【摘要】：路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析是道路工程中傳統(tǒng)的研究課題,前人已經(jīng)開展過大量的工作。但隨著輪載的增加,以及路面結(jié)構(gòu)組合形式的多樣化,傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)破壞理論對于路面結(jié)構(gòu)破壞的某些現(xiàn)象無法進(jìn)行解釋。如:路面表層破壞產(chǎn)生的大量Top-Down裂紋,在輪壓作用下Top-Down裂紋開裂的拉應(yīng)力是如何產(chǎn)生的?為什么基層強(qiáng)度大大提高之后路面表層的瀝青層反而破壞的更快?研究路面結(jié)構(gòu)中應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性需要新的思路。Mohr-Coulomb(M-C)準(zhǔn)則是地質(zhì)工程和巖土力學(xué)中常用的強(qiáng)度準(zhǔn)則,本文嘗試從學(xué)科交叉的角度,在傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上利用M-C準(zhǔn)則從應(yīng)力的主應(yīng)力分布形式的角度出發(fā),探討瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的復(fù)雜性。主要工作包括:以彈性層狀體系理論為基礎(chǔ),利用瀝青路面結(jié)構(gòu)的簡化模型,分析了基層模量對瀝青路面結(jié)構(gòu)破壞的影響,確定了一種路面結(jié)構(gòu)的控制指標(biāo)-路面疲勞損傷潛在指數(shù)(APPDI),初步提出了路面結(jié)構(gòu)破壞的統(tǒng)一力學(xué)模式;以現(xiàn)有的6條高速公路瀝青路面為例,在有限元計(jì)算的基礎(chǔ)上利用APPDI推斷其路面破壞的力學(xué)模式,并與實(shí)際路面破壞進(jìn)行對比分析驗(yàn)證,同時提出了幾種路面結(jié)構(gòu)對材料的強(qiáng)度要求;利用均勻設(shè)計(jì)安排參數(shù)組合對高模量基層路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布進(jìn)行了有限元計(jì)算,結(jié)合APPDI和莫爾圓分析了高模量基層路面結(jié)構(gòu)中不同深度的應(yīng)力狀態(tài),重點(diǎn)對比了不同位置不同深度剪應(yīng)力的主應(yīng)力組成方式,觀察到高模量基層路面表層剪應(yīng)力中主應(yīng)力組成方式出現(xiàn)拉-壓復(fù)合剪切現(xiàn)象。主要研究成果有:1)初步探討了路面結(jié)構(gòu)破壞的統(tǒng)一力學(xué)模式,發(fā)現(xiàn)最大拉應(yīng)力或剪應(yīng)力不全是路面結(jié)構(gòu)最先破壞的位置,簡單的以拉應(yīng)力或剪應(yīng)力大小作為路面結(jié)構(gòu)控制指標(biāo)是不準(zhǔn)確的,本文提出了一種新的控制指標(biāo)APPDI來解釋路面結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)理。2)從新定義的控制指標(biāo)APPDI分析三種典型瀝青路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)破壞形式依次為:柔性基層瀝青路面表現(xiàn)為—以層底拉應(yīng)力為主的層底彎拉破壞;半剛性基層瀝青路面表現(xiàn)為—以輪跡邊緣附近深1~5cm的壓應(yīng)力為主的剪切破壞(車轍)及輪外20cm左右處深度7~12cm以壓應(yīng)力為主的剪切破壞(車轍);剛性基層瀝青路面表現(xiàn)為—面層表面輪跡邊緣拉壓共生作用的剪切破壞(Top-Down裂紋),其自上而下延伸擴(kuò)展;并對三種典型路面結(jié)構(gòu)破壞的面層材料強(qiáng)度做了分析,給出了材料強(qiáng)度范圍要求。3)通過影響APPDI的材料參數(shù)內(nèi)聚力c和抗拉強(qiáng)度σt,分析了瀝青路面破壞與路面結(jié)構(gòu)組成的影響:拉-壓復(fù)合剪切狀態(tài)的存在,使得路面在疲勞荷載作用下,有兩種接近路面材料臨界物態(tài)線的方式。拉-壓復(fù)合剪切狀態(tài)是TOP-DOWN裂紋與車轍破壞的重要誘因之一,疲勞狀態(tài)下剪應(yīng)力組成方式不同,對路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命有重大影響;考慮到莫爾包絡(luò)線是由內(nèi)聚力c和抗拉強(qiáng)度σt控制,可以用高溫內(nèi)聚力c與抗拉強(qiáng)度σt或高溫抗壓強(qiáng)度σc作為路面材料剪切控制指標(biāo)。
[Abstract]:The mechanical analysis of pavement structure is a traditional research subject in the road engineering, and a great deal of work has been carried out by the predecessors. However, with the increase of the wheel load and the diversification of the combination form of the pavement structure, the traditional pavement structure failure theory can not be explained to some phenomena of the pavement structure failure. For example, the large number of Top-Down cracks produced by the surface layer of the road surface, how is the tensile stress of the Top-Down crack crack under the action of the wheel pressure? Why is the asphalt layer on the surface of the road surface damaged more quickly after the strength of the base layer is greatly improved? It is necessary to study the complexity of the stress state in the pavement structure. The Mohr-Coulomb (M-C) criterion is the commonly used strength criterion in the geological engineering and rock and soil mechanics. The paper attempts to study the complexity of the structural stress of the asphalt pavement from the angle of the intersection of the subject and using the M-C criterion from the stress distribution form on the basis of the traditional pavement structure model. The main work includes: based on the theory of the elastic layered system, using the simplified model of the asphalt pavement structure, the influence of the base modulus on the structural failure of the asphalt pavement is analyzed, and the control index of the pavement structure-the potential index of the pavement fatigue damage (APDI) is determined. In this paper, a unified mechanical model of pavement structure failure is put forward. Based on the existing 6-bar asphalt pavement, the mechanical model of the pavement failure is inferred from the APDI on the basis of the finite element calculation, and the comparison and analysis are carried out with the actual pavement failure. At the same time, the strength requirement of several pavement structures on the material is proposed, and the stress distribution of the high-modulus base-layer pavement structure is calculated by means of the uniform design and parameter combination, and the stress states of different depths in the high-modulus base-layer pavement structure are analyzed in combination with the APDI and Molar circles. The principal stress composition of the shear stress at different positions is compared, and the tensile-pressure composite shear phenomenon is observed in the shear stress of the surface of the high-modulus base. The main research results are as follows: 1) The unified mechanical model of the pavement structure failure is preliminarily discussed. It is found that the maximum tensile stress or shear stress is not all the first damaged position of the pavement structure, and it is not accurate to use the tensile stress or the shear stress as the control index of the pavement structure. This paper presents a new control index APDI to explain the mechanism of pavement structure failure. The semi-rigid base asphalt pavement is characterized by the shear failure (rutting) dominated by the compressive stress of 1-5cm in the vicinity of the edge of the wheel track and the shear failure (rutting) with the depth of 7-12cm at the left and right of the wheel and the depth of 7-12cm. The rigid base asphalt pavement is characterized by the shear failure (Top-Down crack) of the surface wheel track edge pull-pressing symbiosis of the surface layer, and the top-down extension is extended; and the strength of the surface layer material which is damaged by the three typical pavement structures is analyzed, The influence of the failure of the asphalt pavement and the structure of the pavement structure is analyzed by the cohesive force c and the tensile strength equivalent t of the material parameters which influence the APDI: the existence of the tensile-pressure composite shear state is such that the road surface is under the action of the fatigue load, There are two ways to approach the critical state line of the pavement material. The tensile-pressure composite shear state is one of the important causes of the TOP-DOWN crack and rutting failure, and the shear stress composition in the fatigue state is different, which has a great effect on the fatigue life of the pavement structure; and considering that the Moire envelope is controlled by the cohesion c and the tensile strength, t, The high-temperature cohesive force c and the tensile strength equivalent t or the high-temperature compressive strength c can be used as the shear control index of the pavement material.
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U416.217

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本文編號：2381821