车载作用下沥青路面排水基层的冲刷行为

论文摘要

设置良好的路面结构内部排水系统以排除引起各种损坏的水分,成为减少水损害的主要方法。近年来国内对排水基层进行了大量的研究,主要是针对排水基层材料性能、排水性能和力学性能这几个方面。有一些学者对设置排水基层的沥青路面进行了力学分析,然而路面中的水对路面结构有较大影响,本文认为对设排水基层路面的研究有必要考虑路面饱水的影响。本文采用有限元模型进行分析,主要取得如下研究成果:(1)利用有限元软件ABAQUS建立饱水时沥青路面有限元模型。通过比较分析了在无水和饱水两种状态下沥青路面结构的应力应变特性,来研究路面中饱和水对沥青路面的影响。(2)通过比较分析饱水状态的普通路面和设排水层路面应力应变特性,发现一方面设排水层沥青路面由于排水层模量低,使得路面受力较普通路面欠佳;另一方面路面中设置排水层不仅可以减少中下面层的孔隙水压集中,并且可以一定程度上消减路面面层中出现的高孔隙水压,但不能完全解决面层中孔隙水压力过大的问题。设排水层能够从一定程度上降低孔隙水压力对路面结构的破坏作用。(3)将三类不同排水层路面进行比较,三类不同排水层路面结构受力情况各相不同。相比较而言水泥稳定碎石排水路面受力情况较好,受到的冲刷程度也较小,而级配碎石排水层路面结构尤其是基层位置将面临着较其他两类排水层更严峻的冲刷情况。由于开级配沥青稳定碎石(ATPB)较半开级配沥青碎石(AM)存在力学性能不足,耐久性差的缺点,建议在满足路面排水要求的情况下采用大粒径半开级配沥青稳定碎石(AM)作为路面排水层。(4)基于路面结构水损害机理,设计了一种抗冲刷试验装置和试验方法,对路面材料进行抗冲刷试验,寻求一个抗冲刷指标,用于评价沥青混合料的抗冲刷性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.1.1 水损害的表现形式
• 1.1.2 产生水损害的原因
• 1.1.3 减少水损害的主要措施
• 1.1.4 研究路面结构内部排水的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 存在的主要问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 基本理论与ABAQUS 模型
• 2.1 弹性层状体系理论
• 2.2 ABAQUS 岩土问题的有限元理论基础
• 2.2.1 总应力与有效应力
• 2.2.2 有效应力分析基本方程
• 2.2.3 本构模型
• 2.3 饱水沥青路面
• 2.3.1 多孔介质的定义
• 2.3.2 饱水沥青路面
• 2.4 饱水沥青路面结构分析模型
• 2.4.1 路面结构形式
• 2.4.2 边界条件
• 2.4.3 单元类型
• 2.4.4 荷载施加
• 2.4.5 路面结构及材料参数
• 2.5 本章小结
• 第3章 荷载作用下设排水层路面有限元分析
• 3.1 移动荷载下路面结构响应分析
• 3.1.1 竖向位移分析
• 3.1.2 竖向应力分析
• 3.1.3 水平应力分析
• 3.1.4 孔隙水压力分析
• 3.2 三类不同排水基层路面结构的力学响应
• 3.2.1 三类不同排水层参数选择
• 3.2.2 竖向位移比较
• 3.2.3 竖向应力比较
• 3.2.4 水平应力比较
• 3.2.5 孔隙水压力比较
• 3.3 排水层孔隙率对路面孔隙水压力的影响
• 3.3.1 孔隙率和有效孔隙率
• 3.3.2 排水层孔隙率范围
• 3.3.3 不同孔隙率下孔压情况
• 3.4 设OGFC 层对沥青路面的影响
• 3.5 半开级配沥青混合料排水层
• 3.6 本章小结
• 第4章 路面材料的抗冲刷试验方法研究
• 4.1 试验的必要性
• 4.1.1 沥青路面冲刷情况
• 4.1.2 设排水层路面面临的冲刷情况
• 4.1.3 设排水层路面冲刷形式
• 4.2 现有的试验装置评价
• 4.3 新实验装置的设计
• 4.3.1 设计思路
• 4.3.2 试验装置
• 4.4 试验条件
• 4.4.1 冲刷时间
• 4.4.2 冲刷水压控制
• 4.5 沥青路面材料抗冲刷试验方法研究
• 4.5.1 试验目的
• 4.5.2 冲刷试件制备
• 4.5.3 试件冲刷过程
• 4.5.4 试验注意事项
• 4.6 路面材料抗冲刷性能评价指标研究
• 4.7 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 致谢