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.

不同因素对沥青砼渗流流速的影响

针对沥青路面普遍存在的水损害,考虑沥青砼空隙率、环境温度、孔隙水压和交通荷载等因素对沥青路面内部渗流的影响,进行沥青砼AC-13圆柱形试件渗透试验。结果表明,渗流流速随着试件空隙率和试验水压、轴压、温度的增大而增大,其中空隙率、水压和温度对试件渗流流速的影响显著,轴压的影响相对较小;与正常条件相比,高水压(0.7MPa)、高温度(60℃)和大空隙率(8%)可使渗流流速增加24.5倍以上,应高度重视和加强高温重载下沥青砼水损害的防治措施。

不同渗流形态下沥青路面结构动力响应分析

为了研究荷载-渗流耦合作用下不同渗流形态对沥青路面结构各力学场量响应的影响,进一步揭示沥青路面水损害机理,在高水压沥青混合料渗透试验的基础上,采用非线性有限元方法,模拟分析碗形分布动荷载下Forchheimer非线性渗流和达西线性渗流时饱水沥青路面内部各力学场量的变化。渗透试验结果表明:在较高水力梯度下渗流流速-水力梯度关系呈现出非线性特征,不再适用达西定律,而需应用Forchheimer非线性渗流定律描述。数值模拟分析结果表明:2种渗流形态时沥青路面结构内部各力学场量均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性,且孔隙水压力均随着半正弦波型荷载的变化而呈正相关关系;与达西渗流时计算结果相比,非线性渗流时上面层内正孔隙水压力的峰值高49%,沥青面层内水平方向的拉应力、压应力、拉应变的峰值分别高16%、105%、15%,且在路表产生竖向拉应力,孔隙水压力也远高于现场实测值;2种渗流形态时均在上基层底部产生竖向拉应力,在沥青路面内产生的剪应力差别很小。因此,在车轮动荷载作用下,饱水沥青路面内部形成超高孔隙水压力和高流速的非线性渗流,会产生比线性渗流更为严重的水损害,以往基于达西定律的饱水沥青路面动态响应分析低估了车轮动荷载对沥青路面水损害的影响程度。