【博士】破損狀態(tài)下瀝青路面結(jié)構(gòu)層狀況評價方法研究【2009】

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　　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：同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2009年　　隨著時間的推移，早期修建的部分半剛性基層瀝青路面在交通荷載的重復(fù)作用和氣候、環(huán)境等自然因素影響下，逐步出現(xiàn)開裂、松散和沉陷等損壞現(xiàn)象，承載能力逐漸下降，路面相繼進入了維修階段。在對舊瀝青路面維修過程中，如何準(zhǔn)確地對破損狀態(tài)下的瀝青路面結(jié)構(gòu)層狀況進行評價是業(yè)主和設(shè)計單位面臨的首要問題。落錘式彎沉儀(Falling Weight Deflectormeter,簡稱FWD)作為無損檢測設(shè)備，以其準(zhǔn)確、快速、方便、信息量大和可模擬實際行車荷載作用等優(yōu)點得到世界各國的廣泛使用，基于FWI)彎沉盆的路面結(jié)構(gòu)層模量反分析已經(jīng)成為公路界所關(guān)注的研究熱點。然而目前國內(nèi)外流行的反分析軟件大多是以靜態(tài)多層彈性體模型為基礎(chǔ)的，忽略了動力荷載路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，另外，大多反算軟件的路面模型為理想的完好路面(多層連續(xù)彈性體系)，但在實際FWD檢測過程中舊瀝青路表面經(jīng)常存在諸多病害，如何對破損路面進行合理的評價是目前急需解決的問題?！　♂槍σ陨蠁栴}，本文在國內(nèi)外研究基礎(chǔ)之上，通過資料調(diào)研、動力學(xué)計算、統(tǒng)計分析和現(xiàn)場FWD檢測等技術(shù)手段，充分利用FWD彎沉盆內(nèi)包含的路面特征信息，對破損狀態(tài)下瀝青路面結(jié)構(gòu)層狀況評價進行深入研究，具體研究成果如下：　　(1)通過資料調(diào)研和現(xiàn)場路況調(diào)查，對半剛性基層瀝青路面主要的結(jié)構(gòu)性破損形式進行了歸納總結(jié)；對破損路面的FWD彎沉盆數(shù)據(jù)和反算結(jié)果進行分析，結(jié)果表明路面破損將導(dǎo)致彎沉盆不規(guī)則和反算模量變異性增大?！　?2)通過動力有限元模型，對路面結(jié)構(gòu)的動力特性以及動力效應(yīng)對擬靜力模量反算的影響進行分析，分析結(jié)果表明，路面在動態(tài)荷載作用下，計算出的路面彎沉值明顯小于靜力荷載作用下的彎沉值；位移響應(yīng)曲線滯后于荷載，測點距荷載越遠，滯后越明顯；利用靜態(tài)反分析方法對動態(tài)彎沉盆分析時，反算模量誤差明顯增大，動力效應(yīng)對模量反算結(jié)果影響明顯，采用動力反分析方法對實測彎沉盆進行分析是十分必要的。　　(3)通過動力有限元計算不同路面組合的路表彎沉盆，選擇彎沉盆參數(shù)指標(biāo)并對參數(shù)指標(biāo)與結(jié)構(gòu)層模量的相關(guān)性進行分析，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果構(gòu)建路面各結(jié)構(gòu)層模量預(yù)測方法。分析結(jié)果表明，土基模量可以通過曲率指標(biāo)a，和形狀指標(biāo)只確定，面層和中間層的模量可以通過回歸模型進行預(yù)測。通過理論和實測FWD檢測數(shù)據(jù)對各結(jié)構(gòu)層和土基模量預(yù)測方法進行驗證，結(jié)果表明，在理論數(shù)據(jù)下預(yù)測方法具有較高的預(yù)測精度，但計算的彎沉盆與現(xiàn)場實測彎沉盆之間的均方誤差較大，預(yù)測結(jié)果并不太理想。　　針對上述方法的不足，將得到的結(jié)構(gòu)層模量值作為初始值利用迭代試算法進行動力反分析。分析結(jié)果表明，迭代試算法得到的理論動態(tài)彎沉盆與實測彎沉盆比較接近，精度基本上滿足工程要求；通過改進的迭代試算法得到的面層和土基模量與回歸模型得到的模量值差別不大，而中間層模量相差較大，表明面層和土基模量預(yù)測方法是可靠的；基于迭代試算法的動力反分析結(jié)果比靜力反分析更接近于路面實際狀況，可以避免靜力反分析所出現(xiàn)的不合理現(xiàn)象?！　?4)通過動力有限元模型，分析了典型結(jié)構(gòu)性破損(開裂、層間滑移、基層松散等)對路面彎沉盆和預(yù)測模量的影響。研究結(jié)果表明，路面破損將導(dǎo)致路面彎沉值增大和彎沉簡形狀的不連續(xù)；當(dāng)路面結(jié)構(gòu)層存在破損時，無論是動力反分析還是靜力反分析，預(yù)測模量的誤差都會增大，對路面結(jié)構(gòu)層狀況評價可能出現(xiàn)誤判。例如，當(dāng)面層與基層間存在不連續(xù)接觸時，中間層的模量被嚴重低估。基于此，本文提出利用等效損傷模量評價破損路面狀況一根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層的破損狀況選取結(jié)構(gòu)層等效損傷模量，同時提出損壞狀態(tài)判別指標(biāo)：曲率指標(biāo)和表面模量指標(biāo)，并給出了相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)。　　(5)提出了破損狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)層狀況評價方法，依托實體工程對該方法進行了驗證；針對嘉瀏高速公路大修工程，提出了土基和中間層處治的判定指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，并利用處治標(biāo)準(zhǔn)對土基和中間層進行了段落劃分?！　?

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