公路路基动强度设计方法及其在全风化花岗岩路基中的应用研究

论文题目: 公路路基动强度设计方法及其在全风化花岗岩路基中的应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 李志勇

导师: 胡厚田,谢强

关键词: 路基路面,汽车动荷载,动应力应变,全风化花岗岩,动强度,设计方法,设计参数

文献来源: 西南交通大学

发表年度: 2005

论文摘要: 路基路面结构在运营中主要承受交通车辆的作用,它的实际工作状态与现行的静态力学计算体系有较大的差距。汽车荷载是移动荷载,特别是重载汽车在路面不平顺处对路基路面结构产生较大的动载作用。在这种重复荷载作用下,路基表现出疲劳特性,并会产生不可恢复的残余塑性变形,这种残余塑性变形主要由路基填料动强度与实际受到的动应力水平所决定。因此,研究动态荷载作用下路基路面结构的动力特性和路基动强度设计理论是公路交通技术的重要发展方向,具有重要的理论研究价值和工程实际意义。近年来,不少道路工程中使用全风化花岗岩作为路基填料,但目前对全风化花岗岩许多路用性质的研究尚少,更未见全风化花岗岩动强度方面的报道。本文结合交通部优秀青年专业技术人才专项经费项目“全风化花岗岩路基动态特性及稳定性研究”课题(批准号:95-05-05-19),在这方面开展了深入系统的研究。采用理论分析、有限元数值计算、室内外试验及模型试验、实体依托工程建设与观测等方法,系统研究这种路基的动态特性和稳定性,提出路基动强度设计方法与静动态指标。主要内容如下: (1) 通过室内试验系统研究了全风化花岗岩及其水泥稳定土的工程性质和化学成分,得到其工程性质及击实和压实规律。建立了全风化花岗岩CBR与液塑限、压实度、含水量之间的相关关系,首次提出使用液塑限和全风化花岗岩的分类作为路基填料适用范围的主要判别指标。全风化花岗岩的物理力学特性和化学成分, (2) 使用动三轴试验研究全风化花岗岩的动态力学特性如动强度、动模量及其随应力水平和荷载重复次数的变化规律。 (3) 首次通过三组大比例模型试验,研究了路基应力、变形随交通动荷载大小及重复加载的变化规律。得到了全风化花岗岩、全风化花岗岩水泥稳定土、全风化花岗岩土工格室加筋路基和路面结构的动应力应变、累积变形随加载次数的变化规律。 (4) 分析总结了国内外汽车荷载模型,提出了汽车振动弹簧模型、半正弦模型和集中力的移动半圆汽车荷载模型,用接触单元方法分析模拟车—路面耦合振动,使得汽车荷载计算模型更加合理。 (5) 采用Hamilton原理建立了汽车动荷载、路基路面结构的耦合运动方程,建立路基路面平面和三维有限元耦合力学分析模型,系统研究了路

论文目录:

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 公路设计方法

1.2.2 路基土动强度研究

1.2.3 路基动力特性研究

1.2.4 车辆动力学及汽车荷载研究

1.2.5 车辆—路面相互作用研究

1.2.6 材料动态特性的分析研究

1.2.7 全风化花岗岩工程特性研究

1.3 本论文的研究内容与方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

第2章 公路路基路面动力学模型

2.1 引言

2.2 车辆荷载模型

2.2.1 移动荷载

2.2.2 冲击荷载

2.2.3 波动荷载

2.2.4 随机荷载

2.3 车辆振动数学模型

2.4 道路有限元分析模型

2.4.1 三维有限元分析模型

2.4.2 二维平面有限元分析模型

2.5 材料本构模型

2.6 小结

第3章 公路路基路面动力分析方法

3.1 动力方程的建立

3.2 动力响应的时域分析方法

3.2.1 时域分析

3.2.2 阻尼处理

3.3 动力响应的频域分析方法

3.3.1 频域分析方法

3.3.2 模态(振型)叠加法

3.4 非线性分析方法

3.4.1 几何非线性问题及其求解方法

3.4.2 材料非线性问题及其求解方法

3.5 小结

第4章 车辆与道路耦合动力学模型分析

4.1 公路路基路面动态特性参数

4.1.1 动荷载下土的应力-应变关系

4.1.2 应力应变关系的力学模型

4.1.3 动模量

4.2 有限元动力模型分析

4.2.1 三维模态分析

4.2.2 应力与行车速度的关系以及动应力等值线

4.2.3 动载与静载作用下σ_y值及变形的比较分析

4.2.4 路基弹性模量对路基路面最大应力的影响

4.3 全风化花岗岩路基路面动力特性模型试验研究

4.3.1 模型尺寸的选择

4.3.2 车辆荷载的模拟

4.3.3 试验材料

4.3.4 试验仪器及内容

4.3.5 应力

4.3.6 变形

4.4 模型试验结果的有限元对比分析

4.5 本章小结

第5章 路基动强度设计方法

5.1 土的动力破坏标准

5.2 柔性路面设计理论

5.2.1 柔性路面破坏极限

5.2.2 公路沥青路面设计规范要求

5.3 路基动强度设计

5.3.1 路基动强度设计

5.3.2 动强度设计与路基CBR值设计比较

5.4 交通荷载作用下应力应变极限分析

5.4.1 半刚性基层沥青路面分析

5.4.2 柔性基层沥青路面分析

5.5 交通动荷载作用数值分析

5.6 本章小结

第6章 全风化花岗岩路基填料动态特性

6.1 全风化花岗岩工程特性

6.1.1 全风化花岗岩的基本特性

6.1.2 云母含量的影响

6.1.3 全风化花岗岩水泥稳定土的静态物理力学性质

6.2 路基填料的动强度及影响分析

6.2.1 全风化花岗岩动三轴试验概况

6.2.2 全风化花岗岩动变形分析

6.2.3 全风化花岗岩的动强度分析

6.2.4 全风化花岗岩水泥稳定土的动强度分析

6.2.5 全风化花岗岩动强度的影响因素分析

6.3 路基填料动模量及影响分析

6.3.1 全风化花岗岩及水泥稳定土动模量

6.3.2 全风化花岗岩及水泥稳定土的动模量与动应力幅值的关系

6.3.3 全风化花岗岩及水泥稳定土动模量的影响因素分析

6.4 本章小结

第7章 全风化花岗岩路基动强度设计

7.1 工程建设背景

7.2 全风化花岗岩路基的动强度设计

7.3 全风化花岗岩路基施工技术及质量控制

7.3.1 全风化花岗岩路基填料处理的基本原则

7.3.2 土的分类处理方案

7.3.3 土的改良处理方案

7.4 全风化花岗岩路基沉降规律研究

7.4.1 观测结果

7.4.2 有限元数值分析

7.4.3 非等时距皮尔曲线预测模型

7.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

发布时间: 2006-03-06

参考文献

• [1].多年冻土地区路基纵向裂缝形成机理及处治对策研究[D]. 裴建中.长安大学2004
• [2].粉土路基稳定理论与工程应用技术研究[D]. 朱志铎.东南大学2006

相关论文

• [1].交通荷载作用下公路结构动力响应及路基动强度设计方法研究[D]. 卢正.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2009
• [2].高速公路路基沉降及路面动力特性研究[D]. 黄永强.中南大学2010
• [3].公路路基沉降过程试验与理论分析[D]. 刘保健.西安理工大学2005
• [4].石灰改良土路基填料的动力特性及应用研究[D]. 贺建清.中南大学2005
• [5].高速铁路路基动力响应研究[D]. 陈震.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2006
• [6].红层软岩崩解性及其路基动力变形特性研究[D]. 刘晓明.湖南大学2006
• [7].高速公路路面和路基病害检测理论与方法研究[D]. 张全升.中国地质大学（北京）2007
• [8].随机荷载作用下柔性路面结构及路基动力响应研究[D]. 王晅.中南大学2006
• [9].客运专线全风化花岗岩改良土隧—隧过渡段动力特性及稳定性研究[D]. 何群.中南大学2007
• [10].武广客运专线韶花段球状风化花岗岩工程特性研究[D]. 冯涛.西南交通大学2007

标签：路基路面论文;  汽车动荷载论文;  动应力应变论文;  全风化花岗岩论文;  动强度论文;  设计方法论文;  设计参数论文;