地下水与车载作用下隧道路面疲劳性能试验研究

发布时间：2017-05-03 20:03

  本文关键词：地下水与车载作用下隧道路面疲劳性能试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：隧道作为公路交通的咽喉部位,往往对交通起控制作用。不管在隧道的建设或者运营过程中,地下水都是不可回避的问题,地下水通过岩体或水泥混凝土下面层中的裂隙渗入路面结构中,使隧道路面结构“浸泡”在水中。在地下水与交通荷载作用下,隧道路面会出现不同程度的水损害破坏。隧道路面的水损害破坏不仅降低了行车安全,增加了事故发生率,而且大大减弱了其使用寿命,同时也增加了养护费用。目前很少涉及对隧道路面在地下水与行车荷载作用下的水损害破坏的研究,因此本文针对不同水环境、不同车载情况下,结合数值模拟与室内试验两种手段,对隧道路面水损害疲劳破坏进行初步探讨。通过有限元软件计算了隧道路面结构在不同环境下应力场、位移场的改变及车载与路面孔隙率对饱水隧道路面产生的孔隙水压的影响;通过室内试验得出了不同工况下水稳定性能及疲劳寿命曲线。本文主要内容与研究成果如下:①介绍了隧道路面在地下水与车载共同作用下的破坏机理。②通过运用ABAQUS有限元软件建立隧道路面模型,结合不同水环境、不同行车荷载、不同路面孔隙率,研究不同水环境下,隧道路面结构中竖向应力、横向应力以及竖向位移的变化规律;此外还研究了隧道路面在饱水条件下,行车荷载与孔隙率对孔隙水压力的影响,得到了孔隙水压力的变化规律。为今后隧道路面的结构设计提供参考。③通过室内试验成型不同孔隙率的试件,测定不同孔隙率试件的渗水系数,并拟合渗透系数与孔隙率的关系方程,得到渗透系数与孔隙率之间的变化关系。④通过改进的冻融劈裂试验,测定不同水环境、不同孔隙率下沥青混合料试件的劈裂强度,得到了水环境与孔隙率对隧道路面结构水稳定性能的影响规律,结果表明水环境越恶劣,孔隙率越大,试件的劈裂强度比越小,水稳定性能越差;通过浸水车辙试验模拟了饱水隧道路面在动荷载作用下的破坏情况,结果表明重载交通对隧道路面疲劳影响巨大。⑤通过室内疲劳试验,依据试验结果,对不同孔隙率与不同水环境下沥青混合料试件的疲劳寿命进行拟合,得到疲劳寿命方程,得到疲劳方程中截距lgk与斜率a的变化规律。为了解隧道路面结构在地下水与车载作用下的疲劳破坏提供依据。
【关键词】：公路隧道 路面 孔隙水压力 水损害破坏 疲劳寿命
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究的背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 沥青路面水损坏破坏机理研究现状13-14
• 1.2.2 水与车载共同作用下沥青路面疲劳试验研究现状14-15
• 1.2.3 沥青路面水损害模型数值计算研究现状15-17
• 1.3 本文的主要内容与方法及技术路线17-19
• 1.3.1 主要研究内容与研究方法17-18
• 1.3.2 论文技术路线18-19
• 第二章 隧道路面水损害破坏机理分析19-31
• 2.1 隧道路面结构中水的由来20-21
• 2.2 沥青与集料之间的粘附及剥离机理21-23
• 2.2.1 化学反应理论21-22
• 2.2.2 力学理论22
• 2.2.3 表面能理论22
• 2.2.4 分子定向理论22-23
• 2.3 渗透介质理论23-25
• 2.3.1 渗透介质的概念23-24
• 2.3.2 渗透介质的孔隙率与孔隙比24
• 2.3.3 沥青混凝土渗透介质特性24-25
• 2.4 渗流原理的相关基本理论25-27
• 2.4.1 Darcy定律25-26
• 2.4.2 渗流连续方程26-27
• 2.5 孔隙水压力的形成及作用27-29
• 2.5.1 孔隙水简介27-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 隧道路面结构力学响应仿真分析31-59
• 3.1 ABAQUS简介31-33
• 3.1.1 概述31-33
• 3.2 ABAQUS在道路工程中的应用33-36
• 3.2.1 基本假设33
• 3.2.2 流固耦合基本方程33-36
• 3.3 有限元分析模型的建立36-39
• 3.3.1 模型建立和网络划分36-38
• 3.3.2 模型边界条件38
• 3.3.3 荷载设置38-39
• 3.4 数值模拟结果分析39-57
• 3.4.1 水损害前后路面应力、位移分析39-48
• 3.4.2 荷载对饱水沥青路面孔隙水压力的分析48-55
• 3.4.3 孔隙率对饱水沥青路面孔隙水压力的分析55-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第四章 隧道路面水稳定性能研究59-84
• 4.1 水稳定试验方法对比介绍59-63
• 4.1.1 沥青混合料水稳定试验方法介绍59-62
• 4.1.2 试验方法优缺点对比62-63
• 4.2 制备试件63-67
• 4.2.1 原材料的选择64-65
• 4.2.2 矿料级配的确定65
• 4.2.3 试件的成型65-67
• 4.3 试件孔隙率与渗透系数的测定67-69
• 4.4 沥青混合料水稳定性能研究69-81
• 4.4.1 改进的冻融劈裂试验69-77
• 4.4.2 浸水车辙试验77-81
• 4.5 隧道路面水损害破坏防治措施81-82
• 4.6 本章小结82-84
• 第五章 不同水环境下隧道路面疲劳试验研究84-103
• 5.1 疲劳的概述84-86
• 5.1.1 疲劳的定义84
• 5.1.2 疲劳损伤模型介绍84-86
• 5.2 疲劳试验方案的确定86-89
• 5.2.1 试验方法的选择86
• 5.2.2 加载方式的确定86-87
• 5.2.3 试验仪器简介87-88
• 5.2.4 加载波形的确定88
• 5.2.5 试件的成型88-89
• 5.2.6 试验方案89
• 5.3 疲劳试验结果分析89-102
• 5.4 本章小结102-103
• 第六章 结论与展望103-105
• 6.1 结论103-104
• 6.2 展望104-105
• 致谢105-106
• 参考文献106-109
• 在学期间发表的论文及取得的科研成果109

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