路基土永久变形预估模型研究

摘要

车辙是沥青路面最常见的破坏形式之一，不仅影响车辆行驶的舒适性，严重时还影响行车安全。目前国外的沥青路面设计主要通过两种方法控制路面的过量车辙：一是控制路基顶面的压应变小于容许压应变；二是采用分层总和法直接计算路表的车辙，这两种方法均需要路基土永久变形预估模型。本文对路基土永久变形预估模型进行了研究。主要内容如下： ⑴参考国外路基土永久变形以及回弹模量的试验方案以及我国对于路基土压实度、含水量等的规定，对相关试验参数进行论证，建立了路基土永久变形重复加载试验方案，其中三种土加载1万次，1种土加载10万次以上。 ⑵利用万能材料试验机对四种路基土进行了重复加载动三轴试验，得到了永久变形的发展曲线。选择了一种塑性应变和荷载作用次数之间的关系式，使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式，得到了路基土永久变形预估经验模型。试验结果对比分析表明：现有预估模型不适用于我国路基土，本报告建立的路基土永久变形预估经验模型可靠性较高。 ⑶针对路基土在重复荷载作用下表现出明显类似粘弹性滞回圈的特点，把土视为粘弹性体来代替弹塑性体，把重复的动荷载转换成与其等效的恒定荷载，采用三元件等价粘弹性本构方程推导了重复荷载下的路基土永久变形理论模型，并通过试验结果验证了模型的适用性。此模型能有效地预估路基土第一、二阶段永久变形的发展，但不能描述路基土永久变形的第三阶段。 ⑷利用ABAQUS有限元软件，分别采用两种方法对于路基土重复加载动三轴试验进行仿真，方法一中路基土采用扩展的Drunker—Prager塑性本构模型，重复施加间歇的半正弦荷载；方法二中路基土采用Kelvin—Voigt三元件等效粘弹性本构模型，并把重复的动荷载转换成与其等效的恒定荷载。曲线拟合结果表明，两种方法仿真得到的路基土永久变形发展规律与室内试验结果相同。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2路基土永久变形预估模型研究现状

1.2.1路基土永久变形预估模型特性

1.2.2路基土第一、二阶段永久变形预估模型

1.2.3路基土三阶段永久变形预估模型

1.2.4路基土永久变形预估模型评价

1.2.5路基土永久变形经验预估模型选择

1.3主要研究内容和技术路线

2　路基土永久变形试验方案

2.1试验方案回顾

2.2动三轴试验简介及试验设备

2.2.1动三轴试验简介

2.2.2动三轴试验设备

2.3试验参数的论证

2.3.1土的类型

2.3.2试件尺寸

2.3.3 含水量

2.3.4 压实度

2.3.5 偏应力

2.3.6围压

2.3.7应力历史

2.3.8其它荷载参数

2.4试验方案

2.4.1试验目的

2.4.2基础试验

2.4.3加载1万次的永久变形试验

2.4.4加载10万次的永久变形正式试验

2.4.5加载10万次的影响因素研究试验

3　路基土永久变形试验结果及经验模型

3.1路基土基础试验

3.2加载1万次粉土永久变形试验结果和预估模型

3.2.1永久变形试验结果

3.2.2回弹变形试验结果

3.2.3永久变形预估模型

3.3加载1万次砂土永久变形试验结果和预估模型

3.3.1永久变形试验结果

3.3.2同弹变形试验结果

3.3.3永久变形预估模型

3.4加载1万次粘土永久变形试验结果和预估模型

3.4.1永久变形试验结果

3.4.2回弹变形试验结果

3.4.3永久变形预估模型

3.5加载1万次三种土整体永久变形预估模型

3.6加载10万次以上粉土永久变形试验结果

3.6.1正式试验永久变形试验结果

3.6.2含水量对永久变形的影响

3.6.3荷载作用时间对永久变形的影响

4路基土永久变形预估理论模型研究

4.1三元件等效粘弹性土体本构模型

4.2重复荷载作用下土体粘弹性模型的推导

4.3理论模型的验证

5　路基土永久变形预估模型仿真研究

5.1ABAQUS有限元软件

5.1.1ABAQUS简介

5.1.2 ABAQUS的主要模块

5.2 ABAQUS非线性问题的求解

5.2.11非线性的来源

5.2.2 1非线形问题的求解

5.3土体本构模型

5.3.1弹性模型

5.3.2扩展的Drucker-Prager模型

5.3.3粘弹性土体本构模型

5.4有限元计算模型

5.4.1基本假定及模型构成

5.4.2有限元单元选取与网格划分

5.4.3分析过程与加载方式

5.5基于D-P模型的仿真结果与分析

5.5.1有限元仿真结果

5.5.2曲线拟合

5.6基于粘弹性本构模型的仿真结果及分析

5.6.1有限元仿真结果

5.6.2曲线拟合

6结论与展望

6.1主要结论

6.2展望——需进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录

博士生期间发表的学术论文

博士后期间发表的学术论文

个人简历

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