级配碎石路面基层材料力学性能研究

摘要

路面结构层中常用的半刚性基层在使用过程中出现了受温度、湿度影响大，超载后破坏较快，易产生反射裂缝等缺点。我国研究人员已经开始着重研究排水效果更好、能有效控制反射裂缝的级配碎石柔性基层。本文通过对7种级配碎石进行CBR试验、三轴剪切试验和永久变形试验研究了作为基层材料级配碎石的应力分布，CBR强度以及其影响因素，三轴抗剪强度和变形特性，为级配碎石基层的推广提供技术支持。
　　本文选用石灰岩作为试验材料，在验证其基础性能的满足材料使用要求的前提下，设计了7种级配碎石，并通过击实试验确定了材料的最佳含水率和最大干密度。
　　然后，通过ABAQUS有限元软件计算半刚性基层和柔性基层两种类型的路面结构层，分析其的受力特点上的差异。结合当前国内外研究成果和力学经验设计方法，设计了34种常用的粒料基层路面结构，对34种路面结构进行三维有限元模拟计算，确定了柔性基层、底基层内的第三主应力分布规律和分布范围。根据计算结果确定实验室永久变形试验的应力水平。
　　其次，进行CBR试验，通过CBR值，筛选出符合规范要求的4种级配，分别用于各等级公路的基层和底基层。研究CBR与级配碎石级配的关系，结果表明:CBR与级配曲线、细度模数以及平均粒径有一定的关系。为满足CBR要求，级配碎石可参考以上参数进行设计。
　　对7种级配碎石在最佳含水率下进行进行三轴剪切试验，研究三轴试验参数与CBR之间的关系。对筛选出的4种级配碎石在不同含水率和压实度下进项三轴试验，以摩尔-库伦强度准则为基础确定级配碎石的破坏准则，分析了摩尔-库伦参数的与含水率和压实度的关系。
　　在以上模拟计算和试验的基础上进行级配碎石永久变形试验。通过试验发现级配碎石的弹性变形为级配碎石本身的特性，含水率对级配碎石弹性变形有一定影响。级配碎石的含水率、围压和偏应力对级配碎石的塑性变形影响显著。在实际级配碎石柔性基层中，对基层内的含水率和超载情况的严格控制可以有效地防止级配碎石发生破坏。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国外研究现状

1．2．1 加州承载比

1．2．2 抗剪强度

1．2．3 永久变形

1．3 国内研究现状

1．4 课题研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 原材料及基础性能试验

2．1 试验材料

2．2 基本技术指标检测

2．2．1 压碎值

2．2．2 针片状颗粒含量

2．2．3 含泥量(0．075mm以下粉尘含量)

2．2．4 软弱颗粒含量

2．3 级配碎石级配组成设计

2．3．1 筛分

2．3．2 级配设计

2．4 击实试验

2．4．1 试验方法

2．4．2 试验结果

2．5 本章小结

第三章 级配碎石基层、底基层应力分析

3．1 ABAQUS有限元建模

3．2 粒料基层与半刚性基层路面结构力学特性比较

3．3 粒料基层沥青路面力学响应分析

3．3．1 典型路面结构力学响应分析

3．3．2 计算结果分析

3．4 本章小结

第四章 级配碎石CBR试验及影响因素分析

4．1 试验方法及结果

4．2 CBR试验结果分析

4．2．1 CBR与级配曲线的关系

4．2．2 CBR与细度模数的关系

4．2．3 CBR与平均粒径的关系

4．2．4 CBR与不均匀系数、曲率系数的关系

4．3 本章小结

第五章 级配碎石三轴试验研究

5．1 试验方法

5．2 试验结果与讨论

5．2．1 试验结果

5．2．2 摩尔-库伦参数与CBR关系

5．2．3 摩尔-库伦参数与含水率和压实度的关系

5．3 本章小结

第六章 级配碎石永久变形试验

6．1 试验方法

6．2 试验结果与讨论

6．2．1 试验结果

6．2．2 级配碎石弹性变形试验结果分析

6．2．3 级配碎石塑性变形试验结果分析

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历