堤顶道路基层材料抗裂性能分析

摘要

水利堤坝填筑用土的要求区别于道路路基填料要求，指标不同、标准低；而施工控制中，土的击实标准低，压实标准也低。因而，与道路工程路基相比，堤顶道路路基的承载能力差，工后允许沉降大。在堤坝顶部修建硬化路面时，容易出现各种病害，堤顶道路的耐久性无法保障。
　　论文分析了堤顶道路路基产生不均匀沉降变形时基层材料的力学响应，针对基层材料的性能、受力及变形特点，研究并提出合理的基层材料。论文采用有限元方法建立路面结构模型，分析半刚性基层材料在路基不均匀变形下的破坏模式；结合几种抗裂性试验方法进行半刚性基层的材料设计；进行室外足尺试验研究三种不同路面结构的荷载响应特性，对比了级配碎石基层与蜂巢-级配碎石复合基层抵抗路基不均匀变形的能力。希望通过半刚性基层材料和级配碎石基层抗裂能力的研究，改善和提高堤顶道路的服役寿命和服务水平。主要研究内容如下：
　　首先，利用有限元分析软件Abaqus建立路面结构模型，分析沥青混凝土路面与水泥混凝土路面在路基沉降作用下，半刚性基层材料的受力特点，找到半刚性基层材料的控制指标。引入应力强度因子的概念，研究沉降量变化对层底拉应力与应力强度因子的影响，分析路基不均匀沉降导致半刚性基层材料开裂的机理。计算结果显示裂缝尖端处的应力强度因子随不均匀沉降量的增加而线性增长，说明沉降量的大小对半刚性基层裂缝的扩展有显著影响。
　　其次，根据有限元仿真结果，进行了半刚性基层材料抗裂性能的试验分析。选取水泥稳定砂砾材料，拟定三种典型级配与三个水泥用量，采取不同的养生龄期。采用抗折试验与劈裂试验评价水泥稳定砂砾材料的抗裂能力，分析养生龄期、级配类型、水泥剂量对抗折强度与劈裂强度的影响规律。采用三点弯曲试验方法，引入断裂韧度与断裂能的概念评价水泥稳定砂砾材料的抗裂性能，取得了较好的效果。
　　最后，采用足尺试验研究级配碎石基层的结构抗裂性能。铺筑三种路面结构，施加车辆荷载，通过预先埋置的传感器采集基层底面三个方向的应变及土压力。分析三种路面结构在轴载、加载位置、车速变化时的力学响应。以路基压实度的变化来间接反映路基的不均匀沉降，研究级配碎石基层材料与蜂巢-级配碎石复合基层材料抗变形能力。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容

1.4 本文的技术路线

第2章 路基不均匀沉降下半刚性基层力学特性分析

2.1 引言

2.2 典型路段路基状况调查分析

2.3 沥青混凝土路面有限元分析

2.4 不均匀沉降下沥青混凝土路面结构应力应变响应分析

2.5 水泥混凝土路面有限元分析

2.6 半刚性基层裂缝模型的有限元分析

2.7 本章小结

第3章 半刚性基层材料抗裂性能分析

3.1 试件的制备及成型方法

3.2 水泥稳定砂砾最佳含水量及最大干密度的确定

3.3 水泥稳定砂砾的无侧限抗压强度

3.4水泥稳定砂砾的劈裂强度试验

3.5 水泥稳定砂砾的抗折强度

3.6 水泥稳定砂砾的断裂韧度与断裂能

3.7 本章小结

第4章 级配碎石基层抗裂性能足尺模型实验

4.1 试验材料

4.2 足尺实验模型的结构方案

4.3 模型实验用传感器

4.4 足尺模型实验的实施

4.5 足尺模型实验的常规指标检测

4.6 足尺模型试验结果分析

4.7 本章小结

结论与展望

一、结论

二、展望

参考文献

声明

致谢