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原文传递基于数值模拟的具有碳酸盐渍土路基的路面结构响应分析

论文题名：	基于数值模拟的具有碳酸盐渍土路基的路面结构响应分析
关键词：	沥青路面;水泥混凝土路面;结构响应分析;碳酸盐渍土;数值模拟
摘要：	碳酸盐渍土主要分布于我国的东北地区，具有分布范围广、含盐量随环境复杂变化等特点。随着国家经济发展布局的推进，碳酸盐渍土地区的道路工程建设项目大幅度增加，科学合理的利用碳酸盐渍土对于改善道路沿线周边环境，降低工程造价等都具有重要意义。因此，碳酸盐渍土的改良和工程应用技术研究逐步成为热点和难点。　　本论文以吉林省西部地区碳酸盐渍土在道路工程的应用为着眼点，采用数值模拟的研究方法，开展以碳酸盐渍土作为路基的路面结构的力学响应分析。主要工作如下：　　（1）对路面结构力学响应分析的数值模拟方法的理论基础进行了分析。在此基础上，根据本研究目的，结合常用分析软件的特点，以计算理论先进、对非线性问题能够实现稳定求解等为侧重点，确定了利用ADINA有限元分析软件，对碳酸盐渍土路基和水泥混凝土面层板等路面结构层，分别采用Drucker-Prager土体模型和基于塑性的混凝土损伤模型等进行建模分析。　　（2）路面结构响应分析模型的建立。在前述分析方法选择确定的基础上，针对沥青路面和水泥混凝土路面两大类路面类型，分别建立了路面结构力学响应分析模型，对单元划分、边界条件及材料属性等进行了研究确定，并验证了模型的合理性。　　（3）具有碳酸盐渍土路基的沥青路面结构响应分析。利用数值模拟分析模型，对交通荷载作用下，碳酸盐渍土路基状态、公路等级和路面结构组合形式变化条件下的沥青路面的力学响应情况进行了分析，力学指标包括竖向位移和竖向应力以及剪应力。研究结果显示，路面结构的力学响应指标随碳酸盐渍土路基状态和结构组合的不同而产生规律性变化；其中，各种工况的石灰改良碳酸盐渍土路基竖向位移减少18.1~30.3%，竖向应力增加160~475%，剪应力下降0.24~0.50%。　　（4）对比分析了水泥混凝土路面结构在车辆荷载作用下的力学响应情况。分析过程中，对土基状况、道路等级和结构组合状况等因素对路面结构力学响应的影响情况进行了计算研究。分析发现，经不同改良处理的碳酸盐渍土路基路面结构力学响应呈规律性变化。在经掺量为13%的二灰改良时，路面结构力学响应参数出现极值。不同工况的碳酸盐渍土路基竖向位移减少25.3~91.5%，竖向应力增加21.6~219%，剪应力下降0.29~0.36%。相较于沥青路面，由于水泥混凝土板强度高，刚度大，水泥混凝土面层板承担了绝大部分荷载作用，传递到基层和土基的剪应力等非常小。　　从路面结构力学响应的角度来看，改良碳酸盐渍土可以根据路面类型、道路等级和路面结构组合状况经适度改良后作为路基层使用。但是，由于碳酸盐渍土自身的含盐量和颗粒组成等存在差异，想要达到同样的使用效果，存在改良剂掺量和结构组合等的优化问题。
作者：	迟公乐
专业：	交通运输工程
导师：	周纯秀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022