半刚性基层沥青路面病害分析及防治研究

《半刚性基层沥青路面病害分析及防治研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、半刚性基层沥青路面病害分析及防治研究-->1绪论1.1研究目的和意义自从1988年沪嘉高速公路的建成通车截止到2015年底，中国高速公路通车总里程达到12.5万公里，超过美国居于世界第一。近几年，我国经济高速发展，公路交通基础设施也取得了突破性的发展，我国已形成比较完善的高速公路网络。但是由于沥青路面长期暴露于自然环境当中并且在行车荷载循环往复的作用下，随着交通量的迅速增长和超载现象的频繁发生，使得部分沥青混凝土路面较早地出现了病害，造成大多数路面结构都达不到设计使用年限的要求。沥青混凝土路面会出现各种形式的病害，例如裂缝、坑槽、车辙、松散、推移、泛油、波浪、拥包等病害，这些病害若不

2、及时维修就会严重影响道路的路用性能和行车安全性。随着我国早期的高速公路陆续进入大修阶段，高速公路路面的养护维修任务也日趋繁重。因此很有必要对沥青路面的病害进行分析研究，探讨防治对策。目前我国已建成的高等级公路中普遍采用的是半刚性基层沥青路面结构类型。这是因为半刚性基层材料具有强度高、稳定性好、板体性好等优势满足了公路建设经济与技术方面的要求。这也就造成了在今后高等级公路建设中半刚性基层材料仍然会扮演重要角色。但是自从20世纪70年代，美国等发达国家都减少了采用半刚性基层沥青路面结构。究其原因就是半刚性基层即使在交通量不大，也不可避免的产生干缩裂缝和低温收缩裂缝，进而扩展到沥青面层形成

3、反射裂缝，影响道路的路用性能导致过早破坏。反射裂缝主要对路面性能和耐久性产生以下不利的影响：（1）路表水会通过任何裂缝进入路面结构内部，甚至侵入土基当中，在动水压力作用下不断冲刷路面材料降低沥青与集料的粘着力并且削弱了路基的强度和稳定性。（2）由于裂缝的存在造成路面板体不连续，使得裂缝处应力集中传递给路基顶面过大的应力。（3）路面内一旦出现裂缝若不及时处理，沥青面层底面的拉应力,顶面的剪应力就会大幅增长,进而发展成大面积的网裂、松散、坑槽等破坏，将大大缩短路面结构的寿命。（4）磨耗层在荷载、变温等因素的综合作用下会沿裂缝发生集料和沥青的剥落，进而引起松散、坑槽等病害。因此，反射裂缝是

4、半刚性基层沥青路面的主要病害，有必要对反射裂缝进行深入研究,探讨其形成和扩展机理，并提出有效的防治措施。............1.2研究现状关于半刚性基层沥青路面断裂分析的理论及反射裂缝防治研究,国内外均已做了大量的研究工作。自从将断裂力学理论与方法应用在沥青路面工程中,依次经过线弹性断裂力学、疲劳断裂力学和粘弹性断裂力学等几种理论的发展阶段。其中线弹性断裂力学提出了应力强度因子、能量释放率、及断裂韧性等参数,为模拟沥青路面开裂提供了科学有效的方法和手段。1971年Majidzadeh最早将断裂力学理论引入道路工程研究中，并应用断裂力学的原理和理论解释路面开裂并预测了沥青混凝土路面

5、的疲劳寿命[1]。在半刚性基层沥青路面反射裂缝的研究中,由于反射裂缝尖端应力的奇异性，传统的强度理论对一些问题和现象不能给出合理的解释。断裂力学理论认为结构的断裂破坏主要是由结构内部微缺陷引起应力集中或损伤，进而导致超过材料和结构身的容许值，最终导致结构破坏。1979年Coetzee釆用ANSR-I有限元程序中的平面应变有限单元，将有效应力作为研究参照，研究了在温度和荷载作用下沥青路面幵裂后裂缝尖端附近的应力场分布，同时认为反射裂缝主要是由于基层开裂后的水平和垂直位移引起[2]。2010年Dave等基于断裂力学的粘着断裂模型来对反射裂缝进行模拟，并且分析了温度荷载作用下沥青路面反射裂

6、缝的发展规律[3]。刘善平等采用空间力学模型并用有限元半解析法及断裂力学理论，分析了半刚性基层沥青路面裂纹问题[4]。陈团结等采用三维有限元方法并且基于动力学和线弹性断裂力学理论，对垂直贯穿路面的横向裂缝扩展问题进行了充分的研究[5]。张亚军等采用结点等参元的有限元分析模型并结合断裂力学理论和奇异单元，对江苏省典型的半刚性基层沥青路面结构在荷载和温度共同作用下反射裂缝的扩展进行了分析[6]。..............2沥青路面分析的基本理论2.1线弹性断裂力学基本理论断裂力学的研究对象包括宏观的断裂现象和微观的结构破坏机理。从宏观上讲，主要包括研究各种环境下结构中裂纹的生成、扩展、

7、失稳开裂及止裂等规律，研究定量地确定裂纹尖端的应力强度因子K、J积分和能量释放率等表征应力应变场的参量的方法,通过大量的实验确定带裂纹材料的断裂韧度或临界J积分值，研究断裂准则及其适用范围和条件并将其应用于工程结构分析[31]。线弹性断裂力学主要研究裂纹尖端附近的塑性区很小的情况,将塑性区以外的材料当成线弹性材料而裂纹作为边界条件，由裂纹尖端附近的应力场和位移场来确定促使裂纹扩展的特征参量（表征裂纹尖端场强），还要在大量实验的基础上测定材料的抗裂纹扩展的特