望速度对应的速度—密度曲线.对于多个期望速度类的情况,研究了多个期望速度的变异系数对车流平均速度的影响,以及慢车比例对车流平均速度的影响.得出结论,驾驶员的期望速度差异是影响车流平均速度的主要因素之一.当密度较小时,交通流处于个体流模式,此时交通流平均速度主要由期望速度差异决定;当密度较大时,交通流处于集体流模式,此时交通流平均速度主要由密度决定.

基于响应曲面法的PCB/WCF改性沥青混合料优化设计

为改善废轮胎热解炭黑(PCB)改性沥青混合料的水稳定性,利用废弃鸡羽毛(WCF)的羊毛状纤维有益于沥青混合料水稳定性提升的特点,制备了AC-13 PCB/WCF改性沥青混合料。首先通过激光粒度仪,扫描电子显微镜与能谱仪分析了PCB与WCF的微观形貌与表面化学元素分布。然后基于响应曲面法(RSM)设计了PCB掺量、WCF掺量以及油石比对沥青混合料AC-13的空隙率、马歇尔稳定度以及冻融劈裂抗拉强度比影响的试验方案。最后通过方差分析(ANOVA)方法研究了3个自变量及其交互作用对沥青混合料的空隙率、马歇尔稳定度以及冻融劈裂抗拉强度比的影响,并建立了PCB/WCF改性沥青混合料AC-13性能预测模型。结果表明:PCB的粒径分布集中在197~358 nm,表面灰分会降低PCB与沥青的相容性;WCF羽轴两侧的羽片呈扇状分布,主要化学元素为碳、氮、氧、硫。由优化模型获得的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13最佳优化参数为,PCB掺量0.52%,WCF掺量0.36%以及油石比5.5%;对应预测值为空隙率3.85%,马歇尔稳定度11.79 kN以及冻融劈裂抗拉强度比84.56%;基于最优参数配合比制备的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13验证试验结果为空隙率3.69%,马歇尔稳定度11.6 kN以及冻融劈裂抗拉强度比84.9%,且都在95%置信区间内,表明模型具有较好的预测能力;优化设计的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13的预测值和试验验证值均满足中国改性沥青混合料的性能要求。

考虑格栅水力特性的柔性支护处治膨胀土边坡的数值模拟分析

运用Plaxis软件进行流固耦合分析,探讨了格栅水力特性对膨胀土边坡稳定性的影响,并在此基础上分析了不同降雨条件下柔性支护处治膨胀土边坡的原理。结果表明,随着雨水持续入渗,加筋边坡各层土工格栅轴力不断增加,呈中间大、两端小的“凸”型分布,忽略格栅的水力特性会低估格栅所受轴力、高估边坡稳定性。柔性支护结构可有效提高边坡抵抗降雨入渗的能力,维持膨胀土体抗剪强度,同时也能限制边坡变形和位移增长,是一种处治膨胀土边坡的有效方式。

土工合成材料处治填石路堤有限元分析

分析了填石路堤的危害,提出用土工合成材料处置填石路堤,利用平面有限元方法,对在交通荷载和填料自重作用下土工合成材料对填石路堤的加筋作用进行了研究分析,对比研究铺土工合成材料与不铺土工合成材料时填石路堤中应力分布和位移变化.在此基础上,提出土工合成材料处治填石路堤、隔离粗细填料时受力分析的理论计算模型.

长沙地区紫外线辐射观测分析

为了研究室内外紫外线辐射对道路沥青、土工格栅等材料老化性能的影响,文章通过对长沙地区2016-2017年全年紫外线辐射强度的观测和统计分析,总结了长沙地区紫外线强度和累积紫外线辐射量随时段和季节的变化规律,并对日累积紫外线辐射量和年累积辐射量进行预测,建立了晴天、多云和阴雨三种天气状况时的日累积紫外线辐射量与最高气温的回归关系,得到了多云和阴雨天气对晴天累积紫外线辐射量的影响的折减系数。

基于XFEM的沥青加铺层材料的裂缝扩展

为了研究旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层材料在一定的荷载下的断裂和裂缝发展,采用ABAQUS的扩展有限元法(XFEM)对加铺的沥青混凝土材料进行了数值模拟分析,并结合数值模拟模型进行了相同情况下的裂缝扩展室内试验。结果表明XFEM的数值模拟分析所得数据与室内的试验所得数据具有良好的相关性。最后对实际路面结构进行了模拟分析。为研究沥青混凝土材料加铺的裂缝发展与荷载作用提供了可供参考的方法和数据。

酸雨对透水沥青路面抗滑耐久性的影响

为探讨酸雨对透水沥青路面抗滑性能的影响,通过循环浸泡的方式模拟酸雨对OGFC-13和AC-13沥青混合料的腐蚀,借助小型加速加载试验来模拟轮胎的循环荷载作用,采用激光断面仪和摆式摩擦系数仪对试件抗滑性能进行检测,并对比分析酸液浓度和浸泡周期对混合料抗滑性能的影响,以及两种混合料在抗滑耐久性上的差异。研究结果表明:酸腐蚀会导致沥青膜的剥落,在循环荷载作用下混合料的抗滑性能经历了快速衰减期、缓慢衰减期和稳定期这3个阶段。随着酸浓度和浸泡周期的增加,会加速沥青混合料抗滑性能的衰减,降低混合料的抗滑耐久性能。与AC-13沥青混合料相比,OGFC-13沥青混合料在沥青膜剥落后,纹理构造良好,能提供更强的切削摩擦力,在酸性环境下表现出更好的抗滑耐久性。

高黏度改性沥青的温度敏感性分析

为了评价高黏度改性沥青的感温性能,并探寻一种较为合理的高黏度改性沥青温度敏感性评价方法,通过采用针入度指数(PI)法、针入度黏度指数(PVN)法、黏温指数(VTS)法、复数模量指数(GTS)法和复数指数(CNI)法来评价自制高黏度改性沥青、某国产高黏度改性沥青和SBS/树脂改性沥青的感温性能,并比较5种评价方法对高黏度改性沥青温度敏感性的适用性。试验结果表明:自制高黏度改性沥青对温度的敏感性最小,感温性能优于其他国产高黏度改性沥青,SBS/树脂改性沥青对温度敏感性最大,稳定剂有助于改善改性沥青的感温性能;在5种温度敏感性评价方法中,PVN法所采集的数据点无法满足高黏度改性沥青较广的温度域,试验精度较低,不适用于评价高黏度改性沥青的温度敏感性。PI法、VTS法、GTS法和CNI法可用于高黏度改性沥青的温度敏感性评价,其中,PI法所采用的温度范围较窄,具有一定的局限性;VTS法、GTS法和CNI法所涉及的温度域符合实际沥青路面中高黏度改性沥青的服务温度,而CNI法更好地考虑了高黏度改性沥青的黏弹性特征,故对高黏度改性沥青感温性能的评价更具准确性和合理性。

生物油再生沥青-集料界面分子模拟研究

为研究生物再生剂对老化沥青-集料之间相互作用的影响,基于分子动力学,分别建立基于干燥和潮湿两种工况的生物油再生沥青-弱碱性集料的界面模型,分析沥青组分在集料表面的空间分布,并计算其界面处的相互作用能。研究结果表明:3种再生剂中,腰果壳油解除沥青质分子团聚的效果最好。3种再生剂均会削弱老化沥青和集料之间的范德瓦尔斯力,腰果壳油和妥尔油通过在集料表面形成氢键,提高老化沥青的黏附性,降低老化沥青的湿度敏感性。选择沥青再生剂时,应考虑集料和再生剂之间的氢键作用,该作用有助于提高再生沥青和集料的黏附性。

低应力条件下高液限红黏土湿化变形特性研究

针对我国南方地区高液限红黏土低路堤存在工后沉降变形的问题,采用自主设计可测试低应力条件下岩土体湿化变形的试验装置,研究了不同围压、轴压与围压之比和压实度条件下高液限红黏土竖向湿化应变、侧向湿化应变的变化规律,建立了可以考虑围压、轴压与围压之比、压实度影响的高液限红黏土竖向湿化应变峰值预估模型,并对预估模型进行了验证。研究得到的主要结论为:渗流与应力耦合作用下,高液限红黏土侧向湿化应变与竖向变形均先增大、后趋于稳定,高液限红黏土试样在湿化变形稳定后呈现上部大、下部小的特点;高液限红黏土侧向湿化应变开始响应至达到峰值所需时间、侧向湿化应变峰值、竖向变形量峰值与围压、轴压与围压之比呈正相关;高液限红黏土侧向湿化应变峰值、竖向变形量峰值与压实度呈负相关,侧向湿化应变开始响应至达到峰值所需时间与压实度呈正相关;高液限红黏土侧向湿化应变可以分成由增湿引起的侧向湿化应变和由膨胀性矿物吸水引起的侧向湿化应变两部分;不同因素对高液限红黏土竖向湿化应变峰值的影响程度为:压实度>轴压与围压之比>围压;本研究对高液限红黏土低路堤工后沉降变形预测与控制具有重要的工程意义。

Sasobit温拌沥青的高温流变力学性能研究

为研究Sasobit温拌沥青的流变力学性能并评价其高温性能,制备两种原样沥青的Sasobit温拌沥青并进行不同温度下的频率扫描试验,得到了原样沥青和Sasobit温拌沥青复数模量MCAM模型主曲线,并根据复数模量主曲线进一步得到了所有沥青缩减频域内的复数黏度.然后,采用Cross模型表征沥青缩减频域和测试频域(60℃)的复数黏度,并对不同频域零剪切黏度(ZSV)拟合曲线的黏弹力学特征进行分析.研究结果表明:MCAM模型能够描述所有沥青复数模量主曲线,满足时-温等效原理;与基质沥青不同,温拌沥青主曲线在测试温度范围内表现出黏弹性固体特征,说明温拌剂改变了原样沥青的流变力学特性.基质沥青和SBS改性沥青在缩减频域内的复数黏度连续性较好且拟合优度为0.99以上,说明复数黏度在缩减频域内满足黏弹性时-温等效原理,而所有温拌沥青复数黏度表现出时-温失效特征.除基质沥青外,SBS改性沥青和温拌沥青60℃频率-黏度曲线均出现了明显的高、低频黏度平台,并得到了其零剪切黏度(ZSV),说明采用Cross模型评价改性(温拌)沥青高温性能较为可行.

响应曲面法优化热解炭黑/鸡毛纤维复合改性沥青高低温性能研究

为提高热解炭黑改性沥青的低温性能,以熔融共混法工艺,制备了热解炭黑与鸡毛纤维复合改性沥青。基于响应曲面法的中心复合设计,以热解炭黑掺量、鸡毛纤维掺量、鸡毛剪切时间为自变量,对复合改性沥青进行针入度、延度、软化点实验。以针入度、延度、软化点综合最优为目标,确定了热解炭黑掺量、鸡毛纤维掺量、鸡毛剪切时间优化参数。模型优化结果显示,最佳水平组合参数为热解炭黑掺量10.6%、鸡毛纤维掺量1.8%、鸡毛剪切时间6.8min,对最佳水平组合参数复合改性沥青进行响应变量实验,验证结果在4.6%误差范围内。路用性能实验表明,与基质沥青相比,复合改性沥青混合料的动稳定度由2243次/mm增加到3120次/mm,最大弯拉应变由3089με增加到3299με,高温稳定性与低温抗裂性均得到提高。