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原文传递基于M-C准则的沥青路面破坏统一力学模式初步探讨

论文题名：	基于M-C准则的沥青路面破坏统一力学模式初步探讨
关键词：	沥青路面;应力分布;有限元分析;疲劳损伤;路面破坏
摘要：	路面结构力学分析是道路工程中传统的研究课题，前人已经开展过大量的工作。但随着轮载的增加，以及路面结构组合形式的多样化，传统的路面结构破坏理论对于路面结构破坏的某些现象无法进行解释。如：路面表层破坏产生的大量Top-Down裂纹，在轮压作用下Top-Down裂纹开裂的拉应力是如何产生的？为什么基层强度大大提高之后路面表层的沥青层反而破坏的更快？　　研究路面结构中应力状态的复杂性需要新的思路。Mohr-Coulomb（M-C）准则是地质工程和岩土力学中常用的强度准则，本文尝试从学科交叉的角度，在传统的路面结构模型基础上利用M-C准则从应力的主应力分布形式的角度出发，探讨沥青路面结构应力的复杂性。　　主要工作包括：　　以弹性层状体系理论为基础，利用沥青路面结构的简化模型，分析了基层模量对沥青路面结构破坏的影响，确定了一种路面结构的控制指标-路面疲劳损伤潜在指数（APPDI），初步提出了路面结构破坏的统一力学模式；以现有的6条高速公路沥青路面为例，在有限元计算的基础上利用APPDI推断其路面破坏的力学模式，并与实际路面破坏进行对比分析验证，同时提出了几种路面结构对材料的强度要求；利用均匀设计安排参数组合对高模量基层路面结构应力分布进行了有限元计算，结合APPDI和莫尔圆分析了高模量基层路面结构中不同深度的应力状态，重点对比了不同位置不同深度剪应力的主应力组成方式，观察到高模量基层路面表层剪应力中主应力组成方式出现拉-压复合剪切现象。　　主要研究成果有：　　1)初步探讨了路面结构破坏的统一力学模式，发现最大拉应力或剪应力不全是路面结构最先破坏的位置，简单的以拉应力或剪应力大小作为路面结构控制指标是不准确的，本文提出了一种新的控制指标APPDI来解释路面结构破坏的机理。　　2)从新定义的控制指标APPDI分析三种典型沥青路面结构结构破坏形式依次为：柔性基层沥青路面表现为—以层底拉应力为主的层底弯拉破坏；半刚性基层沥青路面表现为—以轮迹边缘附近深1~5cm的压应力为主的剪切破坏(车辙)及轮外20cm左右处深度7~12cm以压应力为主的剪切破坏（车辙）；刚性基层沥青路面表现为—面层表面轮迹边缘拉压共生作用的剪切破坏(Top-Down裂纹)，其自上而下延伸扩展；并对三种典型路面结构破坏的面层材料强度做了分析，给出了材料强度范围要求。　　3)通过影响APPDI的材料参数内聚力c和抗拉强度σt，分析了沥青路面破坏与路面结构组成的影响：拉-压复合剪切状态的存在，使得路面在疲劳荷载作用下，有两种接近路面材料临界物态线的方式。拉-压复合剪切状态是TOP-DOWN裂纹与车辙破坏的重要诱因之一，疲劳状态下剪应力组成方式不同，对路面结构的疲劳寿命有重大影响；考虑到莫尔包络线是由内聚力c和抗拉强度σt控制，可以用高温内聚力c与抗拉强度σt或高温抗压强度σc作为路面材料剪切控制指标。
作者：	杜冬冬
专业：	地质工程
导师：	李晓军;杨东来
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文