倒装式沥青路面结构的力学行为及性能评估

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作为新型路面结构类型的一种,倒装式沥青路面结构所用筑路材料种类较多,包括沥青混合料、粒状材料、细粒土等,这类材料力学性质复杂,结构刚度分布异于传统的半刚性基层路面结构与柔性基层路面结构,且我国当前实际工程经验欠缺,尚需深入研究。本文在回顾、总结前人所研究的基础上,考虑材料非线性及黏弹性特性,进行了针对倒装式沥青路面结构的精细化数值分析研究,所主要开展的工作如下:(1)分类整理了当前主要路面结构中代表性基层材料的模量分布,选取基层模量研究变化范围,并引入基-面层模量比作为控制变量,分析了在不同基-面层模量比下沥青面层内三向应变沿道路深度的分布规律,沥青面层层底和最大应变的差异,以及沥青面层内拉、压区域及中性轴的变化,提出了沥青路面结构建议基-面层模量比范围,可为后续综合评价倒装式路面结构性能提供依据,以及为倒装式路面结构等新型结构组合类型力学行为研究奠定初步基础;(2)选取分别基于有限元方法及层状体系的两款代表性专用软件MICH-PAVE和KENLAYER,就其非线性分析算法的诸多关键环节开展了横向比较,并结合粒状材料柔性基层沥青路面结构算例,对比了不同分析方法对计算结果的影响,讨论了将非线性有限元法所获等效回弹模量应用于线弹性分析的可行性,可为后续开展倒装式沥青路面结构精细化数值分析奠定理论基础;(3)针对倒装式路面结构,以及柔性基层路面结构、半刚性基层路面结构两种传统结构类型,考虑材料的黏弹性及非线性力学性质,基于KENLAYER程序开展了精细化数值模拟研究,横向比较了三种路面结构的关键力学响应,引入美国MEPDG(Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide)性能预估函数,比较了三种路面结构类型的疲劳寿命及车辙深度,并基于基-面层模量比对其进行了综合讨论,提出了优化倒装式路面结构设计的初步建议。本文所获研究成果对进一步加深倒装式路面结构认识及其工程设计优化具有一定指导意义及实用价值。
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