【博士】水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面開裂機理及抗裂設(shè)計方法研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　我國高速公路事業(yè)發(fā)展迅速，截至2007年底，全國高速公路通車里程已達5．3萬公里，其中90％以上采用半剛性基層瀝青路面，水泥穩(wěn)定碎石基層則是半剛性基層結(jié)構(gòu)的主要類型之一。由于半剛性基層在溫度梯度和濕度變化下容易產(chǎn)生收縮開裂，車輛荷載和溫、濕條件循環(huán)地作用使得基層裂縫向上反射到瀝青面層，產(chǎn)生嚴重的反射裂縫問題，同時，瀝青面層在溫度和行車荷載綜合作用下也會產(chǎn)生表面裂縫，并隨著使用時間的增加逐漸往下層結(jié)構(gòu)中發(fā)展。工程實踐表明，水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的裂縫病害已成為該路面結(jié)構(gòu)的主要缺陷，所以有必要對基層收縮裂縫、反射裂縫和表面裂縫進行深入研究，掌握其形成和擴展機理，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)抗裂設(shè)計方法?！　”疚脑诓殚喆罅繃鴥?nèi)外相關(guān)文獻及研究成果的基礎(chǔ)上，利用有限元方法和相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論，對水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面不同類型裂縫的形成和擴展規(guī)律進行了系統(tǒng)分析。通過瀝青混合料蠕變試驗和數(shù)學(xué)方法確定了多種瀝青混合料的粘彈性參數(shù)，為下一步粘彈性有限元分析提供了準確的參數(shù)支持：通過水泥穩(wěn)定碎石混合料強度、收縮等性能試驗得到了基層材料參數(shù)，并基于試驗結(jié)果建立了相應(yīng)的收縮性能預(yù)估方程。根據(jù)試驗得到的面層和基層參數(shù)，結(jié)合單元類型、邊界條件、網(wǎng)格密度等因素對不同的有限元模型做了比選，確定了相應(yīng)的車輛荷載和溫度荷載分析模型；根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)，對無裂縫、含基層和表面裂縫結(jié)構(gòu)的溫度場進行了數(shù)值模擬，根據(jù)計算結(jié)果建立了路表溫度和溫差的預(yù)估模型，并對含裂縫結(jié)構(gòu)的溫度場進行了修正。　　采用彈性斷裂力學(xué)方法，建立不含裂縫、含基層裂縫及含表面裂縫的水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)有限元計算模型，運用靜力學(xué)分析方法，分別計算了在車輛和溫度荷載作用下不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)力／應(yīng)變響應(yīng)、以及裂縫尖端的斷裂參數(shù)變化規(guī)律。通過對各結(jié)構(gòu)層選取不同的應(yīng)力和斷裂參數(shù)進行分析，了解水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的開裂和擴展機理，并根據(jù)計算結(jié)果建立了不同結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力、荷載應(yīng)力、裂縫擴展壽命預(yù)估模型。同時，采用粘彈性動力有限元方法，對不同面層材料的影響做了分析。在對水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面進行裂縫現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析不同結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)展情況，并探求現(xiàn)場實際開裂狀態(tài)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力間的關(guān)系，為抗裂設(shè)計指標的選擇提供參考?！　∽詈螅治鏊喾€(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)在溫度和車輛荷載作用下的應(yīng)力特征，評價了現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計指標的不足之處，以水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面力學(xué)特性為依據(jù)，以裂縫病害的控制為目標，提出了減少和延緩基層和面層裂縫病害的水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)抗裂設(shè)計方法，為完善半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考?！　?

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