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广义荷载作用下道路与软基共同作用研究

王金昌  
【摘要】: 软土的天然强度很低,在其上修建半刚性路面结构体前,一般需对软土地基进行处理,以满足道路结构体的设计要求,保证道路的正常运营。由于半刚性材料的温缩性和干缩性,路表温度的骤然升降和持续低温,使得半刚性路面中广泛存在反射裂缝和表面裂缝。基于此,对运营中道路结构体的研究需根据具体的工程背景抽象出相应的计算模型以反映道路结构体的实际工作条件。 本文首先从理论研究、室内试验和数值分析三个方面,对无损和含有裂缝的道路结构体的研究应用现状进行了回顾,阐述了道路与软土地基相互作用的数值分析方法,介绍了广义荷载场简化、软土地基及其上各层材料参数、结构参数的确定及计算模型尺寸的合理取值范围。 其次,采用公式法和有限单元法计算一维沥青混凝土杆低温下变温的温度应力,通过分析给出了采用有限单元法计算温度应力时的合适温度步长。接着研究了低温变化温度场对软土地基与无损、含有表面裂缝及含有反射裂缝道路结构体的相互作用,讨论了路表变温、基准温度、表面裂缝长度和反射裂缝长度对道路结构体工作性状的影响。 第三,采用Drucker-Prager屈服准则模拟复合地基和软土地基,将车辆荷载简化为静荷载,分析沥青混凝土的温度、半刚性材料回弹模量、复合地基材料参数和厚度对路表的最大弯沉、残余变形、基层和底基层层底的径向应力的影响。 第四,基于弹塑性动力学理论,采用有限单元法分析了软土地基上半刚性路面结构体的工作性状。具体探讨了荷载周期、道路结构体的阻尼比、沥青混凝土的温度、半刚性基层的回弹模量、复合地基的材料参数和厚度对特征点的竖向位移、基层和底基层层底径向应力的影响。 第五,基于弹塑性动力学理论,采用有限单元法,在裂尖设置奇异单元以反映裂尖的奇异性,通过裂尖附近裂缝面上结点的位移插值得到了动应力强度因子。探讨了荷载周期、道路结构体的阻尼比、沥青混凝土的温度、半刚性基层的回弹模量、复合地基的材料参数和厚度对动应力强度因子、特征点的竖向位移变化规律的影响。 最后,基于损伤力学理论,通过等效应变假设原理和能量等价模型,得到低温下循环变温损伤因子的分布规律,以沈阳—大连高速公路的预锯缝为工 浙江大学博士学位论文 广义荷载作用下道路与软基共同作用研究王金昌2003年5月 程背景,预测了4cm深的锯缝在一巧℃路表变温作用下的疲劳寿命。 本文分析路表变温对软土地基上半刚性路面结构体的作用时,考虑了路表 降温导致沥青混凝土回弹模量的非均匀性,采用线弹性动断裂力学分析软土地 基上含反射裂缝半刚性路面结构体的工作性状。通过引入弹性损伤理论,成功 模拟了含预锯缝半刚性路面在变温作用下的扩展过程,并预测面层的疲劳寿命。 本文的研究对软土地基上的半刚性路面的工程实践具有一定的参考价值和指导 意义。


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