内置应变传感器对沥青混合料力学性能的影响

道路本体结构的智能智慧是道路工程发展的重要方向,内置应变传感器是实现路面结构应变感知的重要手段,为探究内置应变传感器对沥青混合料力学性能影响,运用离散元法,构建了内置应变传感器的沥青混合料细观模型,研究了应变传感器埋设深度和数量对沥青混合料力学性能影响,分析了沥青混合料材料公称最大粒径、级配和沥青砂浆黏结强度等对内置应变传感器工作性能影响.结果表明:随着传感器埋设深度的增加,梁试件底部三个监测点位处水平拉应力分别增加56.9%、43.5%、43.8%,越接近梁试件底部,其内部水平应力场分布更均匀;与单传感器相比,埋设双传感器的梁试件裂隙增加速度更快,在挠度为0.8 mm时裂隙数便达到267个,单传感器仅为93个;沥青混合料公称最大粒径越大,力链数越少,AC-16、AC-20的平均力链比较AC-13分别降低4.9%、11.4%;沥青混合料级配越粗,荷载传递路径越少,接触力系数量减少77.7%,接触力分布均匀性降低,最大接触力增加74.6%,导致传感器工作稳定性越差;沥青砂浆黏结强度增加,最大接触力下降11%,传感器工作稳定性越好.研究结果可为提升内置应变传感器的沥青混合料耐久性和工作稳定性提供参考.

广西某高速公路沥青路面车辙病害影响因素分析

对实体依托工程的现场调研、室内试验和建立模型进行分析,从重载交通、路面结构、抗压强度、压实度等因素分析了对广西高速公路沥青路面车辙病害的影响,提出加强对重载、超载的管制,进行针对性路面结构设计,提高沥青路面施工质量稳定性的对策建议。

乳化沥青冷再生混合料强度特征与失效断裂演变机制研究进展

“双碳”背景下,将乳化沥青冷再生混合料作为冷拌路面材料已受到道路工程界的广泛关注.针对乳化沥青冷再生混合料设计与应用中关键技术问题的研究进展进行了综述,系统地汇总了乳化沥青冷再生混合料在施工控制、强度发展机理和损伤行为特征3个方面的研究成果.混合料制备工艺方面,总结了目前国内外乳化沥青冷再生混合料生产工艺的相关技术,阐述了乳化沥青冷再生混合料的材料特性、拌和工艺、成型方式和养生条件等对其施工和易性的影响;混合料强度发展机理方面,阐明了乳化沥青冷再生混合料在不同影响因素下的微观结构特征,凝练了材料强度形成过程中的内部界面行为;混合料断裂失效行为特征方面,归纳了研究断裂行为和断裂机理的理论方法和实验手段,探讨了乳化沥青冷再生混合料的断裂机制与疲劳特性.研究表明:构建全面的材料组成特性认知体系,利用多尺度手段揭示乳化沥青冷再生混合料强度形成机理,实时动态感知混合料疲劳损伤过程的阶段性演化规律,将对改善乳化沥青冷再生混合料的力学性能和延长冷再生路面的使用寿命具有重要意义.

基于离散元的钢渣透水沥青混合料疲劳损伤数值仿真

采用钢渣替换透水沥青混合料中部分玄武岩粗集料,开展室内疲劳试验及数值仿真,研究钢渣透水沥青混合料的疲劳性能.基于CT扫描获取图像,通过阈值分割将混合料中钢渣、玄武岩、沥青砂浆和孔隙进行区分,导入颗粒流程序(PFC),建立颗粒直径为0.4 mm的钢渣透水沥青混合料离散元模型,基于宏观和细观力学参数转换及虚拟强度试验进一步校正细观力学参数,开展虚拟疲劳损伤数值模拟,得到重复荷载作用下试件微裂纹扩展路径及疲劳寿命.结果表明:虚拟强度试验能够较好地模拟钢渣透水沥青混合料试件荷载与位移关系曲线,试件裂纹扩展路径符合实际断裂情况,裂纹的分布主要沿着模型内部孔隙处扩展;虚拟疲劳损伤模型能够较好地描绘平行黏结模型的黏结直径随荷载作用次数的增加而减小、随着平行黏结接触颗粒间的拉应力增大而加速减小的趋势,虚拟疲劳损伤模型计算结果和室内疲劳损伤试验结果较为接近,误差不到10%,可有效预测高应力比下钢渣透水沥青混合料的疲劳寿命.

装配式临时预制混凝土板路面优化计算及应用研究

采用装配式预制混凝土板作为临时道路路面,具有经济环保的优点。以不产生疲劳断裂作为设计标准和不产生极限断裂作为验算标准,针对路面板的厚度、配筋和混凝土标号等主要参数进行优化计算分析,获得满足临时道路路面条件下最优的装配式预制混凝土板尺寸及材料参数。阐述了装配式预制混凝土板路面在施工道路建设及维护中的优点,并基于现场实际工程应用,介绍了具体的施工技术要点和工艺,实现了施工效率、施工质量与经济效益的全面提升,达到安全可靠、经济适用和绿色环保的目的。

基于双模量理论的连续配筋混凝土复合式路面沥青层表损伤分析及Top-Down开裂控制

基于连续介质损伤力学和双模量理论,建立单一模量和双模量2种疲劳损伤本构,采用数值模拟的方法,对2种疲劳损伤本构模型进行了简单分析对比,并采用双模量损伤本构分析沥青层(AC)厚度、模量、拉压模量比以及AC层与连续配筋水泥混凝土层(CRC)摩擦系数4个因素对沥青层表面损伤的影响,在单因素分析的基础上通过响应面法对CRC+AC复合式路面抗Top-Down开裂性能进行优化设计。研究表明:AC层在单模量下的最大压应力比双模量下大0.1MPa,但AC层在单模量下几乎未产生拉应力,而双模量下的最大拉应力为0.08MPa;单因素分析得到AC层厚度、模量、拉压模量比、层间摩擦系数推荐最大取值分别为8cm、1700MPa、0.8、7;3个参数中,对AC层表面疲劳损伤度综合影响从大到小的组合为:AC层厚度和拉压模量比,AC层拉模量和拉压模量比,AC层厚度和拉模量;针对不同拉模量的AC层材料提出了不同AC层厚度下的拉压模量比控制标准。

加固软土地基路堤分层填筑数值模拟分析

以江苏某高速公路为研究背景,采用水泥土搅拌桩、土工格栅以及0.5 m砂垫进行地基处理,运用有限元软件PLAXIS分析分层填筑施工过程后路基土竖向沉降、水平位移变形规律。研究结果表明:采用水泥土搅拌桩处理后的竖向沉降量降低了45.6%;处理后的水平位移为未处理前的39%,且最大水平位移出现的位置由路堤脚趾处向下移动至水泥土搅拌桩底部位置;分层填筑施工过程中,每填筑一层水平位移和竖向位移均出现一定程度的增长,离路堤中心距离越远,竖向位移影响越小,水平位移呈现先增大后减小的变化趋势。

高速公路建设期碳排放量化分析及特性研究

将高速公路建设过程划分为材料生产、材料运输和施工3个阶段,利用碳排放因子法构建高速公路建设期各个阶段的碳排放核算模型,以秦唐高速公路为研究对象进行定量分析,并提出高速公路建设期碳减排建议。计算结果表明:秦唐高速公路建设期总碳排放量为43.72万t,碳排放强度为1.58万t/km,各阶段碳排放占比分别为91.51%,7.81%和0.68%;材料生产阶段碳排放量最高为40.00万t,碳排放强度为1.44万t/km,其中水泥和钢材的生产加工为高速公路材料生产阶段碳排放的关键;在所有单位工程中,超过80%的碳排放来自交叉工程、桥涵工程和路基工程,其中交叉工程碳排放量最大,占总工程的36.84%。

蓄盐沥青混合料与冰层粘结程度评价方法探究

为了能更精确地评价蓄盐沥青混合料与冰层的粘结程度,通过对拉拔头、冰层冻结方式、拉拔方式等方面进行改进,采用粘结强度和残冰率作为蓄盐沥青混合料与冰层粘结程度的评价指标,开发出一种基于马歇尔试件全断面的试验方法。试验结果表明,试件与冰层之间的粘结强度及残冰率随温度降低而增加,蓄盐沥青混合料在-10℃以内能降低试件与冰层的粘结强度30%以上,-7℃的粘结强度相比于普通沥青混合料减小约50%,-9℃以内残冰率减小比例均大于50%。冰层与试件粘结强度的测量准确度随残冰率的增大而降低,建议在-10℃内采用本试验方法。开发的评价试件与冰层粘结程度的试验方法区分度较高,试验的变异系数在10%以内,稳定性较好。

鄂尔多斯盆地寒武系储层沥青地质特征及来源分析

本文通过对储层沥青的分布、含量、岩石学特征、成熟度、元素组成、生物标志物、同位素等的研究,剖析了鄂尔多斯盆地寒武系储层沥青的地质特征及来源。结果表明,寒武系储层沥青富集程度较高,多呈条带状和环状,赋存于微裂缝、粒间和溶蚀孔隙中。具有清晰的边界,高热演化程度(等效镜质组反射率值为1.35%~3.48%),高C原子组成的地质特征,为热裂解的焦沥青成因。寒武系储层沥青具有明显C_(27)规则甾烷优势、C_(23)三环萜烷及植烷优势的特征,表明其形成于还原环境,来源于低等藻类。较高三环萜烷/藿烷和较低藿烷/甾烷比值,表明其为海相成因。寒武系储层沥青中较高三芳甲藻甾烷参数(三芳甲藻甾烷/(C_(30)3-甲基-24-乙基三芳甾烷+三芳甲藻甾烷))和(C_(26)+C_(27))/C_(28)三芳甾烷比值,与东坡组烃源岩分布特征最为相似。此外,有机碳同位素和相似Rb/Sr、Zn/Co和Cu/Sr分布特征,进一步证实了盆地南缘和东缘寒武系储层沥青主要来源于东坡组烃源岩,即东坡组海相烃源岩生成的油气已经在鄂尔多斯盆地南缘和东缘运聚并成藏,寒武系原生油气藏的勘探潜力在鄂尔多斯盆地南部较大,不容忽视。

基于LCA的不同设计寿命沥青路面能耗排放分析

为研究不同设计寿命沥青路面的能耗排放特征,建立生命周期评价体系,量化分析柔性基层沥青路面、典型半刚性基层沥青路面、高掺量胶粉沥青路面的能耗排放。通过灵敏度分析确定主要能耗排放环节,并分析水泥类型、温拌技术、再生技术及运输效率对三种沥青路面能耗排放的影响规律。结果表明,典型半刚性基层沥青路面的能耗强度分别比柔性基层沥青路面及高掺量胶粉沥青路面能耗强度高25.29%、153.03%,全球变暖潜值总量比两种长寿命沥青路面分别高106.97%、107.99%;水泥生产、沥青生产、加热及运输环节为主要能耗排放环节;适用于水稳基层的通用水泥中,矿渣硅酸盐水泥能耗排放最低,替换掉普通硅酸盐水泥后典型半刚性基层沥青路面及高掺量胶粉沥青路面碳排放量分别下降了13.17%、12.43%;采用温拌技术后,柔性基层沥青路面碳排放量下降幅度最大,降低了2.41%,高掺量胶粉沥青路面能耗强度下降幅度最大,降低了3.71%;当RAP掺量达到30%时,三类沥青路面能耗强度分别下降20.64%、18.56%、15.26%,碳排放量分别下降6.92%、3.92%、4.39%;运输效率提升幅度与沥青路面的能耗排放减少率呈正相关,运输效率每提升10%,三类沥青路面能耗强度分别下降1.55%、1.63%、2.10%,碳排放量分别下降4.03%、3.26%、3.07%。

基于点云反射特性的前方道路附着系数估计方法研究

路面附着系数是影响自动驾驶系统决策控制策略的重要因素。为实现对道路附着系数前瞻性的高精度感知,本文基于车载激光雷达设计了一种新的路面附着系数估计方法。首先采集了干燥柏油路面、混凝土路面、湿滑柏油路面、结冰路面和积雪路面构建道路数据集;基于使用布料模拟滤波和RANSAC算法进行了道路点云提取、基于高斯滤波去除反射率异常噪点;根据点云反射率随距离和入射角变化的规律将路面划分为不同区域分别提取特征;基于深度神经网络构建了道路识别模型,并基于采集数据集进行了训练,最后基于路面材质和峰值附着系数的统计经验确定了前方道路的附着系数。测试结果表明,本文提出的算法道路类型辨识精度超过99.3%,算法平均运行周期55ms,可实现实时高精度的路面峰值附着系数估计。

2016-2021年北京足尺路面环道中心站沥青路面服役性能观测数据集

全寿命周期内沥青路面服役性能观测,对于路面设计和养护决策具有重要意义。为获取沥青路面全寿命周期内的服役性能长期演化数据,本研究基于北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站的中心站——足尺路面加速加载试验环道(简称北京足尺路面环道中心站),开展沥青路面加速加载试验,获取各类路面结构全寿命周期内的车辙深度、结构弯沉、平整度、抗滑性能等长期演化数据,覆盖了2016-2021年间足尺路面环道19种沥青路面结构在6000万次当量设计轴载累计作用次数下的试验结果,通过数据采集设备的定期检定或校准、增加每次数据采集的平行试验次数、控制相邻检测周期服役性能变化幅度等方法保证数据质量。本数据集可用于分析沥青路面全寿命周期内各类服役性能的长期演化现象及影响因素、揭示性能衰变机理,为建立各类服役性能的预估模型和设计模型提供基础数据支撑。

高填方路堤滑坡成因分析及防护对策

以某高速公路互通匝道高填方路堤边坡失稳为例,综合考虑填方区原始地形地貌、地层岩性及施工工艺对路堤边坡稳定性的影响,分析了土−岩二元结构填方边坡的变形特征和破坏机理,认为岩土界面可能为填方边坡的最薄弱层面而非填筑界面。同时,根据滑坡成因分析和稳定性评价结果,借助ABAQUS有限元分析软件对填方边坡的破坏机理做了进一步验证,并对抗滑桩支挡结构的受力状态进行了数值分析。分析可知,滑坡滑面主要在岩土界面处,滑面形态呈折线状;通过开挖台阶、设置宽平台和抗滑桩支挡可有效抑制路堤边坡变形,同时应加强排水;在抗滑桩支挡作用下,高填方路堤边坡潜在滑动面表现为由深层向浅层的演化破坏;滑动面以上桩身应力逐渐减小,在滑面处形成“三角状”高应力区,滑动面以下桩−土接触段桩身应力主要集中在桩前;桩身主要受弯段在潜在滑面以下;桩身主要受推力部位在滑面以上桩长1/5~1/3处,而主要抗力部位在滑面以下桩前部分。

基于离散元法的水泥稳定碎石微裂细观机理研究

为探究水泥稳定碎石微裂细观演化机理,构建了细观非均质水泥稳定碎石数值模型,结合室内无侧限抗压强度试验和单轴压缩数值试验反演出模型细观参数,引入微裂隙网络研究不同裂隙参数对微裂程度的影响,分析不同裂隙数目下系统能量演化规律。结果表明:数值模拟与室内试验结果基本吻合,构建的水泥稳定碎石离散元模型可较为准确地表征材料细观破坏特征;微裂损伤是二次振动加载后裂隙宽度增大和裂隙数目增多共同作用的结果,裂隙密度对水泥稳定碎石微裂程度起决定性作用;裂隙密度增加,材料储存弹性应变能的能力减弱,峰值点水泥稳定碎石材料的输入总能量降低。验证了早期微裂对于降低收缩应力的积极作用,揭示了水泥稳定碎石材料微裂力学特征和细观机理。

硅烷改性钛石膏沥青胶浆性能研究

为降低钛石膏堆积带来的环境问题,同时缓解道路材料短缺现状,采用钛石膏和硅烷偶联剂处理后的钛石膏部分或全部代替石灰岩矿粉,研究钛石膏和改性钛石膏对沥青胶浆常规性能和流变性能的影响。首先通过激光粒度仪和扫描电子显微镜分析钛石膏、改性钛石膏和石灰岩矿粉的粒度分布情况及微观形貌。然后制备不同钛石膏和改性钛石膏掺量的沥青胶浆,采用常规试验方法、温度扫描试验、频率扫描试验、多重应力蠕变恢复(mutiple stress creep recovery,MSCR)试验、线性振幅扫描(linear amplitude sweep,LAS)试验和弯曲梁流变(bending beam rheometer,BBR)试验测试沥青胶浆的三大指标(针入度、延度和软化点)、高温流变性能、抗疲劳性能和低温流变性能。结果表明,钛石膏和改性钛石膏的粒度范围更广,表面更为粗糙;钛石膏和改性钛石膏的加入降低了沥青胶浆的延度、针入度、不可恢复蠕变柔量(Jnr)、疲劳寿命(N_(f))、蠕变速率(m)和相位角(δ),软化点、复数模量(G^(*))、弹性恢复率(R)和蠕变劲度模量(S)有所提高,即高温性能有所提高,低温性能和疲劳性能有所下降。相同温度下,改性钛石膏的高温性能和弹性恢复指标要优于钛石膏,低温性能有所降低。研究证实使用钛石膏进行沥青混合料生产的可行性,为钛石膏的资源化利用开拓方向。

多源固废协同制备土壤固化剂及固化机理

为实现冶金固废材料的高值化、规模化利用,采用冶金固废材料(高炉矿渣、粉煤灰、电石渣、石膏)协同制备土壤固化剂,通过正交配比优化试验研究不同固废材料对固化土力学性能的影响并获取最优的参数配方。系统研究固废基固化剂(SWC)固化土的力学性能(无侧限抗压强度、劈裂强度、延迟成型)和耐候性能(水稳定性、冻融循环),并与PO 42.5硅酸盐水泥(OPC)进行对比。结果表明,电石渣对固化剂体系起到重要作用,合理的石膏掺量对强度增长有积极作用;固化土的强度随SWC掺量和养护龄期的增加而增大,4%掺量下的固化土7 d无侧限抗压强度大于1 MPa,劈裂强度与OPC固化土基本相当;SWC固化土表现出更久的施工容许延迟时间,拌和后12 h内强度无下降趋势;掺量大于5%时水稳定系数大于90%,同掺量下抗冻系数与水泥相比提高3%~5%,具备良好的水稳定性与抗冻性;X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,SWC固化土在水化过程中会生成膨胀性水化产物钙矾石(AFt)和硅酸钙(C-S-H),钙矾石晶体对改善固化土的劈裂强度和抵抗开裂变形能力提高作用显著。

2017-2021年北京足尺路面环道中心站沥青路面结构内部温度场监测数据集

温度是表征路面结构服役行为的重要参量,沥青路面的各类服役性能指标都与路面结构的温度状态密切相关,沥青路面结构内部温度场分布及变化规律具有重要的研究价值。本数据集包含北京足尺路面试验环道19种主沥青路面结构内部不同层位温度观测数据,温度数据采用埋设于路面各个结构层层底的温度传感器进行实时监测,并通过专用采集器采集后传输至数据中心进行存储,存储的信息包括数据采集时间、温度、传感器编号和位置。所采集的数据由专人定期下载和处理分析,以保证数据的完整和准确。本数据集可为沥青路面结构温度场的研究、沥青路面使用性能评价及沥青路面设计模型建立提供基础数据。

2017-2018年北京足尺环道中心站沥青路面力学响应观测数据集

结构力学响应数据是道路服役性能的重要指标,能够有效反映道路结构内部状态。对道路工程领域有着十分重要的研究意义,特别是连续稳定的长期实车加载响应数据更是国内外常规研究手段难以获得的高价值数据。本数据集包含北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站足尺路面环道中心站半刚性结构路段2017年至2018年的连续实车加载响应数据。本数据集由专用设备采集,通过抽检、冗余存储等手段确保数据质量,并且从采集、整理和存储均有专人负责。可为沥青路面结构的力学计算、沥青路面使用性能评价及沥青路面设计模型建立提供基础数据。

基于ANSYS的沥青混凝土路面的自感知性能研究

文章提出了一种基于ANSYS的道路裂缝感知方法,在道路垫层上部添加自感知材料,将自感知材料建立四个测点中,将测点沿路宽方向通电,再对模型进行分析,研究荷载大小、裂缝深度,记录三种情况下四个测点的电阻率变化情况,将采集到的数据进行分析,可以标注道路裂缝的所在位置。可用于道路安全检测试验中。