移动交通荷载下饱和沥青路面的水力耦合分析

为了解沥青路面的水损害机理,基于Biot动力固结理论,建立了移动交通荷载下"面层-基层-路基"三层体系的物理模型和水力耦合动力控制方程.利用Fourier级数展开、Fourier变换等方法获得了各路面结构层中各物理场分布的半解析解和数值解.经过对比分析干燥路面和饱和路面面层中的应力分布和孔隙水压力分布、路面面层底部排水条件对路面动力响应的影响以及路面剪切模量对孔隙水压力分布的影响,发现:相对于干燥弹性的沥青路面,饱和沥青路面在移动交通荷载的作用下会产生较高的拉应力,形成更大的拉应力区;完全排水边界会显著影响高渗透性路面内的孔隙水压力和孔隙水流速的分布和大小,但是对于低渗透性的路面而言,完全排水边界对孔隙水压力和孔隙水流速的分布和大小影响较弱,只在接近于面层底部的小区域范围内影响显著;最大孔隙水压力随着面层剪切模量的增大而有所降低;排水和不排水边界条件下的最大孔隙水压力都随着基层剪切模量的降低而有所增大.

移动荷载作用下长大纵坡饱和沥青路面的水力耦合分析

为了解长大纵坡饱和沥青路面的水损害机理,基于Biot固结理论和多雨地区长大纵坡的特点,建立了在移动荷载作用下长大纵坡饱和沥青路面"面层-基层-路基"二维三层体系水力耦合模型和水力耦合控制方程,在面层底部为完全排水边界条件下全面系统地分析了车辆荷载、荷载移动速度和纵坡坡度对面层中正应力、孔隙水压力、剪应力和面层位移等物理量分布的影响,为长大纵坡沥青路面结构设计提供理论基础和参考。结果表明:车辆荷载和荷载移动速度对面层中正应力、孔隙水压力、剪应力和面层位移产生显著影响,而纵坡坡度对面层中正应力、孔隙水压力、剪应力和面层位移几乎不产生影响。

离析区域对饱和沥青路面孔隙水压力的影响

离析是路面施工完成后出现的病害,工程上大多都会使用路面出现的离析种类及数量评价路面质量,忽略了不同种类离析区相邻情况下饱和路面发生水损害的不同。利用有限元软件abaqus对饱和路面在动荷载加载下孔隙水压力的变化进行研究,并在同一面层引入不同的空隙率及渗透系数,使模型更贴近路面实际情况。结果表明,相较于完全的重度和中度粗离析、重度粗离析和非离析交界处等情况,中度粗离析与非离析交界处在动力荷载作用下的孔隙水压力的变化幅值最大。孔隙水压力到达最大值最快的是完全重度粗离析的饱和路面,最慢的是中度粗离析和非离析交界处的饱和路面。以潮惠高速公路沥青路面K67至K83标段检测空隙率为例,分析不同离析区相邻情况下,离析病害可能的发展情况。

饱和沥青路面动力流固耦合响应特性分析

依托某典型高速公路饱和沥青路面,建立移动荷载下路面系统计算模型,考察行车速度、渗透系数、排水边界、模量等因素对水力响应的影响,分析饱和沥青路面水力损伤机制。结果表明:车辆荷载加载和卸载过程中饱和沥青路面动孔压表现为增长和消散发展模式,产生挤压和泵吸作用,孔隙水渗流过程中对面层产生循环拖拽和冲刷作用,在沥青面层深度0.05 m范围内容易出现水力损伤。动荷载产生的惯性作用、动孔压梯度形成渗流力产生的挤压和泵吸作用,以及孔隙水在流动过程中产生的拖拽和冲刷作用,是沥青路面产生水力损伤的内在机理。

水-应力耦合作用下沥青路面的力学响应

为研究沥青路面水损害的机理,基于弹塑性理论,应用FLAC3D程序进行建模,分析饱和沥青路面在瞬时汽车荷载作用下的力学响应情况。结果表明:将饱和沥青混凝土路面面层厚度作为控制变量时,路面受到的水平应力、竖向应力、剪切应力随瞬时荷载的增大而增大;水平应力最大值主要集中在碎石层与LSPM的交界面处,竖向应力和剪切应力分布在饱和沥青混凝土面层内;变形从沥青路表面到土基层呈线性减小。