原文传递
戈壁区水泥稳定碎石基层沥青路面上拱原因及力学分析
| 论文题名： | 戈壁区水泥稳定碎石基层沥青路面上拱原因及力学分析 |
| 关键词： | 沥青路面;路面上拱;成因分析;水泥稳定碎石基层;有限元分析 |
| 摘要： | 近年来，地处戈壁区的水泥稳定碎石基层沥青路相继出现上拱现象，严重影响道路交通安全及道路的正常使用功能。本文针对瓜州某道路路面结构上拱现象，对上拱路段的病害特征、道路沿线的气候水文、工程地质展开调查，并对病害路段、非病害路段、取土场取样进行膨胀性试验、化学分析及XRD成分分析，及通过室内试验测定基层的膨胀系数。在结合路面上拱病害特征、气候水文及相关的检测、室内试验的基础上，对路面上拱原因展开分析，确定路面上拱原因。在明确病害原因的基础上，结合弹性力学、复合材料力学等相关理论构建路面结构热胀、盐胀相关力学模型并推导出热胀引起路面开裂的临界荷载及盐胀作用下路面结构大挠度表达式，并运用有限元软件对病害实体进行模拟，系统性的分析路面结构在热胀、路基盐胀作用下的破坏变形规律。主要研究结论如下： （1）在对病害路段沿线的气候条件、地质水文及病害基本特征调查后得知，能引起路面上拱原因有膨胀土路基吸水膨胀、路基冻胀、盐胀、硫酸盐侵蚀基层膨胀、基层热胀，为准确分析路面上拱原因，对病害位置取样进行膨胀性试验、化学分析、XRD成分分析，同时测定基层的膨胀系数，最后综合分析认为引起路面上拱的原因为盐胀及基层热胀。 （2）根据实体病害原因，运用弹性力学、复合材料力学相关理论分别从基层热胀、路基盐胀两个模块对上拱病害进行力学分析，通过构建相关力学模型，分别推导出基层双层板模型横向上拱的临界荷载公式及在路基盐胀力作用下路面结构上拱的挠度及应力公式，并用实例计算出路面横向上拱的临界应力。 （3）借助有限元软件Abaqus对道路结构热胀进行分析。当大气温度超过60℃时，路面结构将会发生上拱开裂，而病害路段极端天气低于60℃，若仅考虑热胀，路面结构不会发生开裂现象。根据有限元分析可知，当大气温度接近40℃时，400m无伸缩缝的道路结构将会发生4.1cm上拱，因此，不可忽略路面的热胀上拱变形。 （4）根据有限元模拟，随着盐胀力的增加，路面基层应力逐渐达到极限弯拉应力而破坏，此时由盐胀引起的路面上拱量较小。在热胀和路基盐胀共同作用路段，热胀导致路面结构发生较大上拱变形，盐胀使路面结构层发生破坏，让病害整体上呈现上拱开裂的状态，这与现场的病害情况是较为吻合的。 |
| 作者： | 杨星明 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 冯志勇;陈云峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
