荷载型裂缝在不同沥青路面结构中扩展规律研究

摘要

裂缝是沥青路面应用中的常见病害,尤其对于半刚性基层沥青路面的应用,反射裂缝的问题特别棘手,沥青路面的早期破坏也源于此。针对这个问题有很多的防治措施,其中合理的结构设计是保证沥青路面使用性能良好的基础。近年来,路面结构的组合研究渐渐成为热点,含有级配碎石层的路面结构因其特有的性能(消散反射裂缝、良好的排水性能、优良的经济性)引起了我国路面工作者的关注,并活跃在公路设计和建设领域。鉴于此,本文开展级配碎石柔性基层和设有级配碎石层的倒装结构裂缝扩展的规律研究,进而与典型的半刚性基层路面结构进行对比分析,依次推算比较不同结构的疲劳寿命,具有十分重要的理论意义和实际应用价值。
　　 首先,调查总结沥青路面裂缝病害状况,包括裂缝的表观形态、裂缝的发展、裂缝的不利影响以及各种抗裂设计方法,掌握沥青路面裂缝的主要类型及其发展规律。其次,研究不同沥青路面结构的裂缝扩展规律,基于断裂力学理论,对四种沥青路面分别建立带裂缝的平面应变模型,计算分析在两种最不利加载形式下,裂缝尖端的应力强度因子随裂缝扩展深度的变化,比较分析不同沥青路面的裂缝扩展规律,为沥青路面类型的选用和设计提供了一定的参考。通过改变研究层的厚度或模量,对应力强度因子进行了敏感性分析,为沥青路面合理设置材料参数提供了一定的理论依据。最后,研究不同沥青路面结构的裂缝疲劳特性。对于不同沥青路面结构,分别建立完好路面平面应变有限元模型和三维有限元模型,参考层底弯拉应力等效原则,计算各沥青路面的荷载等效系数,并且计算不同材料参数下的荷载等效系数。结合已经计算的应力强度因子,采用P.M准则和Paris经验公式推算并比较荷载型裂缝在不同沥青路面结构中的疲劳扩展寿命。并分别改变各种结构的材料参数,研究其对疲劳寿命的影响。