考虑养生期水化热影响的高海拔地区水泥稳定碎石层温度分布研究

为了揭示高海拔地区水泥稳定碎石层养生期温度分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了基于水化热的水泥稳定碎石层养生期三维非稳态计算模型,分析了日最低气温、日温差、太阳辐射总量、风速、水泥稳定碎石厚度及水泥剂量等因素对水泥稳定碎石层养生期温度场分布的影响及其敏感性。分析表明:随着日最低气温、日温差、日太阳辐射总量及水泥剂量的增大,水泥稳定碎石层表面及层中温度逐渐提高;随着风速的增大,水泥稳定碎石层表面及层中温度逐渐降低;水泥稳定碎石层表面最低温度的关键影响因素为风速,层中最低温度的关键影响因素为水泥稳定碎石厚度。

断级配水泥稳定碎石基层设计

文中分析了形成干涉的级配粒径范围,并以最小振实矿料间隙率VCA和最大CBR值为优化指标,获得了骨架结构粗集料级配组成。根据胶砂填充设计思想对细集料级配及水泥胶凝材料组成进行体积法设计,试验结果表明,与普通水泥稳定级配碎石基层相比,设计的断级配水泥稳定碎石基层抗压强度和弯拉强度均有提升。

开级配沥青稳定碎石柔性基层施工技术研究

为研究开级配沥青稳定碎石基层路用性能及应用效果,解决多雨重载地区道路出现基层反射裂缝等病害,论文对原材料相应技术性质进行测试后,对ATPB混合料进行级配设计;通过进行析漏试验和飞散试验确定沥青用量范围为2.1%~3.3%;采用5组不同油石比进行马歇尔试验,确定其最佳沥青用量为2.9%;最后对开级配沥青稳定碎石基层施工工艺进行研究,提高公路施工效率和质量。

级配碎石混合料的动力变形特性

采用在古典 C.B.R法的基础上 ,施加动荷载的简化试验方法 ,分析级配碎石混合料的动力变形特性 ,可用永久变形、弹性模量双指标指导混合料的组成设计 ,而合理的级配碎石基层材料组成 ,应考虑到材料与振动碾压工艺的相互作用。

级配碎石基层的设计参数研究

在我国沥青路面设计规范中提供了级配碎石的设计参数,由于该参数是低等级道路和生产工艺的总结,取值较低,制约了我国路面结构的多样化发展。通过对典型路面结构的应力分析,总结了含级配碎石基层沥青路面的特点;采用三轴试验、循环加载试验和4个省区的试验路对处于各个层位的级配碎石的弹性模量进行了大量研究,通过对大量数据的分析总结,推荐出了与石料的生产和施工工艺相匹配的各层位的设计参数取值范围,并于国外的方法进行的对比。

基于多参数的级配碎石力学性能预估模型

为了明确级配碎石的力学性能，采用密度试验、空隙率试验、加州承载比（CBR）试验、动三轴试验研究级配类型和成型方式对级配碎石力学性能的影响规律，并建立了力学性能的多参数预估模型。结果表明：①击实成型的最大干密度为振动成型的1.03~1.07倍。②连续型级配碎石的 CBR 值在振动成型下为击实成型的1.51倍，回弹模量为1.08倍；回弹模量与 CBR 值呈幂函数，与最大干密度和空隙率的乘积成正比。③间断型级配碎石的 CBR 值在击实成型下为振动成型的1.49倍，回弹模量为1.05倍；回弹模量与 CBR 值呈幂函数，与最大干密度和空隙率的乘积成反比。④骨架结构是决定级配碎石力学性能的第一因素。研究结果为级配碎石力学性能的预测提供理论依据，为配合比设计和确定施工工艺提供试验支撑。

成型方法对级配碎石混合料抗剪性能的影响

研究振动和击实成型方法对级配碎石基层材料的应力应变特性和抗剪性能的影响,并分析强度差别产生的原因;试验中应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响。试验表明,振动成型级配碎石的峰值应力、残余强度和初始模量较击实成型分别提高了22%、20%和90%,破坏应变有所降低,下降的幅度为10%;对强度参数来讲,内摩擦角φ提高2°,振动成型法的粘聚力C比击实法的提高了38%;振动成型试样的抗剪强度比击实的提高20%;振动成型试样的颗粒定向作用明显优于击实成型,使其抗剪强度高于击实成型试样。因此,在工程中要加强级配碎石的振动碾压,以提高级配碎石的抗剪强度潜能。

基于最大抗剪强度的碎石配比研究

通过级配碎石的级配理论,提出基于最大抗剪强度的级配设计方法,并应用自制的组装式大型直剪仪,对设计的级配进行抗剪强度试验,同时分析了抗剪强度与碎石配比和密实度的关系,并与规范给出的设计级配进行对比。对试验结果进行分析,得出自行设计的级配能使集料的性能得到更好的发挥。可以补充、完善现行规范中级配碎石的范围,便于设计和施工控制,提高级配碎石使用性能。

级配碎石混合料及其基层的抗剪性能

为了研究级配碎石基层在路面结构中能否发生剪切破坏,对级配碎石基层材料抗剪强度及在路面结构中的剪应力进行了对比研究;应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响,采用有限元分析典型路面结构在标准荷载作用下剪应力的大小,明确级配碎石基层发生剪切破坏的可能性;三轴试验表明振动成型级配碎石过渡层的抗剪强度为0.17 MPa,击实成型的为0.14 MPa,振动成型试样比击实的抗剪强度提高20%;剪应力分析表明：水平荷载在级配碎石基层中产生的最大剪应力在0.04-0.05 MPa;级配碎石的抗剪强度是最大结构剪应力的3.5倍,级配碎石基层在高等级沥青路面结构中产生剪切破坏的可能性很小.

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。

低剂量水泥稳定碎石混合料收缩性能试验

针对半刚性基层沥青路面裂缝问题,采用理论分析和试验的方法,从提高半刚性基层材料抗裂角度出发,由集料级配组成和结合料剂量两个方面入手,研究低水泥剂量稳定级配碎石基层的抗裂性能.结果表明,不同龄期的收缩系数均呈现明显规律性,混合料的干缩系数和温缩系数都随着水泥掺量的增大而增大;同时骨架型级配的混合料收缩应变小于连续型级配的.研究结论能有效地指导道路施工,减少半刚性基层沥青路面裂缝的产生.

含水量对级配碎石基层动态力学性能的影响

采用改进型动三轴仪研究了含水量对级配碎石排水基层动态力学性能的影响。建立了回弹模型以表征级配碎石排水基层在重复荷载作用下的动态力学特性．结果表明：动三轴试验较好地模拟了级配碎石排水基层的实际受力状态；Uzan模型考虑了材料的剪切性能。k-θ模型更好地反映了级配碎石的非线性材料属性；含水量对回弹模型中级配碎石排水基层回归系数的影响规律不同．进而影响其动态回弹模量。当含水量比最佳含水量稍低时级配碎石排水基层回弹模量较大，其动态回弹模量随含水量增加而逐渐减小；为了提高级配碎石排水基层的密实性，应严格控制施工级配和含水量。小于0．075mm的粉尘含量宜控制在5％～7％之间．

连续级配的级配碎石材料试验研究

传统概念认为,n=0 4～0 5的连续级配具有最大的密实度。本文对连续级配的级配碎石细集料和级配碎石混合料进行系统的室内试验研究,并相应地对试件进行击实成型与振动成型的比较研究,论证了当前现场碾压设备由清一色的光轮压路机发展为以振动压路机为主以后,以最大密实度为理论基础制定规范级配的最佳n值,并非固定为0 4～0 5。而一系列的测定数据表明:级配碎石基层材料的路用性能可以提高,它是材料与压实工艺相互作用的结果。

级配碎石结构层配合比组成设计方法的研究

分析了现行规范中关于级配碎石材料组成设计及技术指标方面存在的问题,并根据级配碎石的损坏特点以及用于不同的路面结构层的力学分析,提出了以CBR值及抗剪强度为强度设计指标的配合比设计方法,同时提出了建议的设计步骤以及设计工程实例。

风积沙掺量对水泥稳定级配碎石力学性能与耐久性的影响

为了探讨风积沙替代细集料用于水泥稳定级配碎石基层的可行性,基于室内力学性能试验、干温缩变形试验、动水冲刷试验、间接拉伸疲劳试验和试验段跟踪检测,验证了不同风积沙掺量下水泥稳定级配碎石基层的力学强度、变形特性和耐久性能。结果表明,掺加风积沙对水泥稳定级配碎石混合料力学性能(无侧限抗压强度、劈裂强度、弯拉强度、单轴压缩模量)、变形特性(温缩变形、干缩变形)、水稳定性和耐久性有显著劣化影响,风积沙掺量越大,其对水泥稳定级配碎石混合料性能的劣化影响程度越严重,综合考虑水泥稳定级配碎石混合料的温缩性能、干缩性能和抗冲刷性能及疲劳耐久性,推荐最大风积沙掺量为6%。工程实践表明,将6%风积沙等质量替代细集料应用于水泥稳定级配碎石基层是可行的。研究成果对修筑风积沙水泥稳定级配碎石基层有一定参考价值和指导意义。

重载铁路基床表层级配碎石渗透特性试验研究

重载铁路基床表层级配碎石渗透系数的快速、精确测定,对工程施工质量及工期的保证具有重要意义。基于达西定律研制适用于级配碎石的大型常水头渗透试验装置,并利用该装置考虑边壁效应进行一系列渗透试验,探究试样孔隙比e、不均匀系数Cu及特征粒径参数对其渗透系数K20的影响程度及规律。结合试验数据,以太沙基模型为基础,建立同时考虑孔隙及级配特征参数的渗透系数改进计算模型,并通过试验验证其精确性。结果表明:级配碎石的K20与其e2、平均粒径平方d502呈线性关系,与Cu呈负指数关系;d50对K20的影响权重最大,Cu次之,e最小;提出的计算模型具有较高准确性,可为新建重载铁路基床表层施工中填料渗透系数的快速测定及运营路基基床的渗透稳定性评估提供参考。

考虑加载速率的级配碎石三轴压缩强度特性

利用三轴试验进行碎石基层的力学性能研究,探讨加载速率对碎石基层静力学性质的影响,分析不同加载速率对级配碎石弹性模量、峰值强度及残余强度的影响,建立加载速率与弹性模量、峰值强度及残余强度之间的定量关系描述方程。研究结果表明:级配碎石的弹性模量、峰值强度以及残余强度均随加载速率的增大而增大;函数11bE=a v能够较好地描述弹性模量E与加载速率v之间的关系;峰值强度、残余强度与加载速率符合线性关系。

重载铁路基床污染级配碎石临界动应力及动强度特性研究

重载铁路基床表层级配碎石受细粒土侵入污染后服役性将大幅劣化,掌握循环荷载下污染级配碎石临界动应力及动强度的演变特征,对揭示路基病害的产生机理至关重要。首先,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平条件下的大型动三轴试验,探究细粒含量、围压及动应力幅值对试样累积塑性应变及临界动应力的耦合影响机制。然后,基于塑性安定理论,对试样在不同条件下的变形行为进行划分,并进一步建立考虑围压及细粒含量参数的塑性蠕变状态临界动应力计算模型。最后,分析细粒含量及围压对动强度的影响规律,并通过归一化方法建立了静、动强度间的计算模型。研究成果可为基于强度控制原则的重载铁路新型路基结构设计提供参考。

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力的影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常被设置在隧道路面下以排出基岩渗水．文中利用动三轴试验模拟了基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响，建立了动态回弹模型以表征其力学特性，并采用非线性有限元法分析了路面受力．结果表明：动三轴试验可较好地模拟级配碎石层的实际受力状态；Uzan模型考虑了材料的剪切性能，更能反映级配碎石在隧道路面中的应力状态；随含水量的变化，Uzan模型中回归系数的变化呈明显的非线性特征，进而显著影响级配碎石动态回弹模量的变化；级配碎石模量越大，路面底的最大拉应力变化率越小；为了兼顾级配碎石层的排水渗透功能和改善路面受力状态，应严格控制级配，特别是粒径0．075mm以下的含量宜控制在5％～7％，级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间．

具有柔性基层的半刚性沥青路面三维模型计算

根据实验资料,充分考虑级配碎石层的材料性质,建立了具有级配碎石基层的半刚性沥青路面结构的三维计算模型。分析表明:塑性突出的级配碎石层能优先于沥青面层和半刚性基层吸收路面结构在荷载作用下产生的应变能,从而提高了结构的抗裂及抗疲劳性能;级配碎石层能显著改善路面结构的力学性质,合理的设计能改善路面的使用性能,延长其使用寿命。