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原文传递基于加速加载响应的柔性基层沥青路面设计指标与参数研究

论文题名：	基于加速加载响应的柔性基层沥青路面设计指标与参数研究
关键词：	加速加载响应;柔性基层;沥青路面;设计指标;材料参数
摘要：	随着交通量的迅猛增长以及重载、超载情况的加剧，高速公路沥青路面早期损坏严重，不仅影响了运营的安全，而且使得路面使用寿命大幅降低。通过对国内外沥青路面破坏类型和使用性能的调查，针对重交通条件下路面结构和材料的适应性，认为柔性基层沥青路面结构是解决重载沥青路面早期损坏的有效技术手段。然而，柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面结构不同，特别是在重载交通作用下，路面结构和材料的破坏状态和损坏机理更加复杂多样。因此，针对目前重载交通条件，如何在现有的技术条件下，解决柔性基层沥青路面结构设计理论与方法所涉及的设计指标、设计参数与控制标准等关键技术问题，成为道路界亟待解决的技术难题。　　基于此，本文借助可移动直线式足尺路面加速加载实验设备，通过铺筑具备动力响应观测条件的柔性基层足尺直道试验路和野外实体工程生产试验路，进行结构模拟实验和长期性能观测。通过室内试验测试了典型沥青混合料的动态模量参数、通过重复加载三轴试验测试了级配碎石和路基土的动态压缩回弹模量；采用分层FWD弯沉检测法反算了试验路各结构层的现场模量，建立了现场FWD反算模量和室内动态模量的换算关系；基于实测的路面结构力学响应分析，提出了与重载柔性基层沥青路面力学响应相适应的材料参数。根据对京沪高速公路鲁苏省界计重收费站收集的静态称重数据的分析，基于车辆类型分类标准，建立了山东省重载交通高速公路的轴载谱，提出了用于重载沥青路面的设计代表轴载。通过沥青层不同深度处的温度和沥青层层底拉应变的相关性分析，确定了沥青层疲劳分析的代表温度，采用多参数回归法，建立了山东省沥青路面疲劳分析温度预估方程，给出了沥青层疲劳分析路面温度小时温度分布频率。　　基于柔性基层沥青路面损坏类型和破损机理分析，提出以沥青层层底拉应变作为路面结构设计指标，以路表剪应力作为沥青层材料设计的验算指标值，前者控制沥青层自底而上的疲劳开裂，后者防止沥青层发生自顶向下（Top-Down）纵向开裂。通过对足尺直道试验路沥青层层底拉应变响应的连续观测，结合加速加载直道试验路路面损坏程度，确定了现场密级配沥青混合料的疲劳极限应变水平。通过现场热拌沥青混合料重塑试件的室内小梁疲劳试验和Weibull函数预估，得出沥青混合料室内疲劳极限应变水平，进而确定现场路面沥青混合料疲劳极限和实验室试件疲劳极限的应变比；综合国内外沥青混合料室内疲劳极限水平和国外长寿命沥青路面结构疲劳极限分析，确定了几种典型沥青混合料的现场疲劳极限应变水平；依据Miner法则，利用足尺路面加速加载试验实测数据，修正了室内沥青混合料疲劳寿命预估方程。　　基于加速加载响应的路面材料参数、道路环境参数及设计轴载，结合现场路面沥青混合料疲劳极限应变水平和材料的抗剪强度，初步构建了防止沥青层开裂的柔性基层沥青路面设计框架，并给出了柔性基层沥青路面设计流程和步骤，推荐了重载交通条件下粒料基层沥青路面的结构层适宜厚度。
作者：	庄传仪
专业：	道路与铁道工程
导师：	申爱琴
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文