冰劈效应对沥青路面表面裂缝的影响性分析

为研究冻融交替季节冰劈效应对沥青混凝土路面表面裂缝扩展的作用,基于断裂力学方法,采用ABAQUS有限元分析软件建立了路面结构模型,分别研究了路表裂缝在冰劈效应、温缩效应及二者结合作用下的应力强度因子随缝隙内积水深度、裂缝宽度以及裂缝长度等影响因素的变化规律及其相互之间的Pearson相关系数。研究结果表明:冰劈效应下,裂缝内少量积水便能够导致较大的应力强度因子,并且应力强度因子随着积水深度的增加而增长,但增长幅度逐渐放缓;同时较大的裂缝宽度能够导致裂缝更快的扩展,而裂缝长度对应力强度因子影响十分微弱;在冰劈与温缩的联合作用下,应力强度因子与冰劈效应作用下的应力强度因子的Pearson相关系数达到0.99以上,而由温缩效应所导致的应力强度因子相对于冰劈效应并不明显。因此在工程实践中,必须尽快修复路表裂缝,避免其在冻融交替季节受到冰劈效应的危害,从而保护路面的正常使用状况,延长路面使用寿命。

冰劈效应对沥青路面表面裂纹的影响研究

为得到路表凝冰对沥青路面表面裂纹的影响,采用断裂力学及温度场理论计算了温度场作用下、冰劈和温度场同时作用下沥青路面Top-Down裂缝尖端应力场分布。结果表明:Top-Down裂尖应力强度因子随温度变化显著,裂尖张开型应力强度因子约为滑开型应力强度因子的4.4倍,裂纹在温度作用下以张开型开裂为主,Top-Down开裂主要是温度梯度的作用,温度梯度越大,开裂趋势越明显;考虑冰劈效应后,张开型应力强度因子最大值为154.7 k Pa*m1/2,滑开型应力强度因子最大值为85.1 k Pa*m1/2,应力场强度分别较温度单独作用下提高了36.5%和230%,路表凝冰对Top-Down裂纹扩展贡献相当。

考虑冰劈效应的裂缝应力强度因子分析

根据热弹性理论将冰劈效应转化为冰劈荷载,并基于扩展有限元方法(XFEM),采用ABAQUS有限元分析软件建立半无限板模型,求解裂缝在冰劈效应下的应力强度因子,同时通过公式计算其应力强度因子的理论解,将两者进行了对比分析,采用不同的积分区域因子rk,通过J积分算法求解不同深度裂缝应力强度因子,得到rk取值范围,通过调整网格加密系数,研究了裂缝区域网格加密对于应力强度因子的影响。

路表凝冰对Top-Down裂纹开裂特征的断裂力学分析

计算了典型温度作用下、路表凝冰冰劈效应和温度循环同时作用下Top-Down初始裂纹尖端应力场变化,结果表明路表凝冰对Top-Down裂纹扩展影响显著;冰劈和温度共同作用下Top-Down裂纹尖端当量应力强度因子Ke为温度单独作用下的1.8倍,凝冰与温度对路表裂纹扩展贡献相当。

冻融风化边坡岩体破坏机理研究

高寒山区岩质边坡冻融风化破坏严重影响公路建设及其运行安全。为了揭示岩体在冻融条件下的破坏机理,本文通过对高寒山区岩质边坡现场调查、编录,结合室内试验及数值模拟等,从不同尺度下综合分析岩体的冻融破坏机理。室内试验显示岩块受冻融后存在强度弱化现象,其受控于岩块的结构构造、胶结程度及初始损伤裂隙发育情况;冻融试验揭示岩体裂隙发育特征对冻胀变形性质起决定作用,裂隙的冻融破坏速率远大于岩块,密闭条件下,裂隙水冻结成冰过程中形成冰劈效应,冻胀力可达33MPa以上;数值分析揭示了边坡温度场受低温、大温差影响最为明显,裂隙带受冻融影响严重,其为边坡冻融风化的通道,裂隙水冻胀形成冰劈是边坡冻融风化破坏的主要模式。

冻融作用对不同级配沥青路面表面裂缝的扩展影响

基于线弹性断裂力学相关理论,采用有限元软件,建立了含裂缝的沥青路面二维有限元模型,研究了冰劈效应下不同裂缝宽度、深度、长度对应力强度因子的影响,结果表明:应力强度因子随裂缝宽度的增大先增加后降低,随着裂缝深度的增加先增加后逐渐变缓,随裂缝长度的增加而缓慢增加。