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孔隙水压诱发沥青路面水损害的疲劳损伤力学数值分析
| 论文题名： | 孔隙水压诱发沥青路面水损害的疲劳损伤力学数值分析 |
| 关键词： | 沥青路面;水损害;孔隙水压;疲劳损伤;数值模拟 |
| 摘要： | 沥青路面水损害是指，饱水路面在车辆荷载和孔隙水压的共同作用下，强度逐渐降低、沥青混合料趋于松散，最终导致路面出现网裂、松散及坑槽的一种破坏现象。水损害会严重影响路面的使用性能并降低其使用寿命，是沥青路面服役过程中常见的病害之一。研究沥青路面水损害的力学机理、分析评价方法及防治措施，一直是道路工程领域的重要课题。 根据已有结果，路面饱水时，动态车辆荷载引起其内部产生的超孔隙水压会导致沥青混合料强度加速衰减，是沥青路面水损害的主要力学诱因，所以弄清饱水沥青路面孔隙水压的发生与分布规律，是水损害研究的基础工作。然而，目前针对孔隙水压力的研究，不论是实测值、解析解或数值解，总体离散较大，因此，明晰沥青路面在车辆荷载作用下孔隙水压的大小、分布和主要影响因素，对于沥青路面水损害研究具有重要意义。 另外，从损伤力学观点来看，沥青路面的水损害，实质是沥青混合料在孔隙水压和车辆荷载共同作用下发生破坏的一种疲劳损伤现象。因此，采用疲劳损伤理论解释路面的水损害现象，对于深入认识水损害发生机理以及预估路面水损害寿命应有其独到之处。而就目前现状来看，相关研究几近空白。 鉴于以上情形，本文采用多孔介质流固耦合理论和疲劳损伤原理，对饱水沥青路面的超孔隙水压及其诱发的路面损伤现象，进行了研究和分析，具体工作和结果如下: (1)对半正弦循环荷载作用下，饱水沥青路面的孔隙水压力和动态力学响应进行数值计算。结果表明，循环荷载作用下沥青路面内部的孔隙水压呈正、负循环状态，正向最大值（表现为水力扩散）位于面层中下部，大小为300kPa～500kPa，约为沥青混合料抗拉强度的0.6～0.8倍，该数量级孔隙水压力的反复作用，必导致混合料强度降低、趋于松散; (2)对影响路面孔隙水压的主要因素进行了分析。结果表明，路面不同层位的渗透系数、胎压，是影响孔隙水压力大小和分布的主要因素;上面层渗透系数增大时，孔隙水压力有所减小，基层渗透性增大亦能减小孔压峰值，但基层透水有可能增加路基湿度; (3)对孔隙水压主导的沥青混合料损伤演化模型进行了探索，并据此对沥青路面的水损害现象进行了疲劳损伤力学数值分析。结果表明，论文尝试提出的考虑孔隙水压主导作用的损伤演化模型，具有一定合理性，且据此进行的路面水损害疲劳损伤数值分析，亦为水损害损伤分析提供了有价值的借鉴和参考。 |
| 作者： | 王文珊 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 张俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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