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黑棉土路基处治与路面结构一体化技术研究
| 论文题名： | 黑棉土路基处治与路面结构一体化技术研究 |
| 关键词： | 公路病害;黑棉土地基;开裂行为;化学处治;物理处治;沥青路面 |
| 摘要： | 东部非洲公路工程建设过程中不断遇到黑棉土带来的工程问题。黑棉土具有吸水膨胀，失水收缩开裂的工程特性，易造成铺筑在其上的路基路面结构开裂。因此，有必要对黑棉土的工程特性、处治技术和路面结构组合进行深入研究。 为了分析黑棉土的物理化学和强度特性，进行了颗粒分析、矿物组成分析、液塑限、自由膨胀率、阳离子交换量、击实和CBR试验。结果表明，黑棉土黏粒含量高，液限和塑性指数高，自由膨胀率大，蒙脱石含量高，交换性阳离子数量大，CBR值小。蒙脱石含量高，更易吸附较多的可交换阳离子，导致了黑棉土的强膨胀性。 为了分析黑棉土地区的路基初始开裂行为，使用Abaqus模拟了典型路基断面的路堤顶部张拉应力峰值和峰值位置的改变。模拟表明，蒸发强度越大，地表蒸发时路堤顶面张拉应力峰值增大越快，其位置越靠近路肩。厚层黑棉土有助于路堤顶面张拉应力峰值快速到达其抗拉强度阈值。路堤越高，路堤顶面张拉应力峰值越小，其位置越远离路肩。随着黑棉土地基处治深度的增加，路堤最大主应力峰值、开裂范围和深度逐渐减小，不过，不同黑棉土埋深和路堤高度下，地基处治深度对路堤初始开裂的影响差异较大。因此，不同路堤高度和黑棉土埋深宜采用不同的地基处治深度。 针对黑棉土的工程特性，提出了黑棉土路堤的化学和物理处治方法。采用液塑限、CBR等试验，分析了石灰和火山灰对黑棉土工程性质的影响;通过数值模拟分析了不同物理处治技术路堤的变形特性。结果表明，石灰和石灰火山灰复配极大地改善了黑棉土的工程特性，6％的石灰或3％的石灰和15％的火山灰复配处治的黑棉土即可满足路基设计规范对路堤填料的要求。黑棉土包边处治时，路堤变形随着地基处治深度和包边处治厚度的增加而减小，基于弯沉等效的黑棉土路基刚度补偿设计可用于确定其顶封层的厚度。黑棉土地基土工膜处治时，处治深度宜通过大气影响深度确定。试验路监测结果验证了不同黑棉土路堤物理处治技术的有效性。 为了分析不同路面结构对黑棉土处治路堤的适应性，使用Abaqus模拟了黑棉土处治路堤上铺筑沥青路面结构时的路表变形及路面附加应力。结果表明，底基层模量和厚度的变化对路表变形的影响甚微，而对路面结构的附加应力影响较大。黑棉土处治路堤上铺筑夹层结构时，底基层的模量和厚度宜适当增大，铺筑半刚性基层结构时，采用常规模量和设计厚度即可。通过灰色关联决策分析可知，设置抗疲劳层的级配碎石夹层路面结构较半刚性基层结构更能适应黑棉土处治路堤的不均匀变形。 |
| 作者： | 程永振 |
| 专业： | 交通运输工程；道路与铁道工程 |
| 导师： | 黄晓明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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