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原文传递西部地区粒料基层沥青路面使用性能与结构研究

论文题名：	西部地区粒料基层沥青路面使用性能与结构研究
关键词：	西部地区;粒料基层;基层沥青路面;路面使用性能;非线性;地方性材料;级配砂砾;最大干密度;路面结构;试验路;回弹模量;施工工艺;最大理论密度;有限元法;线性特性;室内外;设计;砂砾基层;弹性;承载板
摘要：	基于低工程造价的低交通量道路设计是国内外普遍关注的问题，本着道路修建“因地制宜、就地取材”的指导原则，本论文重点研究地方性材料在道路基层中的应用。主要内容包括： 1.调查并分析了新疆地区二级及二级以下公路路面结构及其地方性材料的应用状况； 2.通过室内外一系列的试验，建立了不同最大粒径时级配指数n值和最大干密度之间的关系，并根据室内外的试验结果，结合规范规定的级配范围以及贝雷法控制指标，研究并了砂砾基层颗粒组成级配要求； 3.路基土和粒料方面，参考国外研究思路并结合我国实际情况，从承载板和弯沉法两方面探讨了级配砂砾混合料结构的设计参数； 4.根据粒料基层的强度和结构特性，用多种方法来分析粒料基层沥青路面的典型路面结构，特别引入了k-θ模型非线性有限元法对比线性和非线性的区别。在此基础上，基于线弹性方法并结合考虑材料的非线性特性方法，比较了几种方法用于路面分析时的表现； 5.利用上述研究结论，结合材料实际应用情况，分析适合我国西部地区低交通量、利用天然砂砾材料的路面结构，并通过试验路进行了验证； 6.结合铺筑试验路，提出利用地方性材料修筑道路的施工工艺及施工技术，为我国西部地区的道路施工提供技术支持。本文的主要结论： 1.通过大量的路况调查和现场测定得出了有关设计参数的规律及数值； 2.最大干密度与n值的曲线有峰值，n平均取值为0.43。砂砾石料用于基层和面层时，为方便工程应用，其理论级配中的级配指数n值都可取0.45。用于基层时，其含水量下限不宜低于3.5％，上限因砂砾料具有透水性较强特点可不作要求； 3.砂砾石材料吸水率比碎石材料大，建议直接采用毛体积密度，按照SHRP 公式计算最大理论密度，该密度可取代室内实测的最大干密度作为施工时计算压实度的控制标准。 4.无机结合料材料的最大干密度并不等同于试件空隙为0的最大理论密度，达到最大干密度时的试件实际包含一定的空隙，就本文研究的级配指数n=0.45 时的情况而言，最小的空隙率达到5.1％，普遍在7％以上。 5.根据室内试验结果，结合规范规定的级配范围以及贝雷法控制指标，给出了级配砂砾基层的颗粒组成建议性要求； 6.室内试验发现，各种试件的回弹模量E(MPa)与承载板压力P(MPa) 之间均表现出较好的线性关系： 7.野外(整层法)试验研究发现，承载板法回弹模量E0(MPa)与弯沉法的变形l1(0.01mm)之间具有较好的乘幂关系E0=18419 l1-1.0294。该关系式可供新疆地区级配砂砾基层施工时控制质量使用。 8.松散粒料具有应力依赖性，体现为粒料材料的模量随作用的应力状态的变化而变化，且随应力状态的增加而增加，说明其非线性特性十分明显，需要在路面分析和设计中充分考虑。考虑粒料层的非线性后，路面主要力学响应存在明显差异，应该在路面设计中考虑粒料层的非线性特性； 9.采用弹性分层法和平均模量法计算路面力学响应，与非线性方法差异不大，可以作为非线性有限元法的近似方法分析路面非线性特点； 10.用平均模量法确定的粒料层平均弹性模量作为设计用有效弹性模量，设计方法依旧采用传统的弹性层状体系方法，提出了我国西部地区粒料层有效弹性模量的建议值； 11.通过西部地区路况的现场调查及地方材料的室内外研究，参考国外有关资料，结合理论分析，推荐常用的路面结构表，并通过试验路进行了验证； 12.提出了适合我国西部地区的粒料基层沥青路面施工工艺及技术控制要求。关键词：地方性材料，粒料基层，使用性能，天然砂砾，级配砂砾，混合料，三轴试验，承载板，回弹模量，有限元法，路面结构，施工工艺，施工技术
作者：	韩志强
专业：	道路与铁道工程
导师：	许志鸿
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2005
正文语种：	中文