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原文传递饱和沥青路面的粘弹性分析

论文题名：	饱和沥青路面的粘弹性分析
关键词：	沥青路面;水损害;粘弹性;Biot固结理论;有限元;超孔隙水压力
摘要：	水损害是沥青混凝土路面最常见的病害之一。水损害的出现会引发多种路面质量问题，从而严重影响路面使用性能和降低耐久性，因此沥青路面水损害问题一直引起广泛关注，成为科研和工程实践的重要课题。本文针对路面水损害问题，应用理论分析和数值模拟的方法研究饱和沥青混凝土路面粘弹性动、静力学响应，完成以下内容: 　　首先，在空间轴对称坐标系下，采用Laplace变换和Hankel变换方法，应用粘弹性体的微分型本构关系求解Biot固结方程和渗流连续方程，得到了饱和粘弹性体系的应力和位移的一般解。　　第二，依据表面和无穷远处的边界条件，求出饱和粘弹性半空间体的应力和位移的积分空间中显式表达式，再采用德宾法和复化辛普森求积公式等数值方法进行Laplace逆变换和Hankel逆变换。以聚酯纤维沥青混凝土材料的Burgers模型为例，对超孔隙水压力、竖向有效应力和竖向位移进行了算例分析。计算结果表明，聚酯纤维含量为0.20％的沥青混合料具有超孔隙水压力小、竖向有效应力大、竖向位移小等优点，具有更强抗水损害能力。　　第三，依据层状体系理论和边界排水条件、层间接触条件，针对双层饱和粘弹性沥青路面的四种不同情况:即表面排水与不排水条件下层间连续和滑动接触情况，推导出各层应力、位移、超孔隙水压力以及水流速度的表达式。并通过与有限元分析结果对比验证了本文公式的正确性。以Kelvin模型表征沥青混凝土的粘弹性能，提供四种双层路面结构体系的超孔隙水压力的计算实例。通过计算实例之间的对比，揭示了边界排水条件与层间接触条件对于超孔隙水压力的影响。　　第四，依据层状体系理论和层间的接触条件，推导出表面排水与不排水条件下的多层饱和粘弹性体系显式解答。以Kelvin模型为例计算了中心对称轴上的超孔隙水压力。计算结果表明，当假设表面为不排水条件时，沥青路面结构中的超孔隙水压力值要大于排水路面。　　最后，依据沥青混合料的蠕变试验结果建立本构关系，应用有限元方法对多层饱和路面结构进行二维粘弹性动力响应分析。计算结果表明，在行车荷载作用之后，路面表面的竖向位移没有完全恢复，产生了竖向永久变形;由于沥青面层（粘弹性体）的应变恢复速度慢于基层（弹性体）的应变恢复速度，导致路面结构中存在残余应力。
作者：	张斌
专业：	道路与铁道工程
导师：	赵颖华
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文