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原文传递旧水泥路面碎石化及拼接时路面结构的寿命分析

论文题名：	旧水泥路面碎石化及拼接时路面结构的寿命分析
关键词：	道路拓宽工程;旧水泥路面;拼接时路面;疲劳寿命;有限元折减法
摘要：	随着我国社会经济的不断发展，目前有一部分四车道高速公路已不能适应交通量增长的要求，迫切需要扩大道路通行能力。现阶段我国高速公路扩建大多采用老路加宽的方案，目前规范中还没有针对道路拓宽的完整设计方法。本文依托合宁高速公路改扩建工程，研究了旧路水泥板碎石化后的路基路面结构拼接技术对路面结构寿命的影响。主要工作包括以下几个方面：　　首先，对合宁高速公路改扩建的路基拼接试验段进行了沉降板的埋设和观测。用拼接路基顶面的最大沉降量为目标函数，针对路基E-B模型和地面以下土基E-B模型定义了各参数的灵敏度函数，根据参数敏感性分析的结果，确定了需要使用检测数据进行反算的参数。研究了基于现场沉降板检测数据反算待定参数的方法。根据反算参数通过Biot固结有限元模型计算得到路面结构铺筑后引起的拼接路基表面差异沉降。　　第二，使用基于强度折减的有限元法分析了拼接路基的边坡稳定性，综合了不同屈服准则间的参数转化方法。以路面结构层所能承受的路基项面最大差异变形为控制指标，提出了路基路面结构整体安全系数为边坡强度安全储备系数的控制方法。研究了拼接路基边坡稳定分析临界参数法的绘制原理及实例。　　第三，通过现场试验，结合承载板得到的当量回弹模量检测结果，确定了合适的旧水泥路面碎石化拼接施工工艺。推导了道路承载板分层回弹模量检测法的理论计算公式，依托合宁高速公路扩建工程的分层承载板检测结果进行了各层路面结构的回弹模量反算，并用有限元计算结果绘制的诺模图得到了含过渡区域的拼接接缝两侧基层顶面当量回弹模量分布。　　第四，推导了道路材料以应力和应变为变量的损伤演化方程形式。基于控制应力的小梁弯曲疲劳试验，用断裂韧度为控制指标分别反算了以应力为变量的水泥稳定碎石和沥青混合料损伤演化方程，用极限拉应变为控制指标反算了以应变为变量的沥青混合料损伤演化方程。对水泥稳定碎石材料的应力损伤方程、沥青混合料的应力损伤方程和应变损伤方程的寿命预测能力进行了验证。　　第五，分析了路面结构参数和轴载水平对水泥稳定碎石层寿命的影响，研究了拼接工况下水泥稳定层寿命的优化设计措施。提出高速公路扩建工程中基于损伤等效的水泥稳定层当量轴载系数EALF和基于损伤等效的水泥稳定碎石层抗拉强度结构系数Ks的计算公式。　　最后，分析了路面结构参数和轴载水平对接缝处沥青层寿命的影响，研究了拼接工况下接缝处沥青层寿命的优化设计措施。提出高速公路扩建工程中基于损伤等效的接缝处沥青层当量轴载系数EALF和基于损伤等效的接缝处沥层抗拉强度结构系数Ks的计算公式。　　本文将拼接工况下的路基设计和路面设计相结合，提出了以路面结果的需求控制路基设计的方法。根据现场检测获得了各结构层回弹模量参数和接缝两侧基层顶面当量回弹模量分布。研究了高速公路扩建工程中拼接水稳层和接缝处沥青层的寿命分析，弥补了现行的沥青路面设计规范在拼接路面结构研究方向上的不足。
作者：	韩丁
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文