【博士】基于FWD的半剛性基層瀝青路面模量參數(shù)反演及校正方法研究【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2009年　　隨著落錘式彎沉儀(FWD)檢測設(shè)備的逐漸普及，路面結(jié)構(gòu)參數(shù)(模量)的反分析問題已經(jīng)成為了路面結(jié)構(gòu)性能評價(jià)中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。當(dāng)前，世界各國對之進(jìn)行了深入研究，一些代表性的研究成果已在國內(nèi)外工程中得到廣泛應(yīng)用。然而，已有路面結(jié)構(gòu)層模量參數(shù)的反演理論和方法基本上是以多層彈性連續(xù)體系模型和擬靜力分析方法為基礎(chǔ)，忽略了FWD測試荷載的動力效應(yīng)以及層間非連續(xù)的接觸行為，且針對模量參數(shù)反演結(jié)果缺乏系統(tǒng)有效的校正分析方法，進(jìn)而導(dǎo)致反演結(jié)果難以客觀地表征路面各結(jié)構(gòu)層的實(shí)際性能狀況，上述問題在我國高等級公路常用的半剛性基層瀝青路面更顯突出，這極大阻礙了FWD測試技術(shù)在我國的推廣和應(yīng)用?！　”疚脑诨仡櫩偨Y(jié)國內(nèi)外已有研究成果基礎(chǔ)上，通過資料調(diào)研、理論與數(shù)值分析、室內(nèi)外試驗(yàn)等技術(shù)手段，遵循“模量反演理論基礎(chǔ)-模量反演分析-反演結(jié)果校正-工程應(yīng)用(承載能力評價(jià))”的研究主線，以滬寧高速(上海段)拓寬工程為依托，對基于FWD測試技術(shù)的半剛性基層瀝青路面模量參數(shù)反演及校正分析方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，并對模量參數(shù)在路面結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)中的有效應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)分析，主要研究成果包括以下幾個(gè)方面：　　(1)基于半剛性基層瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析的有限元模型，探討了其在動靜FWD荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，以及瀝青面層與半剛性基層層間接觸狀況對路面結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，揭示了進(jìn)行結(jié)構(gòu)層模量參數(shù)反演應(yīng)充分考慮測試荷載的動力效應(yīng)以及層間實(shí)際接觸狀況的必要性。同時(shí)通過對比分析完好與裂縫破損路面結(jié)構(gòu)的路表動態(tài)彎沉盆分布規(guī)律的差異，提出了可用于結(jié)構(gòu)層模量反演分析的有效彎沉盆測試數(shù)據(jù)的篩選方法，消除了變異性FwD測試彎沉數(shù)據(jù)對反演結(jié)果的影響，進(jìn)而為利用FWD測試技術(shù)，進(jìn)行半剛性基層瀝青路面模量參數(shù)反演奠定了基礎(chǔ)。　　(2)針對我國高等級半剛性基層瀝青路面的常用組合形式及結(jié)構(gòu)層參數(shù)取值范圍，利用已建立的路面結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析的有限元模型，構(gòu)建了彎沉盆參數(shù)指標(biāo)與各結(jié)構(gòu)層模量的對應(yīng)數(shù)據(jù)庫，并在進(jìn)行兩者之間相關(guān)性分析基礎(chǔ)之上，分別利用多元線性回歸分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立了結(jié)構(gòu)層模量反演分析模型。工程實(shí)踐應(yīng)用表明所建的兩種模型能夠有效、可靠地反演半剛性基層瀝青路面的各結(jié)構(gòu)層模量，相比而言，回歸模型具有概念清楚、形式簡單、便于工程應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由于考慮到了結(jié)構(gòu)層模量反演分析中的多變量、強(qiáng)耦合、非線性等特點(diǎn)，進(jìn)而理論彎沉盆與實(shí)測彎沉盆之間的擬合度較高?！　?3)由于模量反演分析模型與路面實(shí)際工作狀態(tài)存在偏差(如受力特征、溫度濕度條件、層間接觸狀態(tài)、結(jié)構(gòu)層材料非線性等)，導(dǎo)致基于理論模型的反演結(jié)果難以客觀反映既有路基路面實(shí)際性能狀況，為此從溫度、層間接觸狀態(tài)以及應(yīng)力-濕度耦合狀態(tài)三個(gè)角度，分別提出了面層模量、基層模量以及路基模量反演結(jié)果的校正方法，進(jìn)而為準(zhǔn)確評價(jià)既有路基路面各結(jié)構(gòu)層的性能狀況提供了依據(jù)。　　(4)以模量參數(shù)的校正分析結(jié)果為基礎(chǔ)，充分考慮到半剛性基層三階段的性能演化規(guī)律及瀝青面層與基層模量的疲勞衰變規(guī)律，以應(yīng)力應(yīng)變?yōu)榭刂浦笜?biāo)，提出了半剛性基層瀝青路面剩余壽命預(yù)估的改進(jìn)方法。依托工程分析表明，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)方法，改進(jìn)方法充分考慮了各結(jié)構(gòu)層的性能狀況，預(yù)估結(jié)果更為合理可靠，且為最大限度地利用老路結(jié)構(gòu)殘值提供了依據(jù)。　　本文研究成果為進(jìn)一步推廣FVFD測試技術(shù)在半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性能評價(jià)中的廣泛應(yīng)用，提供了理論和實(shí)踐依據(jù)，進(jìn)而為公路改擴(kuò)建工程合理制定路基路面利用與處治對策，提供了技術(shù)保障?！　?

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