【博士】高速公路路基沉降及路面動(dòng)力特性研究【2010】

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　　學(xué)科專(zhuān)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(duì)已運(yùn)營(yíng)高速公路路基路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的病害問(wèn)題，論文結(jié)合湖南省交通科技項(xiàng)目“高速公路路基沉降及其對(duì)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(zhǎng)期變形和交通荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)等難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題(如土石混填路基的沉降預(yù)測(cè)、路基的長(zhǎng)期沉降變形、交通動(dòng)荷載的描述和確定、動(dòng)荷載的激勵(lì)特性、典型支承條件下的路基路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng))為研究對(duì)象，采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算等方法進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：　　1．對(duì)湖南省境內(nèi)已運(yùn)營(yíng)高速公路的病害情況進(jìn)行了大量的、深入細(xì)致的調(diào)研工作，其中重點(diǎn)調(diào)查了臨長(zhǎng)、潭耒、耒宜三條高速公路，并仔細(xì)查閱了設(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)時(shí)間及交通量密切相關(guān)，路基路面病害的產(chǎn)生有兩個(gè)主要原因，一是交通動(dòng)荷載長(zhǎng)期反復(fù)的作用，二是紅砂巖粗粒土路基填料在荷載長(zhǎng)期作用下的流變變形?！　?．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(cè)是防止路基病害發(fā)生的有效手段，而實(shí)測(cè)的沉降值則是各種影響因素綜合作用下的真實(shí)值，故利用沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)推算路基的沉降量具有很重要的意義。在對(duì)多種沉降預(yù)測(cè)方法比照的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了灰色GM(1，1)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法?！　?．引入考慮流變作用的Burgers流變模型，采用FLAC計(jì)算程序，對(duì)土石混填路基的長(zhǎng)期沉降進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)算，并通過(guò)與實(shí)測(cè)資料的對(duì)比驗(yàn)證了模型的合理性?！　?．針對(duì)交通荷載作用引起的路基路面結(jié)構(gòu)病害問(wèn)題，從使車(chē)輛產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)的激勵(lì)一路面不平度入手，利用頻域分析法對(duì)路面的輸入譜矩陣進(jìn)行了推導(dǎo)，總結(jié)了高速公路路面不平度PSD的特點(diǎn)和規(guī)律?！　≡诖嘶A(chǔ)上，分析與評(píng)價(jià)了各種車(chē)輛振動(dòng)模型，并采用傳遞函數(shù)矩陣法，通過(guò)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(dòng)簡(jiǎn)諧沖擊荷載作用下動(dòng)力方程的解析解?！　?．針對(duì)車(chē)輛隨機(jī)荷載確定及測(cè)試難題，選擇典型土石混填路基試驗(yàn)段，成功地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛隨機(jī)載荷的試驗(yàn)。試驗(yàn)揭示了不同載重、不同車(chē)速、不同行車(chē)路線條件下車(chē)輛動(dòng)態(tài)荷載的激勵(lì)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(lì)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(dòng)力測(cè)試元件，在現(xiàn)場(chǎng)成功地進(jìn)行了車(chē)輛隨機(jī)荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)研究，考察了車(chē)輛載重、車(chē)速、車(chē)道因素對(duì)路基路面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律的影響，分析了動(dòng)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(lì)特性進(jìn)行了比照，研究表明路面激勵(lì)、車(chē)輛振動(dòng)、荷載輸入、路基路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)具有相互依存的因果關(guān)系?！　?7)通過(guò)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(chē)輛動(dòng)態(tài)荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并進(jìn)行了數(shù)值解與實(shí)測(cè)值的對(duì)比研究?！　?

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