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原文传递泰安市城市主干道交叉口车辙病害分析与防治

论文题名：	泰安市城市主干道交叉口车辙病害分析与防治
关键词：	沥青路面;车辙病害;水平荷载;力学响应;沥青混合料
摘要：	随着我国城市化进程不断推进，城市道路交通量日益增加，车辙成为城市道路中的严重问题。主干道交叉口作为城市交通枢纽，来往车辆行驶速度缓慢且频繁制动，因而交叉口路面车辙病害与主线路段相比更为严重。交叉口区域路面频繁进行半封闭养护与重修不仅造成交通堵塞，还消耗大量财力物力。故开展交叉口车辙病害分析与防治，对交叉口沥青路面结构设计及维修养护工作具有重要意义。本文基于泰安市城市主干道交叉口路面现状调查，通过有限元分析交叉口路面车辙成因，深入车辙病害防治研究，优化沥青混合料级配设计方法，并采用离散元验证防治效果，主要内容包括以下四个方面：　　（1）开展泰安市城市主干道交叉口现状调查。对泰安市部分主干道交叉口交通情况进行调研，计算交叉口处交通量与轴载，同时进行典型路面结构调查与路面病害调查，为ABAQUS有限元分析提供数据支撑。　　（2）探析交叉口车辙形成机理。采用ABAQUS模拟泰安市典型路面结构夏季温度场，建立温度场下路面力学响应模型与连续变温下路面永久变形模型。分析不同水平荷载系数对路面力学响应的影响，并结合不同速度、不同水平荷载系数下路面永久变形，总结车辙成因。根据路面结构最大剪应力分布位置与各层永久变形量，确定上面层为主抗车辙区，为下一步采取防治措施提供方向。　　（3）设计高抗剪沥青混合料级配。基于逐级填充理论与散体材料剪切模量计算公式，以提高上面层沥青混合料抗剪性能作为防治手段，对典型路面结构上面层SMA-13级配组成做出优化，根据马歇尔试验确定最佳油石比，设计出高抗剪沥青混合料级配 MAS-13 （Multilevel Anti-Shear grading）。以单轴贯入试验检验两种级配抗剪性能，通过车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、构造深度试验、渗水试验，对比两种级配路用性能。　　（4）构建离散元沥青混合料虚拟车辙试验。根据车辙试件切面照片，采用PFC2D完成两种沥青混合料虚拟车辙试件建模。通过模拟室内车辙试验，验证模型合理性。在室内虚拟车辙试验基础上，进行水平荷载下虚拟车辙试验，进一步提取两种沥青混合料中集料之间接触力，沥青玛蹄脂之间接触力，分析MAS-13应用在交叉口处对车辙的防治效果。　　研究表明，车辆制动引起的较大剪应力是交叉口路面产生永久变形的主要原因。高温及较低车速，更加剧交叉口车辙病害发展。通过逐级填充理论与散体材料剪切模量计算公式优化级配，不仅提高沥青混合料抗剪强度与剪切模量，且优化后的沥青混合料还拥有良好高温稳定性、水稳定性、抗滑性、抗渗性。最后经PFC2D验证，MAS-13同SMA-13相比，粗集料形成更加强力骨架，沥青玛蹄脂具有更大劲度。在荷载下MAS-13产生竖向变形与水平变形更小，应用在交叉口上面层可减轻路面车辙。
作者：	李淼
专业：	土木水利
导师：	杜顺成;邵永军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2023