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原文传递设置开级配大粒径沥青碎石裂缝缓解层的沥青路面抗裂机理研究

论文题名：	设置开级配大粒径沥青碎石裂缝缓解层的沥青路面抗裂机理研究
关键词：	开级配大粒径沥青碎石混合料;裂缝缓解层;沥青路面;抗裂机理;力学响应;疲劳寿命
摘要：	为了解决半刚性基层沥青路面、旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构以及刚性基层沥青路面共同存在的沥青面层反射裂缝问题,以及半刚性基层沥青路面的水损害问题,近年来我国部分学者提出开级配大粒径沥青碎石混合料(Open-graded Large Stone Asphalt Mixes,OLSM),并将其作为裂缝缓解层设置在沥青面层的下面层,铺筑在带有裂缝(或接缝)的半刚性基层、旧水泥混凝土路面板或贫混凝土刚性基层之上。针对OLSM缓解层沥青路面的研究仍处于室内试验及试验路铺筑阶段。本文在已有研究成果的基础上,继续对OLSM的材料组成设计、路用性能进行试验研究,对OLSM缓解层沥青路面的细观结构及其宏观力学响应进行系统、深入地理论分析,在理论计算的基础上,结合试验段修筑情况,提出OLSM缓解层沥青路面结构的设计步骤及流程。　　本文以国内外OLSM参考级配为基础,应用变I法原理设计OLSM-25级配,结合空隙率(15％~20%)要求,提出OLSM-25推荐级配范围,通过试验研究其力学特性、高温性能、低温性能及水稳定性,提出OLSM-25技术指标。采用离散元方法,对AC-16、AC-20、OLSM-25的间接拉伸(劈裂)试验进行数值模拟;结合试验段修筑情况,建立设置OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面离散元模型,在车辆荷载偏载作用下,对不同类型裂缝缓解层、不同级配OLSM-25裂缝缓解层的细观结构进行对比分析。采用有限元方法,建立设置OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面有限元模型,对不同类型裂缝缓解层、不同级配OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面进行应力分析及疲劳分析。在分析国内外沥青路面设计方法的基础上,考虑我国沥青路面存在基层开裂早期破坏的实际情况,提出OLSM缓解层沥青路面结构的施工建议、设计步骤及流程,推荐基于抗裂性能的OLSM缓解层沥青路面合理结构。　　通过研究表明:(1)在峰值轴向力作用下,当沥青混合料圆柱体试件开裂破坏时,随着沥青混合料公称最大粒径的增大,试件内部的微裂缝数量逐渐减少。与AC-16、AC-20相比,OLSM-25的间接拉伸抗裂效果显著。(2)在车辆荷载偏载作用下,当裂缝缓解层厚度相同时,OLSM-25裂缝缓解层底部A点颗粒的竖向接触力、竖向运动速度及竖向位移量均小于普通AC-25裂缝缓解层的对应值,OLSM-25裂缝缓解层的抗裂效果优于普通AC-25裂缝缓解层。(3)OLSM裂缝缓解层的耦合应力小于其荷载应力或温度应力;对于设置OLSM裂缝缓解层的刚性基层沥青路面结构设计,以OLSM裂缝缓解层的荷载应力或温度应力不超过其自身材料的容许抗拉强度作为设计依据,计算确定OLSM裂缝缓解层的合理厚度。(4)与相同厚度的普通AC-25裂缝缓解层相比,OLSM-25裂缝缓解层具有较高的承载能力和良好的应力消减及缓解性能;采用OLSM-25裂缝缓解层可有效减缓基层裂缝的扩展速率,显著提高沥青路面结构的疲劳寿命。(5)在实际工程应用中,综合考虑应力缓解效果、变形能力、减缓基层裂缝扩展速率、延长沥青路面疲劳寿命及施工中的离析问题等因素,选择材料组成相对偏粗、空隙率适中的2＃级配OLSM-25作为裂缝缓解层,既达到缓解应力、减缓基层裂缝扩展速率的目的,又满足其路用性能要求,同时具有一定程度的变形能力,有效延长了沥青路面结构的使用寿命。
作者：	郭红兵
专业：	道路与铁道工程
导师：	陈拴发
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文