【博士】高速公路路基沉降及路面動力特性研究【2010】

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：中南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2010年　　針對已運營高速公路路基路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的病害問題，論文結(jié)合湖南省交通科技項目“高速公路路基沉降及其對路面的影響”研究課題，以典型紅砂巖地區(qū)高速公路紅砂巖粗粒土路基填料的長期變形和交通荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)等難點和熱點問題(如土石混填路基的沉降預(yù)測、路基的長期沉降變形、交通動荷載的描述和確定、動荷載的激勵特性、典型支承條件下的路基路面結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng))為研究對象，采用理論分析、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗和數(shù)值計算等方法進行了深入研究。主要研究內(nèi)容如下：　　1．對湖南省境內(nèi)已運營高速公路的病害情況進行了大量的、深入細(xì)致的調(diào)研工作，其中重點調(diào)查了臨長、潭耒、耒宜三條高速公路，并仔細(xì)查閱了設(shè)計文件和施工原始記錄資料。調(diào)查研究表明紅砂巖粗粒土路基路面結(jié)構(gòu)病害的產(chǎn)生與運營時間及交通量密切相關(guān)，路基路面病害的產(chǎn)生有兩個主要原因，一是交通動荷載長期反復(fù)的作用，二是紅砂巖粗粒土路基填料在荷載長期作用下的流變變形。　　2．由流變引發(fā)的路基沉降特別是不均勻沉降的準(zhǔn)確預(yù)測是防止路基病害發(fā)生的有效手段，而實測的沉降值則是各種影響因素綜合作用下的真實值，故利用沉降實測數(shù)據(jù)來推算路基的沉降量具有很重要的意義。在對多種沉降預(yù)測方法比照的基礎(chǔ)上，重點分析了灰色GM(1，1)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。　　3．引入考慮流變作用的Burgers流變模型，采用FLAC計算程序，對土石混填路基的長期沉降進行了預(yù)測計算，并通過與實測資料的對比驗證了模型的合理性。　　4．針對交通荷載作用引起的路基路面結(jié)構(gòu)病害問題，從使車輛產(chǎn)生隨機振動的激勵一路面不平度入手，利用頻域分析法對路面的輸入譜矩陣進行了推導(dǎo)，總結(jié)了高速公路路面不平度PSD的特點和規(guī)律?！　≡诖嘶A(chǔ)上，分析與評價了各種車輛振動模型，并采用傳遞函數(shù)矩陣法，通過Fourier積分變換和Laplace積分變換，推導(dǎo)了多層粘彈性體系在移動簡諧沖擊荷載作用下動力方程的解析解?！　?．針對車輛隨機荷載確定及測試難題，選擇典型土石混填路基試驗段，成功地進行了現(xiàn)場車輛隨機載荷的試驗。試驗揭示了不同載重、不同車速、不同行車路線條件下車輛動態(tài)荷載的激勵特性、作用規(guī)律及其影響因素，闡明了路面結(jié)構(gòu)特性與荷載激勵之間的耦合關(guān)系?！　?．利用施工期埋設(shè)于路基及基層中的動力測試元件，在現(xiàn)場成功地進行了車輛隨機荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的試驗研究，考察了車輛載重、車速、車道因素對路基路面的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律的影響，分析了動態(tài)響應(yīng)的頻譜特性和功率譜特性，并與路面不平度激勵特性進行了比照，研究表明路面激勵、車輛振動、荷載輸入、路基路面動態(tài)響應(yīng)具有相互依存的因果關(guān)系。　　(7)通過建立柔性路面的三維有限元數(shù)值仿真，分析了土石混填路基條件下路面結(jié)構(gòu)在車輛動態(tài)荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)，并進行了數(shù)值解與實測值的對比研究?！　?

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