基于路基改良设计的土体承载特征及路面结构力学响应研究

为研究路基改良设计下路基土体承载力学及水泥混凝土路面结构层力学响应特征,文章采用了力学试验及动力响应计算方法,分析了改良剂掺量和改良深度对路基、路面结构层的影响。研究表明,围压作用对改良土试样应变的影响效应大于改良剂掺量,需着重考虑围压作用对应变的影响。

基于宕渣路基的沥青路面结构力学性能研究

为研究宕渣路基对沥青路面结构层力学性能的影响,开展了不同试验条件的宕渣土石混合料循环压缩试验。基于弹性层状体系理论,选用合适的材料参数,通过ABAQUS软件建立典型的路面结构,分析了宕渣路基回弹模量(E0)对路基顶面压应变(εC)、路表弯沉(Ls)、水稳基层厚度、层底拉应力(σt)的影响,以及E0对超载作用下路面结构力学性能的影响。结果表明:含水率(w)对级配2的E0的影响最小,建议采用级配2的宕渣土石混合料作为路基填筑材料,工程建议值为其平均值244MPa。二次函数能较好地刻画w与E0之间的关系;宕渣填筑路基可以显著提高E0,改善路面结构的力学性能,Ls、σt、εC随着E0的上升而逐渐下降;对数函数可以很好地刻画基层厚度与σt之间的关系。通过增加路基回弹模量可以适当缩减水稳基层厚度,减薄厚度的宕渣路基路面结构力学性能仍然优于普通路基沥青路面结构;通过增加路基回弹模量可以改善超载作用下路面结构的力学性能,宕渣填筑路基后Ls、σt(面层)、σt(底基层)、εC的减幅范围分别为23.31%~38.80%、4.99%~11.14%、20.70%~47.69%、32.40%~59.16%。

路面对路基强度及不均匀沉降的力学响应研究

路基强度和不均匀沉降对路面结构附加应力影响显著,是影响路面结构服役性能和使用寿命的重要因素,工程建设中,路面铺筑条件对路基沉降提出了要求。针对雄安新区高速公路长寿命路面结构形式,采用有限元数值模拟手段,定量和定性地分析了路基强度和路基不均沉降对路面结构附加应力的影响。研究结果表明:底基层层底受最大拉应力,路面表层受最大压应力,且均随着路基差异沉降的增加持续增大;当差异沉降范围内曲线过渡时,差异沉降率标准不具备普适性,在差异沉降率一定条件下,层底拉应力随着差异沉降范围的增加而逐渐减缓趋稳;路基路面接触模式对路面结构受力影响显著,当路基路面完全黏结接触时,路面结构底基层附加拉应力随路基模量的增加而增大,当路基路面完全光滑接触时,路面结构底基层附加拉应力不受路基模量的影响;路基路面完全黏结接触和路基路面完全光滑接触构建了路面结构受力分析的上、下限,根据现场路基模量、差异沉降范围和路面材料强度参数,提出可引起路面结构底基层层底拉裂的差异沉降率理论范围为0.29%~0.38%。该研究成果能够为提出满足高质量建设要求的路基强度标准和路基不均匀沉降标准提供理论依据。

非均布轮载作用下沥青路面应力分析

轮胎对路面作用的荷载模式长期以来被简化为圆形均布的形式 ,与实际情况有很大区别 .为此 ,采用三维2 0结点线弹性有限元方法得到了三种非均匀轮载作用下沥青路面内部的应力场 ,并分析了不同轮载模式下 ,在轮胎与路面接触区域附近 ,路面结构力学反应的不同规律 .同时 ,根据超载轮胎接地压力的实际分布形式 ,分析了车辆超载对路面的影响 .

考虑温湿度作用的粒料基层沥青路面结构非线性力学行为

为了研究温湿度作用下道路结构非线性力学行为,基于长期性能观测构建粒料基层沥青路面的温湿度组合,建立综合考虑应力和湿度影响的粒料非线性回弹模量模型,考察2个沥青层厚度和2个荷载水平,利用有限元开展沥青路面粒料层和土基非线性结构力学行为分析,基于Miner’s损伤法则,计算基于沥青层底拉应变和土基顶部压应变的疲劳寿命。研究结果表明:采用考虑湿度调整的Uzan三参数模型能够较好地表征在役沥青路面粒料层和土基的非线性力学行为;非线性路面结构分析与现有线弹性路面结构计算相比,沥青层底拉应变和土基顶部压应变大小及其对温湿度变化的敏感程度均存在显著差异,结构寿命也相差较大,温湿度对道路结构力学行为的影响不容忽视;增加荷载和减小沥青面层厚度均会增加沥青路面结构响应、降低使用寿命,但是二者的影响机理不同;粒料应力硬化特性能在一定程度上缓解高应力水平下的沥青层底受拉。