孔隙水压力对沥青路面性能的影响及其监测研究

摘要

沥青路面水损坏的根本原因在于行车荷载引起的动水压力与沥青混凝土骨架相互作用降低了沥青的胶结力。沥青混合料的渗透性能是面层动水压力分布的决定性因素,本文采用室内实验、数值模拟和现场监测相结合的方法,研究了沥青面层内孔隙水压力的分布及其对沥青混凝土性能的影响。研究成果为揭示水作用下沥青路面水损坏的机理并采用有效的防护措施奠定了基础,本文的具体研究内容为:
　　首先,对车辙板取芯试样进行室内密度试验,计算其空隙率;通过 CT扫描技术获得其内部空隙率分布情况;并通过实测不同水压力下的渗透系数分析其渗透性能。结果表明沥青混合料内部空隙率沿厚度方向呈先减小后增大的规律分布;渗透系数与渗透压力服从幂函数关系,与空隙率没有明显的相关性。
　　其次,对车辙板取芯试样进行动水冲刷试验评价动态水压力对沥青混合料性能的影响。重复渗透试验,测量冲刷后试件渗透系数,研究不同水压力与作用次数对沥青混合料渗透性能的影响;对冲刷后的芯样进行冻融劈裂试验,研究不同的动水压力与作用次数对沥青混合料水稳定性的影响。试验结果表明沥青混合料渗透系数受空隙率、动水压力与冲刷次数共同影响,TSR值均随冲刷次数和动水压力的增加而减小。
　　再次,将沥青混合料视为多孔介质材料,基于经典的多孔介质流固耦合理论,采用ABAQUS有限元软件建立三维路面模型,并应用前面所述试验所得渗透系数与动水压力关系式,模拟了沥青路面结构内应力、位移及孔隙水压力分布情况。分析了渗透系数、荷载及面层弹性模量变化对饱水沥青路面结构内孔隙水压力分布的影响。
　　最后,采用光纤布喇格光栅压力传感器测量饱水车辙板在车辙仪轮载作用下内部孔隙水压力;并对车辆荷载作用下饱水沥青路面内部孔隙水压力进行现场测量。结果表明,实验室实测孔隙水压力可达160kPa;路面上面层底部孔隙水压力最大;货车以低速行驶时实测孔隙水压力值与实验室车辙仪实测孔压值较为相近。同时将有限元计算孔隙水压力值与实测值进行对比,分析了产生这一差异的原因。

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缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3现有研究存在的不足

1.4本文的研究内容和技术路线

第二章 沥青混合料空隙分布与渗透性能研究

2.1沥青混合料空隙率的测定

2.2沥青混合料CT扫描分析

2.3沥青混合料渗透系数测定

2.4本章小结

第三章 水压力对沥青混合料渗透性和水稳定性的影响研究

3.1动水压力对沥青混合料渗透性能影响试验

3.2动水压力对沥青混合料水稳定性的影响

3.3本章小结

第四章 动荷载作用下饱水沥青路面孔隙水压力模拟分析

4.1概述

4.2有限元模型的建立

4.3孔隙水压力模拟及分析

4.4影响孔隙水压力分布的因素分析

4.5本章小结

第五章 光纤光栅传感器孔隙水压力测量

5.1光纤布喇格光栅的传感原理

5.2光纤布喇格光栅压力传感器

5.3孔隙水压力室内测量

5.4孔隙水压力现场测量

5.5孔隙水压力传感测量与理论计算值的比较

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的学术论文