【摘要】：近年來(lái),隨著新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,交通量與交通組成與以往發(fā)生了重大變化,高等級(jí)公路和國(guó)省干線上修筑的半剛性基層瀝青路面早期破壞問(wèn)題顯著,出現(xiàn)了大范圍的返修,對(duì)新疆后續(xù)公路建設(shè)發(fā)展起到了不利的影響。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)以及國(guó)外相關(guān)研究來(lái)看,柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的力學(xué)性能,路用性能良好,而且能夠徹底解決半剛性基層瀝青路面反射裂縫等早期病害。在新疆修筑柔性基層瀝青路面需要解決,一是柔性基層瀝青路面常見(jiàn)病害—Top-Down裂縫,二是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法兩方面問(wèn)題。因此,從新疆獨(dú)特的大溫差氣候環(huán)境及交通狀況入手,研究柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)Top-Down裂縫的形成及擴(kuò)展機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上研究基于新疆大溫差氣候環(huán)境的柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法,對(duì)于柔性基層瀝青路面在新疆地區(qū)的應(yīng)用與推廣有著重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。本文調(diào)查分析了新疆交通及氣候環(huán)境,利用ANSYS有限元軟件,研究在常溫條件下不同路面結(jié)構(gòu)、不同軸載和不同車速等因素對(duì)柔性基層瀝青路面Top-Down裂縫起裂的影響;基于斷裂力學(xué)理論,建立三維裂縫模型,分析了不同裂縫位置、裂縫尺寸、裂縫比例、不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以及不同軸載參數(shù)等因素下,應(yīng)力強(qiáng)度因子(SIF)的變化規(guī)律,從而確定了控制裂縫擴(kuò)展的因素;基于新疆大溫差氣候條件,研究了南疆炎熱及北疆嚴(yán)寒極端氣候環(huán)境下,柔性基層瀝青路面的溫度場(chǎng)及其溫度應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律,并基于此,建立了新疆極端氣候環(huán)境下荷載—溫度耦合場(chǎng)下柔性基層瀝青路面的仿真模型,研究柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的變化規(guī)律,從而提出了柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的Top-Down裂縫的起裂機(jī)理。調(diào)查分析國(guó)內(nèi)外柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo),結(jié)合新疆各氣候分區(qū)的特點(diǎn),提出了基于不同氣候分區(qū)的柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo);基于新疆不同氣候分區(qū)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo),對(duì)柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度及模量等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí),結(jié)合新疆各分區(qū)最不利氣候,建立荷載—溫度耦合場(chǎng)下的仿真模型,對(duì)柔性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行繼續(xù)優(yōu)化,最終確定優(yōu)化后的柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu);基于AHP層次分析法,分析了在新疆各氣候分區(qū)下,最不利氣候環(huán)境和常溫環(huán)境條件下,各柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的綜合力學(xué)性能,最終為推薦適合新疆不同氣候分區(qū)的柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu),提出了一種適宜新疆地區(qū)的路面設(shè)計(jì)方法。
【圖文】：

而柔性基層路面各功能層中路面承擔(dān)了大部分的彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，在荷載的反用下容易在面層內(nèi)部發(fā)生功能性破壞[4][5]。從國(guó)外大規(guī)模鋪筑柔性基層路面的使用狀況來(lái)看，隨著瀝青材料和級(jí)配理論的不步，車轍、波浪、擁包等早期路面變形病害逐漸減少，始于路面表層并不斷向下擴(kuò) Top-Down 裂縫成為代表性病害形式，Top-Down 裂縫一旦產(chǎn)生之后，如果未得到的修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)，將降低路面的連續(xù)性[84]，盡管從實(shí)際使用表明，表面帶裂縫工作對(duì)于的整體結(jié)構(gòu)和承載力降低不大，，但是裂縫的發(fā)展將會(huì)迅速破壞路面結(jié)構(gòu)，裂縫尖端集中會(huì)導(dǎo)致裂縫順著薄弱面向?qū)拥装l(fā)展[85]，在雨水較多，溫差較大的地區(qū)，在水溫下，會(huì)使得路面表層瀝青剝落、材料松散、形成坑槽，也即是說(shuō)，初期的 Top-D裂本身對(duì)路面結(jié)構(gòu)影響不顯著，其造成的后續(xù)復(fù)合式病害會(huì)導(dǎo)致路面使用性能迅速，出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的破壞，其開(kāi)裂形式和特點(diǎn)如下：1)裂縫分布。Top-Down 裂縫多沿行車方向發(fā)展，位于輪跡帶兩側(cè)附近區(qū)域，個(gè)況下也會(huì)有少數(shù)垂直與行車方向的橫向裂縫產(chǎn)生，如圖 1.1。

圖 2.1 新疆瀝青路面氣候分區(qū)圖2.3 新疆氣候分區(qū)瀝青路面使用狀況2.3.1 柔性基層路面典型病害研究通過(guò)對(duì)全疆柔性基層路面使用調(diào)查可以看出，新疆對(duì)于柔性基層路面的使用多在2000 年以前，鋪筑于低等級(jí)公路，并且基層材料大多為級(jí)配砂礫，由于結(jié)構(gòu)單調(diào)，其病害特征對(duì)目前的柔性基層路面結(jié)構(gòu)研究難以起到指導(dǎo)作用，本研究在病害調(diào)查方面，重點(diǎn)參考了國(guó)內(nèi)外已建成道路的病害情況，主要有以下病害種類：（1）車轍類破壞車轍是高等級(jí)公路瀝青路面渠化交通的主要損壞類型之一，車轍一般在溫度較高的地區(qū)或高溫季節(jié)出現(xiàn)，由于車載的反復(fù)作用，面層產(chǎn)生永久變形和塑性流動(dòng)而逐漸形成；瀝青面層在壓縮沉陷的同時(shí)，側(cè)向出現(xiàn)隆起，組合起來(lái)構(gòu)成車轍。影響車轍出現(xiàn)和發(fā)展速度的主要因素為溫度和荷載，如果氣溫連續(xù)超過(guò) 40℃，路面車轍深度將以厘米級(jí)的速
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U416.217


本文編號(hào)：2596866