【摘要】：瀝青路面長期暴露于雨雪等復雜的環(huán)境條件下,再加上近些年超載現(xiàn)象越來越嚴重,使得瀝青路面頻繁出現(xiàn)車轍、坑槽、裂縫等病害。病害的發(fā)生不但增加了路面的養(yǎng)護維修成本,還影響其使用性能。普遍認為,造成瀝青路面早期破壞的主要因素是車輛載荷作用下路面內(nèi)部產(chǎn)生的動水壓力作用。為了研究水、車載耦合作用下半剛性基層瀝青路面破壞過程的規(guī)律,本文運用大型有限元軟件ABAQUS建立了應力場—滲流場耦合作用下半剛性基層瀝青路面破壞的數(shù)學模型,研究瀝青路面在兩場聯(lián)合作用下的動態(tài)響應。大量研究表明,瀝青混合料是一種多孔多相的粘彈性材料,普通的線彈性模型無法體現(xiàn)瀝青材料的流變性質。因此,假設瀝青路面為多孔介質結構,以有效應力原理和變形理論為基礎,建立了粘彈性本構模型。對模型施加移動荷載,得到瀝青路面的應力場模型,分析了路面不同結構層的豎向位移、豎向應力、橫向應力、縱向應力和剪應力的變化規(guī)律,研究了速度、軸載對響應的影響,并對比了線彈性模型和粘彈性模型的結果。采用達西定律建立滲流模型,分析了路面不同結構層的孔隙水壓力、飽和度以及沉降的變化規(guī)律。將滲流場作用下受孔隙水壓力最大單元的受力模型文件導出,并作為初始應力導入應力場模型中,建立應力—滲流耦合場,分析了路面各結構層的響應。研究結果表明:(1)在一定的軸載和速度下,路面各結構層的響應都具有瞬時性和波動性,且隨結構層深度的增加而減小。當軸載一定、速度增加時,各結構層的縱向應力增加,其他響應均減小。當速度一定、軸載增加時,路面各層的受力均增加,這也說明了超載對瀝青路面的破壞作用。線彈性模型中的各響應要比粘彈性模型大,甚至是結果失真,而用粘彈性模型計算出的結果較符合實際。(2)滲流場單獨作用下,瀝青路面內(nèi)部的孔隙水壓力和飽和度的變化均是隨著降雨時間的延長呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。路面結構的豎向變形先是產(chǎn)生豎向隆起,而后產(chǎn)生豎向沉降,沉降達到最大值后,逐漸恢復一部分變形,最終產(chǎn)生向下的豎向沉降。(3)應力場與滲流場耦合作用下,從豎向位移、豎向應力和縱向應力的對比曲線來看,應力—滲流耦合場的響應要比應力場單場作用時大,從橫向應力和剪應力的對比曲線來看,雖然應力—滲流耦合場的響應比應力場單場作用時小,但是其作用范圍大。說明在路面內(nèi)有水的情況下,瀝青路面更容易產(chǎn)生開裂和永久變形等結構性破壞。當增加軸載或者提高速度時,瀝青路面的響應會變大。(4)將在試驗段監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與模型計算出的數(shù)據(jù)進行對比,兩者結果相近,說明所建模型是可靠的。
【學位授予單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U416.217

【參考文獻】

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1 張倩,李艷麗,戴經(jīng)梁;水對瀝青混合料疲勞性能影響的試驗模擬研究[J];公路;2005年04期

2 唐雪松,鄭健龍;瀝青路面反射裂縫問題的損傷力學守恒積分[J];應用力學學報;2004年02期

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本文編號：2627314