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原文传递基于孔隙水压力的沥青路面水损害研究

论文题名：	基于孔隙水压力的沥青路面水损害研究
关键词：	沥青路面;水损害;孔隙水压力;粘结特性;渗透性能
摘要：	沥青路面水损害严重影响沥青路面路用性能和使用寿命，产生水损害的根本原因是沥青路面结构内部的滞留水在车辆荷载的作用下产生孔隙水压力，孔隙水压力正负循环对沥青混合料产生冲刷作用破坏沥青-集料界面，使沥青从集料表面剥落，进而导致沥青混合料松散、强度降低。本文利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟，研究了孔隙水压力的分布规律及影响因素，并结合沥青-集料界面粘结特性及沥青混合料的渗透性能分析沥青路面产生水损害的原因。　　首先，成型AC-13、SMA-13、OGFC-13混合料马歇尔试件，测定试件的空隙率和不同渗透压力下的渗透系数，分析空隙率和渗透压力对渗透系数的影响。试验结果表明:随着空隙率的增大，渗透系数增大;而随着渗透压力的增大，渗透系数降低;渗透系数与矿料级配类型有关。　　其次，对混合料试样进行动水冲刷试验，研究动水冲刷对沥青混合料渗透性能和水稳定性的影响。测定动水冲刷前后沥青混合料的渗透系数，试验结果表面:渗透系数随着动水压力和作用时间的增大而增大。动水冲刷后的试件进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，结果表明动水冲刷会降低沥青混合料的水稳定性，试件的马歇尔残留稳定度MS0和冻融劈裂强度比TSR随动水压力和作用时间的增大而减小。　　再次，基于多孔介质流固耦合理论，利用ABAQUS有限元软件建立沥青路面三维模型，模拟沥青路面在车辆荷载作用下的动态响应，研究孔隙水压力的分布规律及其影响因素。模拟结果表明:车辆荷载作用下，沥青路面孔隙水压力、竖向位移、最大主应力呈现波动性;孔隙水压力随荷载和车速的增大而增大，随渗透系数和弹性模量的增大而减小。　　之后，通过室内拉拔试验研究沥青-集料界面粘结特性的影响因素，以拉拔强度表征沥青-集料的界面粘结特性。试验结果表明:低温(0℃)条件下，沥青-集料界面破坏为粘附性破坏，常温(20℃)条件下，沥青-集料界面破坏为粘聚性破坏;存在一个最佳沥青膜厚度，使沥青-集料界面粘结强度最大;随着温度的升高，界面粘结强度降低;水的作用同样会降低界面粘结强度。　　最后，结合孔隙水压力的模拟计算结果和沥青-集料界面粘结强度，分析了不同条件下孔隙水压力对沥青混合料的破坏作用。分析结果表明:低温条件下，孔隙水压力小于沥青-集料的界面粘结强度，温度升高，孔隙水压力增大而沥青-集料界面粘结强度减小，40℃时，孔隙水压力明显大于界面粘结强度，会对界面产生破坏;孔隙水压力随车辆荷载增大而增大，荷载增大到0.9MPa时，孔隙水压力大于沥青-集料界面粘结强度，会对界面产生破坏;孔隙水压力随车速增大而增大，车速增大到100km/h时，孔隙水压力大于70＃基质沥青和HVA高粘改性沥青的界面粘结强度，会对界面产生破坏。　　研究认为，沥青路面内部有水存在时，在车辆荷载作用下会在短时间内出现正负循环的孔隙水压力，对沥青-集料界面产生破坏，进而导致沥青路面产生水损害。重载、高速、高温是产生沥青路面水损害的不利条件。
作者：	杜生翔
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	梅迎军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文