沥青路面结构粒料层非线性行为研究

针对粒料非线性特性,利用有限元方法对沥青路面粒料层的结构行为进行研究。选取3种含粒料层的典型沥青路面结构(柔性粒料基层、半刚性基层+粒料层、粒料层+半刚性层的复合基层),并考虑2种沥青面层模量E(1 000 MPa和10 000 MPa),基于Uzan三参数应力依赖模型编制材料子程序,分别选用平均值法、中点值法、美国力学经验法(MEPDG—2015)、中国公路沥青路面设计规范法(D50—2017)、美国推荐值法和中国推荐值法选取粒料层的当量模量进行线性粒料层结构计算。考察粒料层的非线性模量分布特征,比较并分析不同当量模量取值方法的结构力学响应。研究结果表明:不同路面结构的路表弯沉及其参数存在显著差异,用单一标准验收不同路面结构的路表弯沉存在不合理之处;路表弯沉形状系数Fi与路面结构层刚度一致性较好,可用于结构层模量或损坏状况的初步评价;粒料层非线性模量受结构组合的影响显著,复合基层结构中粒料层的模量最高,分布范围最广,变化梯度最大;不同路面结构的结构响应对粒料层模量选取方法的敏感性不同,柔性路面结构对粒料层模量选取方法的敏感性最强,半刚性基层结构对粒料层模量选取方法的敏感性最弱;大部分现有的线性当量模量选取方法有低估路面结构损坏的风险,有必要寻求一种综合考虑材料非线性特性和结构组合影响的当量模量选取方法。

柔性路面粒料层的永久变形计算

基于重复动三轴试验结果,运用Kenlayer程序计算和1stopt统计分析软件进行非线性回归拟合,建立了一种在车辆重复轴载作用下的柔性路面粒料层永久变形量计算方法,并引入现场修正系数对室内永久变形量预估模型进行修正.结果表明,柔性路面粒料层的永久变形量可通过所提出的回归方程直接计算,并可将其用于中国沥青路面车辙预估.

水平导管内颗粒料层中的热渗透现象研究

本文针对水平导管内填充颗粒料层中的高温气体渗流现象，采用局部非平衡假设建立了多孔介质渗流传热物理数学模型并进行了数值计算。研究了不同情况下导管内填充多孔介质中的流速、气固温度和压力分布。计算结果表明，高温气体对导管内颗粒料层的热渗透作用主要是在渗流入口端区域，增大入口渗流速度以及减少给料量，导致气固温度沿轴向下降速度减慢，热渗透深度扩大, 热渗透作用区域内的物料温度水平提高。在热渗透作用区域，孔隙率对流场和压力损失有很大的影响。研究结果对于移动颗粒床反应器和输送机的设计与运行具有一定的参考作用。

基于承载板试验的粒料层非线性弹性参数反算方法

提出了一种基于现场承载板试验的粒料层非线性弹性参数的反算方法,即根据路面粒料层表面上承载板试验时逐级加载测试的弯沉,应用非线弹性有限元方法和改进的非线性最小二乘法反算粒料层的非线性弹性模型参数,并针对反算过程中的缺陷提出了修正方法.在此基础上研制了粒料层非线性弹性参数反算软件,并将粒料层非线性计算的理论弯沉与现场承载板试验的实测弯沉进行对比,论证了所提反算方法的合理可行性.

考虑非线性依赖特性的沥青路面粒料层应力分析

考虑粒料材料的非线性依赖特性,对沥青路面柔性级配碎石层的竖向应力分布进行研究。突出分析了路表深度、级配碎石层厚度及模量、沥青面层厚度及模量、土基强度及超载因素对粒料层竖向应力的影响,分析结果显示各因素对粒料层顶面竖向应力分布均有较大影响,相关结论可为柔性路面结构设计提供有益参考。

粒料层当量模量求解新方法——以粒料基层沥青路面为例

为了给沥青路面合理设计提供参考,围绕粒料的非线性特性对粒料层当量模量展开研究。基于Uzan三参数模型编制材料子程序,并引入Cary&Zapata模型对粒料回弹模量进行湿度调整;利用有限元方法开展不同温湿度组合下的沥青路面非线性结构计算;自主开发迭代反演算法,提出基于关键结构响应(沥青层底最大拉应变等效)的粒料层当量模量求解新方法,并结合当前基于路表弯沉的结构层反算模量进行比较分析。结果表明:①由于粒料的非线性,路表弯沉等效并不意味着内部关键结构响应等效,采用基于路表弯沉的线弹性模量反算体系对具有明显非线性的粒料层模量进行求解,存在不合理性;②自主开发的基于关键结构响应等效的粒料层当量模量求解方法快速稳定,沥青面层底部最大拉应变的相对误差可控制在1%之内;③以层状弹性体系为理论基础的沥青路面设计方法忽略了粒料层的非线性,造成荷载传力路径与真实情况存在偏差,使得实际弯沉(非线性)大于计算弯沉(线弹性),从理论上论证了中国当前“柔性基层沥青路面弯沉验收难以通过”的现实困境;④基于关键结构响应的当量模量与当前基于路表弯沉的反算模量之间存在良好的相关性,提出了二者的转换模型Eeq=a*E^(b),后续将进一步探讨2种模量之间的协调与统一。研究可为完善沥青路面设计理论与粒料的推广应用提供参考。