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原文传递沥青混凝土非饱和状态渗流场-应力场耦合作用下疲劳破坏研究

论文题名：	沥青混凝土非饱和状态渗流场-应力场耦合作用下疲劳破坏研究
关键词：	沥青路面;水损害;流固耦合;动水压力;疲劳破坏;渗透系数;空隙率
摘要：	沥青路面由于具有无接缝、低噪音、易维修等优点，成为现今高等级公路路面结构的主要型式。按照现行沥青路面设计理论，设计和施工质量良好的沥青路面，一般要经过长期使用且达到使用设计年限才会出现疲劳破坏，然而实际上部分沥青路面远未达到设计使用年限就开始出现疲劳破坏。研究表明，水损害是导致沥青路面疲劳寿命大大缩短的主要原因之一，因此深入研究沥青路面在复杂水环境下的疲劳破坏机理，有利于更一步加深对沥青路面水损害和沥青路面疲劳破坏的认识。　　本文从研究沥青混凝土的渗透性能开始，获得了沥青混凝土在不同孔隙水平下的渗透系数，通过理论研究，分析了降雨入渗过程中沥青路面结构渗流规律；探讨了基于降雨入渗初始状态下的沥青路面在动态车荷载作用下的力学响应规律，并对影响各计算指标的影响因素进行了较为详尽的分析；此外，为了进一步对沥青混凝土在荷载与水压力共同作用下的疲劳性能与疲劳破坏机理进行分析，通过室内试验手段与理论分析，得到了沥青混合料在不同水环境下的疲劳寿命方程，并对沥青路面在交通荷载与动水压力的作用下的裂纹扩展规律以及疲劳寿命进行定量的分析。　　本文的主要结论如下：　　 1.沥青混合料的渗透系数与空隙率有良好的相关性，此外，对于三种混合料类型而言，渗透系数与有效空隙率之间的相关性都要高于渗透系数与总空隙率之间的相关性。　　 2.降雨入渗过程对沥青路面结构内部(尤其是面层结构)渗流场的变化起到了显著影响。该过程将会导致沥青路面结构内部饱和度和孔隙水压力出现显著的变化；随着降雨时间的增加，路面结构由上至下，各面层逐步达到完全饱和状态，孔隙水压力也随着时间的增加而逐步提高，由初始状态下的基质吸力变为正的水压力。　　 3.在行车荷载的加载、卸载过程中，沥青路面结构内部空隙中的水不断产生动水压力，沥青混合料内部不断地承受着这种由正到负，由负到正的反复循环孔隙水压力，且这种作用在沥青面层与基层的交界面上尤为严重。此外，竖向位移、最大主应力、最大剪应力等指标也随着荷载的动态变化而呈现波动性。　　 4.降雨初始渗流场、面层以及基层渗透系数、弹性模量、车载大小都会对沥青路面在渗流场-应力场耦合作用下的力学响应产生影响，随着各影响因素的变化，各计算指标呈现不同的变化规律。其中，沥青面层内部的孔隙水压力与沥青面层拉应力受基层渗透性能影响最大，在面层底部设置排水性良好的基层有利于面层内部以及面-基层交界面上孔隙水压力的消散，并减弱面层底部的受拉状态，有利于减少水损害。　　 5.室内疲劳试验表明：在水损害状态下，沥青混合料的疲劳寿命较普通状态下大为缩短，有水作用状态下沥青混合料的疲劳寿命对应力水平的敏感程度比无水状态高。　　 6.在交通荷载与动水压力的共同作用下，动水压力的作用改变了对称荷载与偏荷载作用下裂纹扩展规律，随着动水压力的增大，裂纹尖端呈现张拉型扩展与剪切型扩展共同作用的复合形式。与无水状态相比较，有水状态下的沥青路面起裂寿命大大缩短，并且起裂寿命随着基层渗透系数的减小而降低；此外，在水压力与交通荷载共同作用下的沥青路面裂缝疲劳扩展寿命随着水压力的增加而急剧缩短，且比起无水状态下要更为不利。
作者：	杨锐
专业：	道路与铁道工程
导师：	吴国雄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文