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基于损伤理论的横观各向同性层状路面结构破坏过程的数值模拟研究
| 论文题名： | 基于损伤理论的横观各向同性层状路面结构破坏过程的数值模拟研究 |
| 关键词： | 高速公路;路面结构;横观各向同性;弹性损伤;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来,高速公路在我国的发展非常迅速,高速公路上车辆行驶速度快,交通流量大,因此,与普通公路相比,高速公路对路面路基的要求更高。路面的弯沉是路面结构的主要控制因素,在车辆荷载的作用下,路面的沉降变形,成为了工程界主要关注的问题。路基是道路工程的重要组成部分,是道路的承重主体。承受着路面传来的车辆荷载和路面的自重。在上部荷载的作用下,路基将产生过量的残余变形,表现为较大的工后沉降、不均匀沉降并开裂,且逐步反应到路面。大量的研究表明,路基的受力过程伴随着损伤的发生,损伤力学在岩土工程中的应用日益广泛,考虑损伤的路基本构模型能更好的反应其力学性能。大量实验研究已经表明,路基表现为明显横观各向同性特性,因此本文同时考虑了路基横观各向同性特性对沥青路表面弯沉的影响。 本文在已有研究成果的基础上,将弹性损伤理论与有限元方法相结合,建立了路面结构的三维仿真模型,分别考虑路基横观各向同性弹性损伤的路面结构在静荷载与移动荷载作用下的位移与应力,并与未考虑损伤的结果进行了对比,主要研究内容及成果如下: 1.选取沥青路面结构为研究对象,采用移动均布荷载来模拟车辆荷载。考虑到数值计算的精度及代价问题,确定了车辆荷载的影响范围,建立了路基弹性损伤本构模型,得出了考虑路基损伤与未考虑路基损伤两种情况下,应力以及位移的时程曲线。 2.本文分别计算了路基采用各向同性本构模型、横观各向同性本构模型以及改变路基的横观各向同性系数时路面结构的沿深度方向不同位置的竖向位移,分析了路基横观各向同性特性的对路面结构关键性设计指标的影响。 3.现行的沥青路面设计规范以位移和应力作为设计指标,因此本文对考虑路基损伤与未考虑路基损伤两种情况下的路表弯沉、基层底部拉弯应力以及面层内的剪应力进行了对比,结果表明路基的损伤导致路基整体刚度的下降,进一步导致路面结构力学性能的劣化。 |
| 作者： | 叶雯 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 刘俊卿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安建筑科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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