斜坡路基不均匀沉降及其对路面结构的影响分析

论文摘要

以绵广高速公路路基病害研究为依托,对斜坡路基不均匀沉降的原因及其影响因素进行了系统的现场调查和室内离心试验,在此基础上采用大型通用有限元程序ABAQUS,并基于动力学理论仿真分析斜坡路基段路基路面在车辆动荷载作用下的力学响应。现场的调查表明,以绵广高速为代表的西南山区高等级公路经常遇到斜坡路基情况,由于斜坡路基的不均匀沉降导致路面结构在车辆荷载作用下出现严重的长大纵向开裂,而且主要分布在主车道上。采用离心模型试验针对典型的斜坡路基进行模拟,设计了三组离心试验分别控制不同的路基压实度,探索了不同路基填筑状况下斜坡路基不均匀沉降随时间的关系,以及路基状况的变化过程,试验结果表明:斜坡路基填筑压实度越小,其沉降越大,运营3年后横向沉降差也越大,同时路基破坏也越严重。采用有限元程序ABAQUS中隐式动态分析方法,系统分析了单次轴载作用下斜坡路基段路基路面的结构动力响应,以及车辆动荷载作用下各种影响因素包括车辆轴载、行车速度、面层强度、厚度及宽度、基层厚度和强度、路基高度、路基强度和地基强度等的影响规律。同时采用ABAQUS有限元中的ConcreteDamaged Plasticity模型分析了斜坡路基段沥青路面结构对路基不均匀沉降的适应能力,并采用损伤力学中的损伤变量d评价路面开裂状况。结果表明在100000次标准轴载作用下,保证损伤安全系数大于1.35时,普通高等级沥青路面结构容许的最大横向沉降差应小于2.2‰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.3 主要的研究内容
• 1.4 拟采取的研究方法、技术路线
• 第2章 斜坡路段路基路面状况调查
• 2.1 试验段路基状况
• 2.1.1 试验 A段
• 2.1.2 试验 B段
• 2.2 试验段路面状况
• 2.2.1 试验 A段
• 2.2.2 试验 B段
• 2.3 路基路面主要病害的成因分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 斜坡路基段压实与沉降变形特性的离心模型试验研究
• 3.1 离心试验设计
• 3.1.1 试验设备及性能
• 3.1.2 试验方案设计
• 3.2 试验过程与数据整理
• 3.2.1 第一组模型试验（94%压实度）
• 3.2.2 第二组模型试验（90%压实度）
• 3.2.3 第三组模型试验（86%压实度）
• 3.3 试验综合分析
• 3.3.1 从路表状况判断
• 3.3.2 沉降速率
• 3.3.3 最大沉降
• 3.4 本章小结
• 第4章 单次荷载作用下斜坡路基段沥青路面动响应分析
• 4.1 交通荷载作用模式
• 4.2 动力人工边界
• 4.3 计算模型
• 4.4 材料特性参数
• 4.5 变形和受力特性分析
• 4.6 主要影响参数分析
• 4.6.1 车辆轴载影响分析
• 4.6.2 行车速度的影响分析
• 4.6.3 面层强度影响分析
• 4.6.4 面层厚度的影响分析
• 4.6.5 路面宽度影响分析
• 4.6.6 基层强度的影响分析
• 4.6.7 基层厚度影响分析
• 4.6.8 路堤高度的影响分析
• 4.6.9 路基强度的影响分析
• 4.6.10 地基强度影响分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 重复荷载作用下斜坡路基段沥青路面开裂仿真计算
• 5.1 计算模型
• 5.2 材料参数
• 5.3 计算结果与分析
• 5.3.1 应力应变
• 5.3.2 裂纹扩展分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附表1 压缩损伤变量计算结果
• 附表2 拉伸变量计算结果
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目