沙漠区横向隆起路面力学响应数值分析

阿拉善沙漠区沥青混凝土路面因路基硫酸盐盐渍化发生横向隆起病害。根据病害实体特征,利用Abaqus软件建立了路面横向隆起病害3D模型,分析了路面结构层厚度、弹性模量、路基盐胀作用等影响因素下路面结构的力学响应规律,路面结构受力对上述影响因素的参数敏感性及各因素共同作用下路面结构受力的最优及最不利组合。结果表明:路面隆起段中间位置出现最大拉应力和压力,在盐胀作用区域出现较大的应力分布;路面结构力学响应因素中,面层厚度、面层和基层弹性模量对路面隆起病害实体的受力影响显然弱于基层厚度对隆起结构受力的影响;隆起病害实体受力主要受控于基层厚度;面层应力普遍小于基层应力,在面层和基层抗拉强度比较接近的条件下,路基盐胀作用首先导致基层拉裂破坏,然后再发生面层拉裂破坏,即基层要先于面层发生拉裂破坏;基层、面层较厚的路面结构,基层受到的拉应力较小,不易产生基层的拉裂破坏,而基层、面层较薄的路面结构,基层受到的拉应力较大,易于产生基层的拉裂破坏。为了防止沙漠区沥青混凝土路面盐胀引起横向隆起病害,可通过设计优化,科学合理地选择路面结构厚度和模量,有效降低横向隆起引起各结构层的拉应力,避免路面结构进一步引发其他病害。

沙漠区沥青混凝土路面横向隆起现象的力学分析

为了研究沙漠区半刚性基层沥青混凝土路面受赋存气候环境影响,由温度应力作用引起路面横向隆起的半刚性基层力学响应,采用弹性薄板理论与复合材料力学理论,依据病害成因将路面横向隆起病害实体抽象简化为由材料性能、厚度不同的两块各向同性单层板所构成的四边简支、承受路面结构层自重的整体式双层板结构,建立半刚性基层发生横向隆起病害的拱胀力学模型。分析了基层结构在路面结构层自重和纵向均布压力作用下的挠度微分方程,并推演了其失稳的临界荷载表达式。结合路面的实际情况,认为路面结构的临界荷载取为(N_x)_(cr)=4π~2D/b^2较为合理;之后利用复合材料力学理论和弹性薄板理论分析并推导了整体式双层板的抗弯刚度表达式及中性轴位置的确定方法。结果表明:在纵向均布压力N_x≥(N_x)_(cr),基层结构将发生失稳破坏。

硫酸盐盐渍化道路横向隆起的力学响应分析

针对沙漠区沥青混凝土道路因路基土硫酸盐盐渍化,土体膨胀所导致的路面横向隆起病害,为了研究病害不同发展阶段路面结构的受力特性及破坏形式,了解该类病害影响下路面结构所能承受的临界应力和破坏时隆起变形的临界挠度,以发生横向隆起病害的路面实体为研究对象,基于复合材料力学与弹性力学理论,结合病害实体基本特征及分布情况,将路面结构抽象简化为一层间接触良好、变形连续的整体式层状结构,构建了路面结构在路基盐胀作用及其自重影响下发生横向隆起病害的力学模型,推导了路面结构在路基盐胀作用及其自重影响下隆起变形的挠度方程。在此基础上,进一步求得了路面结构在上述作用下的应力、应变公式及整体式双层梁结构的刚度计算公式。之后,结合具体实例,分析了不同盐胀作用下,基层、面层的最大拉应力和挠度变化规律。根据路面结构参数与面层、基层的抗拉强度,通过所建力学模型中应力公式可判别在盐胀作用下路面结构基层、面层发生结构性破坏的时序。同时,对于既定参数的路面结构,利用模型中挠曲变形公式,可建立不发生由盐胀引起路面结构层结构性破坏所能承受的临界隆起高度和临界盐胀作用,有利于指导沥青混凝土道路盐渍化病害防治与路面结构组成设计。

水泥稳定碎石基层混合料的膨胀性分析

内蒙古阿拉善盟沙漠戈壁地区,年温差、日温差很大,不同等级的道路均出现了因水稳碎石基层膨胀引起的沥青路面横向隆起现象,严重影响道路的使用性能与行车安全。为分析影响水稳碎石基层膨胀的因素,基于该地区的气候和水文地质条件,设计了一系列的水稳碎石混合料涨缩试验。结果表明:影响膨胀性的主要因素为级配类型、水泥剂量和养生龄期,而硫酸盐含量对膨胀性基本没有影响;水稳碎石混合料是温度敏感性材料,当温度由10℃开始,升至40~50℃时,混合料的膨胀系数达到最大;当温度由上升变为下降时,产生的收缩总变形比膨胀总变形要大,因此在沙漠戈壁地区的水稳碎石基层沥青路面,不仅在升温过程中易产生路面隆起,在冬季也容易产生低温开裂。