全厚式长寿命沥青路面基层材料疲劳性能研究

摘要

我国高速公路的早期破坏较为严重,路面使用寿命过短会造成道路建设资源的浪费和对社会发展的不利影响。由于半刚性基层材料的收缩特性而导致的反射裂缝仍然为半刚性基层路面的主要破坏模式,因此研究和发展更多样化的基层材料来避免反射裂缝问题显得尤为重要。全厚式长寿命沥青路面在使用年限内只允许出现“自上而下”的破坏,故基层的疲劳寿命已成为整个路面结构使用寿命的瓶颈。本文针对全厚式长寿命沥青路面基层这一特殊层位,展开对基层材料疲劳性能的深入研究,可为全厚式长寿命路面设计提供参考。 ⑴在材料组成设计当中,本研究选择了5种级配的沥青混合料作为基层材料,分别进行配合比设计,确定其最佳沥青用量。并结合基层抗变形能力和抗水损坏能力的需要,进行了车辙试验和水稳试验性能检验。 ⑵对室内小梁弯曲疲劳试验进行了深入详细的研究。重点对试验加载模式进行了研究,通过对层底应力应变状态的分析,表明应变控制模式更符合路面实际受力状态,并对其它试验条件逐个进行了研究,提出适合基层材料疲劳性能试验的方案。对以上5种级配的混合料进行了疲劳试验,回归出各自的疲劳寿命预估方程。 ⑶对影响沥青混合料疲劳性能的因素进行了正交试验分析。选择具有代表性的级配、沥青品种、油石比、应变水平、间歇时间和试验温度作为疲劳性能的影响因素,采用正交试验设计法安排疲劳试验,对因素进行了直观分析和方差分析,并对各因素的影响规律进行了研究,为基层材料的抗疲劳设计提供了依据和指导。 ⑷对沥青混合料的疲劳极限进行了研究,疲劳极限理论是全厚式长寿命沥青路面设计的理论基础。通过对我国沥青路面设计方法与国外长寿命路面设计方法的比较,本文采用基层层底弯拉应变作为全厚式长寿命沥青路面的设计指标,并对全厚式长寿命沥青路面进行了可靠度设计,为全厚式长寿命沥青路面结构组合设计提供了参考方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题提出的背景及意义

1.2国内外研究概况

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.3存在的主要问题

1.4本文主要研究内容

第二章全厚式路面基层沥青混合料材料组成设计

2.1基层混合料配合比设计方法研究

2.2基层沥青混合料原材料的选择

2.2.1集料的选择

2.2.2沥青的选择

2.3基层混合料矿料级配组成设计

2.3.1矿料级配设计理论

2.3.2基层混合料矿料级配组成设计研究

2.4混合料配合比设计

2.4.1马歇尔试验条件的确定

2.4.2马歇尔试验

2.4.3最佳油石比的确定

2.5基层混合料设计的性能验证

2.5.1车辙试验

2.5.2混合料水稳定性试验

2.6本章小结

第三章基层沥青混合料疲劳性能试验研究

3.1疲劳试验方法研究

3.1.1试件制作过程

3.1.2荷载控制模式

3.1.3应变控制疲劳试验方法对比

3.1.4疲劳试验设备选择

3.1.5荷载频率

3.1.6荷载波形

3.1.7应变水平

3.1.8试验温度

3.1.9混合料的老化

3.2混合料室内疲劳试验

3.2.1试验材料的选择

3.2.2沥青混合料小梁应变疲劳试验结果与分析

3.3本章小结

第四章基层沥青混合料疲劳性能的正交试验分析

4.1正交试验设计基础理论

4.1.1正交试验设计简介

4.1.2正交试验设计的基本步骤

4.1.3多因素试验的方差分析

4.2因素水平表及正交试验表

4.3计算结果分析

4.3.1直观分析

4.3.2方差分析

4.4本章小结

第五章疲劳极限在全厚式长寿命沥青路面设计中的应用

5.1疲劳研究理论基础

5.1.1传统疲劳理论

5.1.2能耗法

5.1.3疲劳损伤法

5.2疲劳极限研究

5.2.1疲劳极限存在的室内验证

5.2.2沥青混合料的强度愈合作用

5.2.3疲劳极限的适用性

5.3全厚式长寿命沥青路面设计研究

5.3.1我国现行路面设计指标的局限性

5.3.2基于力学经验法的路面结构设计

5.3.3全厚式长寿命沥青路面设计指标

5.4全厚式长寿命沥青路面可靠度设计

5.4.1全厚式长寿命沥青路面可靠度的定义及其数学模型

5.4.2蒙特卡罗模拟

5.4.3路面可靠度设计方法流程

5.5全厚式长寿命沥青路面结构可靠度设计案例

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1本研究主要结论

6.2有待进一步研究的问题

参考文献

在研期间发表的论文

致谢