沥青路面水损害机理与防治措施研究

论文摘要

目前国内外大量的公路路面损坏状况调查研究和路面使用经验都表明,进入路面结构内部的自由水是导致或者加速路面损坏的主要原因。本文在参考国内外研究资料的基础上,通过理论分析、试验研究和数值模拟的方法,探讨各种环境因素对水损害的影响,探讨超声波波速、沥青路面渗透系数与损伤度之间的关系,并对降雨条件下高速公路路面的结构设计形式和排水设计方法进行非饱和渗流问题的研究。主要从以下几方面开展了研究工作：(1)通过汉堡车辙试验、渗透试验、超声波试验以及单轴压缩试验,对沥青道路面层材料进行水损害等一系列试验,根据试验数据分析建立动模量、超声波波速、渗透系数与损伤度之间的模型,分析其发展趋势及成因。(2)在试验中通过设置不同温度、在试件下铺设橡胶垫层、提前对试件进行压缩造成损伤等方法,来模拟沥青混合料在实际使用中所遇到的病害、缺陷等因素,着重探讨浸水条件下不同碾压次数、温度、损伤度对路面沥青材料强度、平整性以及渗透系数的影响。(3)基于非饱和渗流理论,采用SEEP/W有限元分析软件对高速公路结构断面进行降雨条件下的非饱和渗流数值模拟分析,分别观察降雨期间以及降雨后各个路面结构层的渗透规律,通过时间与体积含水量之间的关系曲线,发现对于密实的道路结构层由于缺乏有效的内部排水设置,雨水不能及时排出路面结构；而边缘排水系统由于横向排水路径过长,也不能有效的排出雨水；而结合边缘排水系统的排水基层结构则及时迅速地排出了雨水。采用AASHTO的评价指标t50对比分析具有不同排水设施、不同地下水位、不同路堤高度、不同雨型以及路面裂缝对路面结构排水性能的影响。本文受到国家自然科学基金项目(51078222；50708056)和山东大学自主创新基金杰出青年培养项目(2010JQ001)的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状及分析
• 1.2.1 沥青水损坏与破坏理论
• 1.2.2 路面结构内部排水与非饱和渗流问题
• 1.3 研究主要内容
• 第二章 沥青路面损伤-渗透性模型与水损坏的流固耦合动力学机理研究
• 2.1 试验方案
• 2.2 试验过程
• 2.2.1 汉堡试验
• 2.2.2 单轴压缩试验
• 2.2.3 劈裂试验
• 2.2.4 动态模量试验（SPT）
• 2.2.5 渗透试验
• 2.2.6 超声波试验
• 2.3 沥青混合料试件原材料与制作
• 2.3.1 沥青胶结料
• 2.3.2 石料
• 2.3.3 沥青混合料试件级配
• 2.3.4 沥青混合料的体积指标
• 2.3.5 沥青混合料水稳定性能检验
• 2.4 试验结果与分析
• 2.4.1 基于动模量的沥青混合料损伤表示方法
• 2.4.2 基于超声波的沥青混合料损伤表征方法
• 2.4.3 沥青混合料渗透性-损伤模型
• （一） 单轴压缩试验模型
• （二） 劈裂试验模型
• 2.4.4 水损坏的流固耦合动力学机理与影响因素分析
• （一） 汉堡车辙试验结果
• （二） 水温对水损坏的影响
• （三） 初始损伤对水损坏的影响
• （四） 不良应力状态对水损坏的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 沥青路面渗水规律与内部排水性能分析
• 3.1 路面结构内部排水系统概述
• 3.1.1 路面结构排水设计方法
• 3.1.2 排水结构设置条件和设置要求
• 3.1.3 排水设施方案
• 3.2 非饱和渗流理论概述
• 3.2.1 非饱和渗流控制方程
• 3.2.2 非饱和多孔介质的基本特征
• 3.3 路面结构渗水数值模拟
• 3.3.1 模拟方案
• 3.3.2 模拟过程
• 3.3.3 路面结构降雨入渗模型
• 3.4 路面结构渗流模拟结果与分析
• 3.4.1 无排水系统路面结构降雨入渗数值模拟
• 3.4.2 具有边缘排水系统的路面结构降雨入渗数值模拟
• 3.4.3 全宽式排水基层路面结构降雨入渗数值模拟
• 3.4.4 结合边缘排水系统的排水性基层路面结构降雨入渗数值模拟
• 3.4.5 中央分隔带的影响
• 3.4.6 路面结构排水性能评价
• 3.4.7 路面结构排水性能影响因素分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表