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沥青路面水损坏的动水压力驱动机理研究
| 论文题名： | 沥青路面水损坏的动水压力驱动机理研究 |
| 关键词： | 沥青路面;水损坏;流固耦合;内水损坏;防治对策 |
| 摘要： | 目前水损坏被公认为排在第一位的沥青路面早期损坏模式,但其机理至今还不是很明确。以前人们往往从物理和化学的角度去研究在静水作用下沥青膜是如何剥离的,但对反复的行车荷载引起的动孔隙水压力及冲刷力对水损坏的驱动作用和机理研究得不够深入,虽然对水损坏的发展规律及水的作用前人也进行过一些探讨,但经验性的偏多,缺乏基于理性方法的定量研究。因此,在合理性假设的前提下,寻求理性分析方法,综合考虑反复行车荷载和水力驱动作用等影响水损坏的主要因素,提出水损坏的力学分析模型,研究水损坏机理,将理论与试验结果进行对比分析,并基于此提出更有效的沥青路面水损坏防治措施,具有重要理论意义和重大工程价值。 本课题采用先进测试技术和力学分析方法等综合手段对水损坏中的动水压力和冲刷力的驱动机理进行研究。研制了适于在路面摊铺期埋设的耐高温动水压力和动应力传感器,通过在现场对动水压力和动应力进行实测,研究动水压力的长消规律,进一步揭示沥青路面水损坏的流固耦合动力学机理,为路面设计理论研究提供了第一手资料。基于Biot动力固结理论,设计了两种反映车轮荷载“移动效应”的数值模拟方法,并利用该方法对多种工况下路面内的动水压力长消规律进行数值模拟。模拟中考虑道路表面动水压力的影响,着重研究车载、车速、摩擦力和路面结构等的影响,从流固耦合动力学角度论证排水基层的水损坏抑制效应。同时还研究了沥青混合料生产过程中,集料中水分对沥青路面水损坏的影响。将内水损坏分为沥青膜剥离和破裂两个物理过程,利用粘弹性理论和气体膨胀理论分别建立了它们的理论模型,为内水损坏的研究奠定理论基础。 现场试验和数值计算结果表明,行车荷载作用下饱水沥青路面内先后产生正动水压力和真空负压的泵吸作用,这一过程中水的反复冲刷会加速沥青路面破坏。通过两种路面结构的对比,发现设置排水基层后动水压力峰值和渗透力峰值明显减小,增设排水基层不仅能够将水快速排出,而且能有效减少动水压力、抑制水损坏的发生。计算结果还表明,路面内部有水时,高车速、重轴载均会加速路面水损坏。虽然排水基层的模量较低,但路面弯沉并未因此而增大,峰值甚至有所减小;超载50%时弯沉增大近l倍,导致路面变形过大甚至塑性破坏。通过理论分析首次研究了沥青混合料内水损坏,并建立了破坏模型。 |
| 作者： | 欧金秋 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 崔新壮;张珂 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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