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半干旱地区沥青路面Top-Down裂缝成因及影响因素分析
| 论文题名： | 半干旱地区沥青路面Top-Down裂缝成因及影响因素分析 |
| 关键词： | 沥青路面Top-Down裂缝;病害机理;性能试验;数值模拟 |
| 摘要： | Top-Down裂缝对沥青路面的整体结构产生破坏，使降水等其它外来杂质沿Top-Down裂缝进入沥青路面结构，进而对沥青路面的使用性能造成影响。鉴于此，本文通过统计整理得到半干旱地区自然地理概况、沥青路面病害类型与Top-Down裂缝分布特征。根据断裂力学对裂缝尖端场及荷载作用下沥青路面的表面裂缝进行分析，并基于温度场作用进行Top-Down裂缝开裂理论分析。通过沥青混合料试验和有限元模拟对比分析原材料性质、荷载以及温度对沥青路面Top-Down裂缝病害影响。依托工程实际，进行抗Top-Down裂缝开裂的试验路路用性能分析，得到如下主要研究结论： （1）通过调研分析河北省半干旱地区典型路段沿线地理地貌、工程地质与气象水文资料；收集整理交通量及荷载工况等数据；通过资料分析，数据提炼得出河北省高速公路Top-Down裂缝病害分布特征与初步成因。 （2）通过三轴重复荷载试验、冻融劈裂试验、劈裂试验以及小梁弯曲试验，试验结果发现橡塑改性沥青混合料较SBS改性沥青混合料达到5%永久变形的荷载循环次数增加17.5%、冻融劈裂强度比增加5.8%、劈裂抗拉强度增加10.6%、抗弯拉强度增加25.4%。橡塑改性沥青混合料的高温性能、水稳定性能、抗拉性能与低温抗裂性能更优。 （3）由标准轴载胎压0.7MPa增至超载胎压1.6MPa，裂缝尖端处应力强度因子由77.4kPa·m1/2增至143.8kPa·m1/2增长近一倍之多。轴载控制的面层剪应力是路面Top-Down裂缝开裂与扩展的主要因素，超载是Top-Down裂缝扩展的重要原因。 （4）根据数值模拟结果可知，温度由0℃降至-20℃时产生的面层最大拉应力是最大剪应力的6.5倍，初始温度越低，温度骤降产生的面层拉应力越大，路面易产生Top-Down裂缝。 （5）设计生产配合比并据此拌制橡塑改性沥青混合料，对其进行水稳定性及高温性能检测。对橡塑改性沥青混合料试验段的碾压工艺进行了调节，并进行了压实度、渗水系数、构造深度以及平整度指标检测与分析，结果显示路用性能优秀。 |
| 作者： | 何伟 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 杨三强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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