多年冻土地区沥青路面结构适应性与耐久性研究

论文摘要

随着多年冻土地区公路建设发展,沥青路面以良好的通行能力和使用性能被广泛应用。由于沥青路面吸热能力高,青藏高原多年冻土区太阳辐射强烈、日照时间长、大温差、大风等特殊气候、地质条件,使多年冻土融沉加剧,路基出现不均匀融沉变形,且路面结构与材料也受到明显影响,导致路面出现多种病害,严重影响了道路的服务水平与使用寿命。多年冻土地区沥青路面结构的适应性与耐久性问题一直困扰着国内外学者,为此展开了广泛研究,但目前仍没有此方面系统、综合的评价方法。本研究针对多年冻土地区沥青路面结构适应性问题,从冻土路基不均匀融沉变形出发,以前期研究的融沉附加应力为基础,分析了不同沥青路面结构的冻土路基不均匀融沉变形适应性；从保护多年冻土、减少外界热量向路基内部传递的角度,以路基顶面的温度变化为评价指标,分析了沥青路面结构的路基顶面温度场适应性。适应性研究表明,增加结构层厚度、设置级配碎石层或者沥青碎石层,一方面将导致路面结构基层融沉附加应力增大；另一方面能够有效的降低路基顶面温度,有利于保护冻土。针对多年冻土地区沥青路面结构耐久性问题,从防止由于过大的温度应力而导致沥青面层产生温缩裂缝出发,分析了五种沥青路面结构关于温度应力的耐久性；建立了冻土路基不均匀融沉变形与行车荷载综合作用模型,分析了在融沉半径、融沉深度、融沉区域模量变化下五种沥青路面结构的耐久性。耐久性研究表明,增加级配碎石层厚度使沥青面层温度应力减小,而增加其它结构层厚度会使温度应力有所增大；设置级配碎石过渡层可以有效降低沥青面层的温度应力。对于同一沥青路面结构,当融沉深度固定,各结构层综合作用应力一般随着融沉半径的增大而减小；当融沉半径固定时,综合作用应力一般随着融沉深度的增大而增大；设置级配碎石层或沥青碎石层可以有效减小其综合作用应力。最后利用“木桶原理”(短板理论)评价模型,采用以上四个评价指标,对五种沥青路面结构的适应性与耐久性展开评价,为合理选择多年冻土地区路面结构组合,提供指导和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 第二章 沥青路面结构对冻土路基不均匀融沉变形适应性
• 2.1 冻土路基融沉变形
• 2.2 沥青路面结构对冻土路基不均匀融沉变形的适应性
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于路基顶面温度的沥青路面结构适应性研究
• 3.1 沥青路面旬温度场计算模型
• 3.2 结构层厚度影响
• 3.3 不同沥青路面结构对比分析
• 3.4 适应性分析
• 3.5 本章小节
• 第四章 温度应力对多年冻土地区沥青路面的影响
• 4.1 沥青路面时温度场
• 4.2 沥青路面温度应力计算模型
• 4.3 结构层厚度与材料参数影响
• 4.4 不同沥青路面结构温度应力对比分析
• 4.5 沥青路面结构温度应力耐久性分析
• 4.6 本章小节
• 第五章 路基融沉变形与行车荷载综合作用下沥青路面结构响应
• 5.1 有限元计算模型
• 5.2 路基不均匀融沉参数对沥青路面结构的影响
• 5.3 基于融沉半径的路面结构组合分析
• 5.4 基于融沉深度的路面结构组合分析
• 5.5 路基融沉变形与行车荷载综合作用耐久性分析
• 5.6 本章小节
• 第六章 沥青路面结构适应性与耐久性评价方法
• 6.1 适应性评价
• 6.2 耐久性评价
• 6.3 适应性与耐久性评价模型
• 6.4 沥青路面结构适应性与耐久性评价
• 6.5 本章小节
• 第七章 主要结论与建议
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢