级配碎石过渡层沥青路面结构组合研究

论文摘要

由于半刚性基层沥青路面具有良好的强度及抗疲劳性能,因而国内外交通道路路面结构中广泛使用。调查表明,裂缝是半刚性沥青路面的主要病害,是造成沥青路面早期病害发生的重要原因。由于级配碎石基层具有消除反射裂缝的功能及良好的排水性能和优良的经济性,级配碎石基层沥青路面结构将成为未来路面结构多样化发展的重要结构之一,基于上述背景,论文就设有级配碎石过渡层的沥青路面结构展开了以下几个方面的研究。论文首先介绍了材料的物理基本性能指标,并做了原材料的基本性能试验,根据原材料的筛分试验进行配合比设计,并对级配碎石基本力学性能的影响因素进行了分析。其次,论文基于断裂力学理论,运用ABAQUS有限元计算方法,计算级配碎石过渡层沥青路面结构和常规半刚性基层沥青路面结构的应力强度因子,分析级配碎石过渡层厚度和模量、沥青面层和半刚性基层模量变化对应力强度因子的影响。结果表明级配碎石的加入,可以大大减小面层底部裂缝的应力强度因子,能有效的减缓基层反射裂缝向上扩展。适当增加级配碎石基层厚度和模量、半刚性基层模量,可进一步提高级配碎石过渡层抑制反射裂缝扩展的效果。利用ABAQUS有限元软件,通过选取不同的结构参数,对级配碎石过渡层沥青路面进行结构受力分析,研究不同参数对结构受力的影响,为结构组合设计提供理论支持,进而从理论上给出几种适合辽宁地区的级配碎石过渡层沥青路面结构。分析表明,级配碎石过渡层的加入使得路面结构内部的应力和应变重新分配,随级配碎石层厚度的增加,路表弯沉、沥青层底弯拉应变增大,而由断裂力学理论可知,随级配碎石层厚度的增加,面层底面的应力强度因子减小,本文推荐级配碎石厚度为10cm~15cm为宜。提高级配碎石的模量,可有效降低路表弯沉、沥青层底拉应变、半刚性基层层底拉应力及土基顶面竖向压应变,故提高级配碎石模量显得十分重要。影响面层底面弯拉应变的主要因素为沥青面层的厚度和模量及级配碎石过渡层的厚度。增加沥青层厚度可以有效降低路面结构内部各种不利的应力、应变,在经济条件允许下,可以适当增加沥青面层的厚度来改善结构受力的状况。最后,通过对几种不同级配碎石过渡层沥青路面结构试验路的实测数据进行比较,并分析其原因,为级配碎石过渡层沥青路面的推广应用提供有关的技术资料,改变我省相对单一的路面结构,提出适合辽宁地区的两种级配碎石过渡层沥青路面结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外级配碎石研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 级配碎石材料基本技术指标和配合比设计研究
• 2.1 级配碎石的材料分析
• 2.1.1 级配碎石的特点
• 2.1.2 级配碎石的材料特性
• 2.2 材料的物理技术指标
• 2.2.1 材料的物理技术指标要求
• 2.2.2 原材料的物理技术指标
• 2.3 级配碎石的级配设计
• 2.3.1 级配类型分析
• 2.3.2 级配碎石推荐的级配范围
• 2.3.3 级配碎石的级配设计
• 2.4 成型方法
• 2.5 级配碎石的基本力学性能以及影响因素
• 2.5.1 抗压强度
• 2.5.2 剪切强度
• 2.5.3 永久变形
• 2.5.4 耐久性和体积稳定性
• 2.6 小结
• 第三章 级配碎石上基层对沥青路面反射裂缝抑制机理分析
• 3.1 半刚性基层沥青路面反射裂缝分析
• 3.1.1 半刚性基层沥青路面反射裂缝产生机理
• 3.1.2 预防半刚性基层沥青路面反射裂缝的主要措施
• 3.1.3 级配碎石作为过渡层的防裂机理
• 3.2 级配碎石基层对反射裂缝的抑制分析
• 3.2.1 断裂力学基本理论
• 3.2.2 基于断裂力学的裂缝抑制有限元模型的建立
• 3.2.3 各结构层模量对裂缝应力强度因子的影响分析
• 3.3 小结
• 第四章 级配碎石过渡层沥青路面结构力学响应分析
• 4.1 概述
• 4.2 模型计算内容的选取
• 4.3 级配碎石过度层沥青路面结构受力分析
• 4.3.1 有限元模型的建模
• 4.3.2 沥青面层厚度和模量的影响
• 4.3.3 半刚性基层厚度和模量的影响
• 4.3.4 级配碎石层厚度影响
• 4.3.5 级配碎石层模量影响
• 4.3.6 土基模量的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 级配碎石过渡层沥青路面试验路路况检测与分析
• 5.1 试验路段实施目的
• 5.2 试验路概况
• 5.3 级配碎石基层试验路路况检测
• 5.3.1 实验路长期路用性能检测方案
• 5.3.2 级配碎石基层沥青路面试验路路况检测结果
• 5.4 试验路检测结果分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢