[碩士]路面結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的理論分析與應(yīng)用研究

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　　[碩士]路面結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的理論分析與應(yīng)用研究　　學(xué)科專業(yè): 巖土工程　　授予學(xué)位：碩士 　　學(xué)位授予單位：鄭州大學(xué)　　學(xué)位年度：2002　　 隨著我國(guó)公路交通量及汽車軸載的日益增加，傳統(tǒng)的瀝青路面下粒料基層難以適應(yīng)重交通量和重載的要求，以無(wú)機(jī)穩(wěn)定類半剛性材料作為基層己在我國(guó)公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。這種路面結(jié)構(gòu)雖然具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、整體性及水穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)，但在運(yùn)營(yíng)期間易于產(chǎn)生干縮裂縫和低溫收縮裂縫。在交通荷載的重復(fù)作用下，半剛性基層中的這種收縮裂縫很容易擴(kuò)展到瀝青面層而形成反射裂縫。其結(jié)果是破壞了路面的整體性和連續(xù)性，影響了道路的使用品質(zhì);更為嚴(yán)重的是，裂縫的存在使得路表雨水有可能通過(guò)裂縫滲入土基，從而削弱了路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，導(dǎo)致路面的早期破壞。路面結(jié)構(gòu)中的裂縫問(wèn)題己成為道路工程領(lǐng)域的重要研究課題之一。量的理論分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明難以正確反映裂縫區(qū)域的應(yīng)力集中，采用傳統(tǒng)連續(xù)力學(xué)方法進(jìn)行處理，導(dǎo)致分析結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。斷裂力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展是二十世紀(jì)力學(xué)領(lǐng)域中取得的重要成就之一，其研究成果已在許多工程領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。將斷裂力學(xué)理論與有限元方法結(jié)合分析路面開裂問(wèn)題的有效途徑。對(duì)于在行車荷載反復(fù)作用下路面裂縫的擴(kuò)展，如引入斷裂力學(xué)相關(guān)理論，考慮裂縫尖端應(yīng)力奇異性，將會(huì)更接近于路面材料破壞的真實(shí)情況。因此，結(jié)合道路工程實(shí)際情況，引入斷裂力學(xué)的分析方法，研究路面結(jié)構(gòu)中裂縫的擴(kuò)展規(guī)律及其相關(guān)影響因素將具有非常重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 　　 本文基于斷裂力學(xué)基本原理，采用奇異等參有限元方法對(duì)路面結(jié)構(gòu)中裂縫擴(kuò)展問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，主要完成了以下幾個(gè)方面的工作。　　 1、對(duì)斷裂力學(xué)的基本理論及其數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論，包括裂紋尖端應(yīng)力奇異性、斷裂準(zhǔn)則以及裂紋疲勞擴(kuò)展理論等?！　? 2、應(yīng)力強(qiáng)度因子是描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱程度的參量，裂紋是否會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展取決于應(yīng)力強(qiáng)度因子的大小，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子是斷裂力學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。本文在裂紋尖端區(qū)域采用奇異單元力一法進(jìn)行處理，充分反映裂紋尖端的應(yīng)力奇異性。在此基礎(chǔ)上，給出了由裂紋尖端附近的位移推求裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算公式?！　? 3、采用奇異等參有限元方法，分別對(duì)多層無(wú)裂縫體、多層單裂縫體以及多層雙裂縫體進(jìn)行了分析，并編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。經(jīng)考核驗(yàn)證，其計(jì)算精度較高，數(shù)值結(jié)果較好，可用于路面裂縫擴(kuò)展分析、罩面設(shè)計(jì)等方面。同時(shí)，文中給出了相應(yīng)的程序算例?！　? 4、利用本文開發(fā)的有限元程序，計(jì)算了各種典型問(wèn)題的路面響應(yīng)，并對(duì)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了理論分析，確定了其相關(guān)因素的影響。具體結(jié)果如下?！　? 根據(jù)道路工程中車輛荷載作用情況，本文考慮兩種最不利荷載作用位置，即相對(duì)于裂縫位置的對(duì)稱加載和非對(duì)稱加載。在實(shí)際工程中，由于作用于路面的荷載為移動(dòng)荷載，對(duì)于路面上的一點(diǎn)都將會(huì)經(jīng)歷以上兩種加載過(guò)程，我們可以通過(guò)分析以上兩種最不利情況來(lái)探討裂縫的擴(kuò)展機(jī)理。在計(jì)算過(guò)程中，本文對(duì)兩種加載形式進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，使計(jì)算效率得到了提高。

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