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《大连理工大学》 2008年
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沥青混合料位移场测定与流动性车辙分析

乔英娟  
【摘要】: 近年来,由于夏季持续高温、重载、渠化交通等影响,沥青路面早期车辙现象日益严重。据调查,当前沥青路面的车辙类型主要以轮迹部位下凹、车辙两侧反而向上隆起的流动性车辙,而且这种比例还在增加。为减少以中下面层为主的车辙,加强中面层的对策使得上面层又出现隆起现象。 本文首先分析了沥青混合料(HMA)永久变形室内评价方法特点以及沥青路面车辙预估的研究现状,指出了目前HMA室内试验变形测量手段的局限性,以及偏于竖向变形的理论法不适应HMA剪切流动变形的评价。 通过对不同受力状态下HMA试验位移场测定与沥青路面流动性车辙分析,本文主要进行了以下研究工作并取得了有益的结论: (1)文中介绍了沥青混合料试样变形的数字图像测量系统,系统的软硬件组成,系统的测量精度及误差分析,提出了相应的消除或减小误差的方法。在测量系统的正常使用条件下,测量精度可以达到理论精度,满足试样变形高精度测量的要求。 (2)进行了HMA间接拉伸试验、马歇尔试验及单轴压缩试验位移场的测定与分析。试样的侧向变形较竖向变形更加敏感有效的反映了HMA变形局部化的启动及发展,以及HMA在不同受力状态下,从初始压密、弹性压缩到塑性膨胀的不同变形阶段,并提出了沥青混合料侧向变形评价指标。 (3)通过对间接拉伸试验中,不同温度下沥青混合料泊松比的测定与分析,得出HMA泊松比的变化规律:低温、小荷载作用时,材料泊松比随荷载的变化较为稳定,可以视为一个常数;高温、大荷载作用时,HMA泊松比变成温度和应力状态的函数;在某些加载条件下,HMA泊松比甚至超过了0.5。 (4)为分析当前较多流动性车辙产生的成因,基于沥青混合料位移场的测定与分析结果,建立了沥青路面三维有限元模型,扩大沥青混合料泊松比的分析范围,考虑沥青路面结构形式变化以及不同沥青结构层组合的影响,以沥青层的侧向(横向)位移为评价指标,分析了不同影响因素组合下沥青上、中、下三层的横向位移发展趋势。沥青路面的侧向(横向)位移流动发展趋势反映了不同材料侧向阻抗和不同沥青层结构组合条件下流动性车辙产生的条件和界限。同时对侧向位移法与剪切理论法进行了理论和试验验证,两者在预估沥青路面剪切变形时具有一致性。 (5)基于剪切理论的路面力学分析和基于侧向位移法的沥青层横向位移发展趋势分析均表明,上中面层的结构组合对路面结构横向位移、结构剪应力、结构剪应变分布影响较大。强调加强中面层,忽略上中面层的协调组合,会导致上面层应力集中。从考虑上面层不出现侧向失稳流动变形趋势及减小沥青路面结构剪应变来看,给出了上中面层模量组合的较佳范围,并提出了沥青结构层协调组合设计的理念。 (6)将变形数字图像测量系统替代传统的位移传感器采集系统,应用于间接拉伸试验,提高了间接拉伸试验的工程使用效果和使用范围;简化了沥青结构层芯样分层变形的量测,补充了路面芯样力学评价指标体系;改善了马歇尔试验用于评价沥青混合料高温稳定性的精度和评价效果。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U414

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