水—荷载耦合作用下沥青路面水损坏机理研究

发布时间：2020-07-26 20:49

【摘要】：沥青路面的早期损坏现象如剥落、泛油、松散、泛浆、沉陷、坑洞等多与水的作用有关,沥青路面水损坏已成为危害我国高速公路沥青路面的最严重病害之一,因此探讨沥青路面水损坏的产生机理就变得十分迫切和必要。本文运用ABAQUS有限元软件建立了沥青路面宏观和细观模型来探究饱和沥青路面在孔隙水压力和行车荷载的耦合作用下的力学行为及它们与沥青路面水损坏的关系。首先,建立饱和沥青路面宏观有限元模型,计算行车荷载分别为0.7MPa、0.9MPa、1.1MPa以及行车速度分别为80km/h、100km/h、120km/h时沥青路面的孔隙水压力,分析不同条件下孔隙水压力的分布及孔隙水压力与不同行车荷载与行车速度的关系。在模拟条件下,分析结果表明饱和沥青路面面层在行车荷载作用下引起的孔隙水压力最大,但随着路面结构深度的增大,孔隙水压力的值逐渐减小;行车荷载越大,路面结构内的孔隙水压力越大,随行车荷载的增大而增大;随着行车速度的增大,沥青路面面层孔隙水压力增大,速度对中面层和下面层的影响明显减弱;路面各层位的孔隙水压力历程曲线不同步,下层相对于上层是滞后的。其次,建立饱和沥青路面面层细观有限元模型,分析了不同行车速度(80km/h、100km/h、120km/h)与水与行车荷载耦合作用下沥青路面内产生的最大主应力、最大主应变及竖向位移的关系。在模拟条件下,分析结果表明沥青混合料空隙边缘及沥青与集料界面附近的应力、应变和位移较大;由于沥青相对集料的强度和刚度较小,孔隙水压力和行车荷载的共同作用下,沥青胶浆对速度的影响更敏感;由于孔隙水压力的消散需要一个过程,沥青混合料中集料与沥青胶浆在荷载卸除后,集料的位移会立即恢复,但沥青胶浆的位移不会立即恢复,而是相对延迟。最后,综合分析水与行车荷载的耦合作用和沥青路面水损坏的关系,认为饱水沥青路面在行车荷载的作用下,空隙中形成的孔隙水压力会对孔隙周围的沥青混合料产生冲刷、挤压和抽吸作用。由于沥青胶浆和集料本身强度和刚度等力学性质的不同,一次荷载作用下它们的应力、应变和位移在沥青与集料粘附的界面上变化规律表现出较大差异,在反复的行车荷载与孔隙水压力的耦合作用下沥青与集料的界面承受持续的差异作用,粘附性逐渐降低,引起沥青与集料的剥离,进而产生沥青路面的水损坏。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.217;U418.6
【图文】：

图 3.3 单元土体的渗流的是一个要研究的发生渗流的土体单元，体积=x A d x 、 y 、 z 三个方向上的流速分别为xV、yV、zV，的水流量为：x y z y x z zx yV d d V d d V d d元土体的水流的渗流流速在 x 、 y 、z 三个方向上的+xx xVV dx ，yy yVV dy ，zzzVV dz a）和式(3.4b)，单位时间内渗流流出单元土体的水流z+yx zx x y z y y x z z xV VVV d d d V d d d V d dx y z 为多孔介质中固相、液相和气相成分之间不相互转化以，渗流时单位时间内渗流流进单元土体的水流量

（2）模型图面面层结构和模型图饱和。根据沥青路面设计的弹性层状体系理论界条件为：全透水[57,58]。位移。。面上的荷载随时间变化，每个车轮荷载通过时间非常短，为0.01～0.1s，在路面以下一定深度荷载对路面作用时间与行车速度有直接关系用减少[59]。

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本文编号：2771270