基于足尺环道试验的沥青路面车辙预估模型及变形机理研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianrui02
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沥青路面是我国高等级公路的主要路面形式,车辙作为沥青路面的主要病害,不仅对路面质量和耐久性造成损害,而且严重影响行车安全与舒适性。因此,提高沥青路面车辙预估的准确性和普适性,从而进行有效地预防和治理显得尤为重要。依托交通运输部公路科学研究院足尺路面试验环道(RIOHTrack)的大量观测数据,结合加速加载试验项目,选取四类沥青路面结构分析车辙发展规律,开展不同沥青路面结构车辙预估的研究。主要包括以下几个方面:(1)依托我国第1条足尺路面试验环道(RIOHTrack)的大量观测数据,根据加速加载试验条件与材料参数,确定四种沥青路面结构(刚性基层、半刚性基层、柔性基层和全厚式)作为研究对象。开展了加速加载试验并进行周期性检测,基于实测车辙数据,分析了四种沥青路面结构的车辙发展规律,比较不同结构的抗车辙性能,研究了沥青面层厚度、基层刚度以及荷载水平对车辙深度变化的影响。(2)以2019年足尺环道路面结构温度和大气温度为基础开展温度场研究。建立基于足尺环道路面结构随深度变化的温度场模型;根据足尺路面试验环道的温度、轴载、行车速度以及气象特征等因素,结合沥青混合料的材料参数与结构力学响应参数,对现有常用的六种车辙预估模型进行了评估,结果表明:现有车辙模型能够对部分沥青路面结构的车辙发展进行阶段性预测,但总体预估效果不好且适用性不强,尤其是足尺环道半刚性基层和刚性基层沥青路面结构,预测效果较差。(3)基于沥青混合料永久变形的形成机理及足尺试验环道实测车辙的发展规律,提出了沥青路面车辙三阶段预估模型,并评估了现有车辙模型对沥青路面三阶段永久变形行为的描述能力;提出了一种新的沥青路面车辙三阶段预估模型并编制了确定三阶段分界点的算法,以此为基础,建立了加速加载试验条件下,半刚性基层、刚性基层以及柔性基层沥青路面结构的车辙三阶段预估模型,能够较好地对不同基层刚度的沥青路面车辙进行预估,预测精度达到90%以上。(4)采用ABAQUS有限元软件,建立连续变温条件下的沥青路面蠕变模型,分析不同结构组合(刚性基层、半刚性基层与柔性基层沥青路面)以及不同基层模量条件下,沥青路面车辙深度和路面结构内部响应的变化规律。发现不同基层刚度的沥青路面车辙深度为:柔性基层>半刚性基层>刚性基层,与足尺试验环道实测车辙规律一致;随着基层模量的增加,三种路面结构面层内部与基层顶部的压应力都逐渐增大;同时,从力学角度对车辙成因进一步分析:沥青面层2cm~6cm处剪应力是沥青路面车辙发展的主要因素。研究成果改善了沥青路面车辙预估模型的精度和适用性,可以为沥青路面的车辙预估及养护维修提供参考,也可以为宽刚度域长寿命沥青路面提供依据。
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