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目前,路面结构动态设计是道路研究领域最热的话题之一,然而研究者对隧道路面结构的研究较少。故本文通过足尺路面加速加载试验与数值模拟结合的方式研究了隧道柔性基层沥青路面结构在移动荷载下的力学响应规律,探究了隧道柔性基层沥青路面的动力学原理,研究成果可为隧道路面设计提供一些数据和理论支撑。
首先通过足尺隧道柔性基层沥青路面加速加载试验采集了沥青混合料层底的应变和温度数据,同时采集了级配碎石层底和层顶的竖向压应力和温度数据,研究了沥青混合料层底沿行车方向应变在瞬时、每日加载过程和100万次加载过程的变化规律,并对比分析了级配碎石层顶和层底应力在加载过程中的不同变化。研究表明:在车轮荷载一次移动过程中,沥青混合料层底沿行车方向水平应变响应分三个阶段。第一阶段是在车轮到达响应点之前,响应点受压应力,产生压应变;第二阶段是车轮到达响应点上方且在离开响应点之前,响应点应力迅速由压应力转变为拉应力,且当车轮位于响应点正上方时,拉应力最大,此时拉应变也最大;第三阶段是车轮离开响应点之后,响应点继续受压应力,产生压应变,当车轮离开足够远时,应力和应变趋于0。在移动荷载作用下,沥青混合料层底沿行车方向应变大于横向应变;隧道路面沥青混合料层底沿行车方向瞬时应变呈拉应变与压应变交替出现,最大应变均为拉应变。
然后运用3D-Move Analysis软件建立了隧道柔性基层沥青路面三维有限层模型,通过将有限层模拟计算结果与足尺试验实测结果进行对比分析,验证了有限层模型的合理性,同时阐明了移动荷载作用下沥青混合料层底沿行车方向的动力学原理和规律,还对比分析了隧道内、外柔性基层沥青路面结构力学响应的不同。研究表明:隧道柔性基层沥青路面沥青混合料层底沿行车方向应变比普通柔性基层沥青路面的小;隧道内道路的基岩顶面竖向压应变远小于普通道路的路基顶面竖向压应变,隧道内道路的基岩顶面竖向压应变可以忽略不计。
最后研究了行车速度、沥青面层厚度、沥青面层温度对隧道柔性路面力学响应规律的影响。研究结果表明:在移动荷载作用下,行驶速度、面层厚度和面层温度对隧道柔性基层沥青路面沥青混合料层底应力应变的变化趋势影响不显著,仅对应力应变值大小有较大影响。增加行驶速度、增加面层厚度、降低路面温度皆可以减小路面沥青混合料层底沿行车方向和竖向的应变值。
首先通过足尺隧道柔性基层沥青路面加速加载试验采集了沥青混合料层底的应变和温度数据,同时采集了级配碎石层底和层顶的竖向压应力和温度数据,研究了沥青混合料层底沿行车方向应变在瞬时、每日加载过程和100万次加载过程的变化规律,并对比分析了级配碎石层顶和层底应力在加载过程中的不同变化。研究表明:在车轮荷载一次移动过程中,沥青混合料层底沿行车方向水平应变响应分三个阶段。第一阶段是在车轮到达响应点之前,响应点受压应力,产生压应变;第二阶段是车轮到达响应点上方且在离开响应点之前,响应点应力迅速由压应力转变为拉应力,且当车轮位于响应点正上方时,拉应力最大,此时拉应变也最大;第三阶段是车轮离开响应点之后,响应点继续受压应力,产生压应变,当车轮离开足够远时,应力和应变趋于0。在移动荷载作用下,沥青混合料层底沿行车方向应变大于横向应变;隧道路面沥青混合料层底沿行车方向瞬时应变呈拉应变与压应变交替出现,最大应变均为拉应变。
然后运用3D-Move Analysis软件建立了隧道柔性基层沥青路面三维有限层模型,通过将有限层模拟计算结果与足尺试验实测结果进行对比分析,验证了有限层模型的合理性,同时阐明了移动荷载作用下沥青混合料层底沿行车方向的动力学原理和规律,还对比分析了隧道内、外柔性基层沥青路面结构力学响应的不同。研究表明:隧道柔性基层沥青路面沥青混合料层底沿行车方向应变比普通柔性基层沥青路面的小;隧道内道路的基岩顶面竖向压应变远小于普通道路的路基顶面竖向压应变,隧道内道路的基岩顶面竖向压应变可以忽略不计。
最后研究了行车速度、沥青面层厚度、沥青面层温度对隧道柔性路面力学响应规律的影响。研究结果表明:在移动荷载作用下,行驶速度、面层厚度和面层温度对隧道柔性基层沥青路面沥青混合料层底应力应变的变化趋势影响不显著,仅对应力应变值大小有较大影响。增加行驶速度、增加面层厚度、降低路面温度皆可以减小路面沥青混合料层底沿行车方向和竖向的应变值。