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基于断裂力学理论的路面界面性能研究
| 论文题名： | 基于断裂力学理论的路面界面性能研究 |
| 关键词： | 公路路面;界面性能;断裂力学;粘弹性力学 |
| 摘要： | 我国现行的路面结构设计理论是建立在弹性层状体系理论基础上，将路面结构看作由若干个具有一定厚度的弹性层组合而成，对于层间的接触情况通常假定为连续或滑动，没有考虑不连续的界面状态对路面结构受力情况的影响。而对于承受来自表面层车辆荷载作用的路面来说，界面的破坏意味着结构传力模式被打破，路面的受力状态将十分不利，是导致路面破坏的直接原因。本文应用理论与试验相结合的方法研究路面界面性能，基于复合材料界面断裂力学和粘弹性力学建立路面结构界面理论分析模型，并借由试验手段探讨增强路面界面性能的途径。研究主要从以下几个方面进行: 1、将复合材料界面断裂力学应用于公路路面，针对长久以来强基薄面的路面结构现状，将含界面裂纹路面性能的研究简化为文克尔地基上含界面裂纹层合结构应力场的分析。裂纹存在于面层、基层界面，考虑两种典型的基底边界条件:水平向自由滑动与固定，利用傅里叶积分变换将位移控制方程转化为裂纹处位错密度函数的Cauchy型奇异积分方程，借助留数定理和切比雪夫多项式求解方程，推导出含界面裂纹弹性路面应力位移场的显式解析表达式，给出随路面结构层参数变化的应力强度因子的数值解答，提出基于界面性能的路面材料和结构设计建议。并通过参数退化的方法验证理论公式的正确性。 2、考虑公路路面的粘弹性属性，将面层简化为线粘弹性材料，通过相应原理将含界面裂纹粘弹性路面应力位移场的求解转化为Laplace空间中相应弹性问题的解答，借助Laplace反演公式建立时间域内应力位移场表达式，借由德宾法给出裂纹尖端复应力强度因子模数时间域内的数值解答，提出基于模量衰减幅度的面层、基层材料组合建议。并通过退化为弹性解答的方法对理论公式加以验证。 3、进行路面材料性能试验，包括车辙、低温劈裂和浸水马歇尔试验，测试研究所用材料的基本属性和沥青混合料配合比设计的合理性，为进行路面结构的界面试验做准备。 4、结合路面芯样测试实际路面的界面性能，同时验证自制模具及试件成型方法的适用性。进行Boni纤维沥青混凝土路面界面剪切疲劳试验，研究组成界面的相关材料属性对界面性能的影响，探讨增强路面层间结合状态的途径，并验证理论分析的结果。通过不同频率的界面疲劳试验建立与行车速度相关的路面界面抗剪强度系数。 |
| 作者： | 郭扬 |
| 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： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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