旧路加宽工程沥青路面纵向裂缝的产生和扩展

论文摘要

20世纪80年代以来,随着国民经济的快速发展,我国公路建设事业发展迅速,公路在国民经济发展中的作用越来越突出。同时,随着公路交通流量的日益增加,一部分公路的设计通行能力已经不能满足交通的需求。因此,有必要对部分旧路进行加宽扩建,提高其通行能力和服务水平。近年来国内外已有多条公路进行了加宽扩建。大多数加宽工程新旧拼接面附近路面在使用期内出现了不少纵向裂缝。究其原因,主要是实际工程中对于加宽工程的设计、施工基本上无规范可循,大多是依靠经验,而且目前有关旧路加宽技术的理论研究尚未真正弄清加宽工程路面纵向裂缝的产生机理及扩展规律,因此,为了对加宽工程的设计提供指导,有必要对旧路加宽工程纵向裂缝问题进行较为系统的研究。本文首先定性地分析了旧路加宽工程的常见病害及其原因,然后采用ABAQUS有限元计算软件,系统地分析了旧路加宽工程沥青路面纵向裂缝的产生机理及扩展规律。主要取得了如下研究成果:(1)建立了旧路加宽工程路基有限元模型,模拟了路堤施工期和工后固结期的变形,分析了新旧路堤沉降的变形规律。结果表明,加宽后新、旧路堤顶面差异沉降曲线均呈“弯盆状”,并在新、旧路交接处曲率发生反弯突变。(2)采用有限元建模,分析了路堤差异沉降作用下加宽路面结构的受力特征和附加应力的影响因素,并阐述了加宽工程沥青路面纵向裂缝产生的力学机理及类型。分析表明,加宽路面受力最不利位置首先是新旧拼接面处基层顶面,其次是面层顶面。差异沉降作用下加宽路面结构的附加弯拉应力是纵向裂缝产生的主要原因。(3)采用有限元建模,分析了行车荷载作用下旧路加宽工程沥青路面纵向裂缝的扩展规律及影响因素,并对面层形成贯通裂缝的疲劳寿命进行了预测。结果表明,偏荷载为较不利荷载,偏荷载作用下反射纵缝和表面纵缝均表现为П型扩展,且使用期内两类裂缝会在面层贯通。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 旧路加宽结构概述
• 1.2.2 国外旧路加宽技术的研究概况
• 1.2.3 国内旧路加宽技术的研究概况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 旧路加宽工程常见病害及原因分析
• 2.1 旧路加宽工程常见病害
• 2.2 旧路加宽工程病害原因分析
• 2.2.1 路基稳定性不足
• 2.2.2 路基变形不协调
• 2.2.3 路基路面抗变形能力不足
• 2.3 本章小结
• 第3章 旧路加宽工程路基变形特性研究
• 3.1 相关理论和计算方法
• 3.1.1 沉降理论
• 3.1.2 比奥固结方程
• 3.1.3 ABAQUS 固结计算方法
• 3.2 旧路加宽工程路基有限元模型
• 3.2.1 有限元模型尺寸
• 3.2.2 基本假设
• 3.2.3 岩土本构模型及参数
• 3.2.4 单元类型及网格划分
• 3.2.5 加载历时及计算流程
• 3.3 旧路加宽工程路堤变形特性研究
• 3.3.1 路堤变形分析
• 3.3.2 不同地基条件对路堤沉降的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 旧路加宽工程沥青路面纵向裂缝产生机理
• 4.1 路堤差异沉降对旧路加宽沥青路面结构受力的影响
• 4.1.1 有限元模型的建立
• 4.1.2 差异沉降形态及位移荷载的施加
• 4.1.3 差异沉降形态下的力学响应
• 4.2 加宽结构路面受力的影响因素
• 4.2.1 新基层和底基层模量的影响
• 4.2.2 面层厚度及模量的影响
• 4.2.3 差异沉降大小的影响
• 4.3 纵向裂缝产生的力学机理
• 4.3.1 纵向裂缝产生的力学机理分析
• 4.3.2 纵向裂缝的类型
• 4.4 本章小结
• 第5章 旧路加宽工程沥青路面纵向裂缝的扩展
• 5.1 断裂力学基本理论
• 5.1.1 裂缝扩展的基本类型
• 5.1.2 裂缝扩展的基本理论
• 5.2 含纵向裂缝加宽工程沥青路面结构力学响应
• 5.2.1 加宽工程沥青路面纵向裂缝破坏模式
• 5.2.2 加宽工程反射纵缝的扩展分析
• 5.2.3 加宽工程表面纵缝的扩展分析
• 5.2.4 加宽工程纵缝的贯通分析
• 5.3 旧路加宽工程沥青路面纵向裂缝扩展的影响因素
• 5.3.1 交通荷载大小的影响
• 5.3.2 面层厚度的影响
• 5.3.3 面层模量的影响
• 5.3.4 新旧基层模量差异的影响
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢