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交通荷载作用下脱空道路破坏机制与控制对策研究
| 论文题名： | 交通荷载作用下脱空道路破坏机制与控制对策研究 |
| 关键词： | 脱空道路;破坏机制;交通荷载;动态演化;风险分级控制 |
| 摘要： | 随着城市地铁、综合管廊等工程进入大规模建设与运营期，地下工程施工扰动和塌方、市政管道渗漏及涌水等问题频发，造成路面脱空现象严重。在密集、繁重的交通流下，轻则造成路面开裂、发生沉陷而引发交通事故;重则造成地面塌陷，导致车毁人亡，经济损失重大，社会影响恶劣。脱空这一地下病害已成为影响道路行车安全的主要灾害源之一。本文针对交通荷载作用下脱空引发的路面结构破坏理论与技术难题，紧密结合工程实践，通过理论分析、数值模拟、模拟试验等方法，以路面脱空破坏风险预控为目标，深入研究了脱空道路破坏机制及脱空风险程度评估方法，建立了脱空破坏风险分级控制对策。本文的主要工作与创新成果如下: (1)结合塌陷事故案例，梳理了脱空区的形成原因及空间赋存状态。基于塌陷事故致因类型，总结了塌陷的发生条件与过程，阐述了塌陷灾变特征，为道路脱空破坏机制研究提供基础。 (2)通过有限元法研究了脱空道路荷载响应特征。基于交通荷载特性，提出了移动荷载施加方法。建立了脱空道路有限元模型，揭示了交通荷载作用下路面脱空后的力学响应规律。系统研究了空洞埋深及长度、车速、横向加载位置对应力应变响应时程变化的影响。分析了交通荷载下脱空区演变对路面破坏的影响，从力学响应角度揭示了交通荷载对脱空道路的破坏机制。 (3)研发了交通荷载下脱空引发路面破坏模拟试验系统，实现了动载施加后路面结构脱空破坏过程的可视化模拟。开展了脱空道路荷载响应模拟试验，研究了不同激励荷载下不同脱空类型的结构响应，获得了试验条件下道路内部应力场、应变场及位移场动态演化特征。揭示了脱空道路破坏灾害演化过程，建立了脱空发展历程与循环荷载施加次数之间的对应关系。通过与有限元模拟结果的对比验证，进一步揭示脱空道路破坏机制。 (4)通过有限元分析建立了多工况沥青路面响应综合算例库，研究了空洞长度和埋深、沥青层厚度及模量、荷载水平等因素对临界路面响应的影响。通过多元回归分析，建立了路面临界响应预测模型。引入了“风险指数”概念，提出了基于临界路面响应确定脱空风险程度的分析方法。基于风险发生可能及后果影响，划分路面破坏风险等级。研究了脱空破坏风险随荷载水平、空洞参数、道路材料参数的变化规律，建立了路面脱空破坏风险分级控制对策。通过与空洞风险实例进行对比，验证了风险分析方法的可行性。 |
| 作者： | 王孟 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李术才;刘人太 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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