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原文传递土工格室加筋沥青混凝土性能及路面结构响应特征研究

论文题名：	土工格室加筋沥青混凝土性能及路面结构响应特征研究
关键词：	沥青路面;土工格室加筋;抗裂性能;抗车辙性能
摘要：	目前沥青路面的早期损坏较为严重，车辙、裂缝等破坏时有发生，常常导致路面在远未达到设计使用年限的时候便需要进行大规模的维修养护，不仅影响了运营的安全，而且使得路面使用寿命大幅降低。为了改善沥青路面的抗裂与抗车辙性能，提高其使用寿命，本文探究用普通材料组合来达到目前常用手段不能解决的问题，即将土工格室加筋于沥青混凝土，依靠三维土工格室良好的侧向约束和限制作用来形成一层刚度和强度较大的加筋复合结构，最终达到提高沥青路面的使用寿命，减少后期的养护维修成本，在取得经济效益的同时解决沥青路面的开裂、车辙等病害问题的目的。　　基于此，本文首先通过劈裂试验、劈裂疲劳试验和车辙试验来研究土工格室加筋沥青混凝土的抗裂及抗车辙性能；然后基于CT扫描技术得到土工格室在沥青混凝土中的分布状态，结合室内试验结果揭示了土工格室的加筋机理，推导了土工格室加筋沥青混凝土的抗拉强度计算方法，可作为参考，并通过沥青混凝土永久变形粘弹性力学模型对车辙试验数据进行拟合，得到了相应的物理参数，以此预估重复荷载作用下土工格室加筋沥青混凝土的永久变形；接着采用有限元数值模拟方法研究了土工格室在不同沥青层中对路面结构力学响应的影响，在最佳加筋方式的基础上，进行了土工格室合理尺寸参数的分析；最后通过铺设试验路对土工格室在实际沥青路面中的加筋效果进行验证。得到的主要结论如下：　　（1）土工格室加筋对沥青混凝土的抗拉性能、疲劳性能以及抗车辙变形性能有明显的改善作用。在-10℃、5℃、15℃、25℃下，劈裂荷载在土工格室加筋后分别提高了3.23%、6.41%、8.98%、12.15%；疲劳寿命在土工格室加筋后得到了较大提升，最小提升率为43.6%（温度为15℃，应力比为0.3时），最大达到了131.2%（温度为25℃，应力比为0.5时）；车轮反复作用下的车辙永久变形在格室加筋后降低幅度超过了24%。以上试验结果表明：土工格室的侧向约束作用可以极大地限制沥青混凝土在荷载作用下的流动变形，抑制沥青混凝土裂缝的产生及扩散，也即说明土工格室加筋可以有效提高沥青混凝土的抗裂、抗车辙性能，延长沥青路面的使用寿命，而且土工格室在沥青混凝土中的加筋作用随着温度的升高而越发明显。　　（2）土工格室加筋后并不会破坏沥青混凝土的整体性，与散粒体材料类似，土工格室在沥青混凝土这种粘结材料中同样具备较好地侧向约束和限制作用。　　（3）较之于未加筋沥青路面，土工格室在中面层加筋时，路面结构的竖向压应力下降了8.96%，永久变形减小了15.22%，层底最大拉应力降低了2.9；而当土工格室在下面层加筋时，竖向压应力下降了5.06%，永久变形减小了7.98%，层底最大拉应力降低了8.3。说明在沥青中面层进行加筋时，土工格室主要可以提高沥青路面的抗车辙变形性能，而在下面层加筋时则主要可以阻止层底开裂。若对中、下面层同时进行加筋，由于该双层加筋方式兼顾了土工格室在其相应层位发挥的加筋作用，路面结构的最大竖向压应力相比未加筋路面下降了11.41%，最大永久变形减小了18.56%，层底最大拉应力下降了17.1，其加筋作用超过了任一单层加筋方式，对沥青路面的抗车辙及抗裂性能具有最好的改善效果，是最佳的加筋方式。　　（4）网格尺寸为20cm×20cm、高度为3cm的土工格室对沥青路面具有最好的加筋效果。　　（5）现场人工和机械相结合的方式铺筑的土工格室加筋沥青路面实现了土工格室对沥青路面的加筋作用。在实际工程中，土工格室加筋降低了沥青层层底的水平应变，说明土工格室在实际沥青路面结构中可以发挥出其加筋作用，具备良好的加筋效果。　　（6）室内试验、数值模拟分析以及实际工程应用结果均表明，土工格室加筋可以有效改善沥青混凝土的抗裂、抗车辙性能，延长其使用寿命。
作者：	苏天圣
专业：	道路与铁道工程
导师：	朱云升
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021