沥青路面土基模量对层底弯拉应力指标的影响.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)沥青路面土基模量对层底弯拉应力指标的影响谷晓蔚(山西诚达公路勘察设计有限公司山西 太原)摘 要:在路面结构设计的过程中要综合考虑土基的承载能力情况和路面结构层模量、厚度等因素 而土基回弹模量是反映土基承载能力性能的重要指标它的确定受影响因素较多 从层间连续和层间滑动接触两个角度建立模型计算分析了沥青路面土基回弹模量对路面结构层层底弯拉应力的影响 得出:()路面面层层底应力受面层模量影响较大土基回弹模量增加会导致基层层底拉应力逐渐减小土基回弹模量值较小时影响更为显著()面层和基层厚度变化对基层层底应力状态的影响程度逐渐减小且路面结构层较薄时影响更加突出关键词:沥青路面土基模量层底弯拉应力面层厚度中图分类号:.文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:谷晓蔚()女山西太原人本科工程师研究方向:土木工程 土基回弹模量的确定采用定值法确定土基回弹模量根据路面弯沉值及轮隙中心路表回弹弯沉值可得.()两边取对数整理后可得.()将 .代入式()中可得.()相对损伤 .为每月土基回弹模量的权重则全年的土基回弹模量加权平均值 为 ()土基回弹模量对路面面层层底拉应力的影响.层间连续接触模型为了简化分析过程分析只有面层和基层的路面结构 第一步运用材料力学的理论对层间连续状态下的基层层底弯拉应力分析 在层间连续状态下路面顶面受竖向力就会在结构层中有一个中性面中性面上部材料受压下部材料受拉中性面位置的计算公式()所示 .()/()由()式可知如果模量 小于 且厚度 小于 则加号后半部分公式的结果一定为负值则 肯定小于 所以中性面就在基层内 工程实践中面层厚度往往小于基层且路面材料的模量也小于基层模量则中性面在路面基层中即基层上半部分和路面面层处于受压状态路面面层层底仅存在压应力为对面层层底拉应力做进一步分析建立图 所示的路面模型并标注结构层的模量、厚度等参数以便分析各参数变化对层底拉应力的影响图 路面结构及参数图()土基回弹模量变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变仅调整土基回弹模量这一个参数计算分析路面面层层底拉应力得出如图 所示的结果可以看出土基的回弹模量控制在 路面面层层底处于受压状态随着土基回弹模量增加路面层底压应力逐渐减小且减小速率逐渐减缓()土基回弹模量和基层模量变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和基层模量这两个参数计算分析路面面层层底拉应力得出如图 所示的结果 可以看出路面面层层底拉应力受基层模量影响明显相对来说土基回弹模量的影响较小 在土基模量 不变时 基层模量由 增加到 由 增加到 由 增加到 时分第 期谷晓蔚:沥青路面土基模量对层底弯拉应力指标的影响总第 期图 面层层底拉应力与土基回弹模量的关系曲线别使 得 基 层 拉 应 力 分 别 减 少 了.和.这说明基层模量处于较低的状态时模量增加对层底拉应力影响更为明显基层模量为 时随着土基回弹模量的增加路面面层层底逐渐由压应力转变为拉应力图 基层模量和土基模量综合对面层层底拉应力的影响曲线()土基回弹模量和基层厚度变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和基层厚度这两个参数计算分析路面面层层底拉应力结果见图 图 土基模量基层厚度与面层层底拉应力的关系曲线由图 可知土基回弹模量分别为.、.、.基层厚度为 时路面结构面层层底的状态为受压 当土基回弹模量一定时随着基层厚度从 增加至 路面面层层底拉应力曲线为倒抛物线状且基层厚度为 时面层层底拉应力值最小 当基层厚度一定时随着土基回弹模量的增大面层层底拉应力逐渐增加且变化幅度也越来越小 以基层厚度 为例当土基回弹模量由 增加到.时面层层底拉应力增幅超过 左右土基回弹模量由.增加到.时面层层底拉应力增幅仅为 左右 当基层厚度大于 随着基层厚度的增加面层层底拉应力变化趋于平缓且土基回弹模量越大拉应力变化幅度越小 总的来说土基回弹模量的增加在一定程度上会使得路面面层层底应力趋于不利状态()土基回弹模量和面层模量变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和面层模量这两个参数计算分析路面面层层底拉应力得出如图 所示的结果 可以看出路面面层层底压应力随着路面模量的增加呈线形降低每增加 大约下降 从竖向角度分析土基回弹模量的增加让面层层底的压应力值减小土基回弹模量从 增加 到 要 比 从 增 加 到 的变化幅度大很多 总体来看路面面层模量对路面面层层底拉应力影响更为敏感图 土基回弹模量、路面面层模量与面层层底拉应力的关系曲线()土基回弹模量和面层厚度变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和面层厚度这两个参数计算分析路面面层层底拉应力得出如图 所示的结果 可以看出在其他参数不变的情况下随着面层厚度的增加路面面层层底应力逐渐由压应力变为拉应力随着面层厚度从 增加到.之间面层层底压应力减小很明显从厚度到.再增加面层层底拉应力增加较为缓慢说明面层厚度增加到一定程度后厚度再变化总第 期黑龙江交通科技第 期对面层层底应力影响不再明显 通过 个土基模量的比较土基模量越大对面层层底应力变化的速率越小但影响是有限度的图 土基回弹模量、面层厚度与面层层底拉应力的关系曲线综上所述在层间连续模型中路面面层层底应力状态既有压应力也有拉应力与路面面层厚度和土基回弹模量均有关系 面层厚度对层底应力的影响比土基回弹模量的影响大 土基回弹模量增加会导致层底拉应力变大也会减小路面面层厚度对层底应力的影响程度.层间滑动接触模型选取的模型以及相关参数不变的情况下将层间接触调整为滑动状态计算出土基模量对路面面层层底应力的影响如图 所示 可以看出层间接触为滑动状态时路面面层层底基本为拉应力且应力值较大达到了兆帕的数量级并且呈现出随着土基回弹模量的增大面层层底拉应力线形递减的趋势在工程实践中通过充分的压实以达到路面必要的强度导致路面层间接触状态不可能是完全滑动基本处于连接状态所以此模型与工程实践差别较大所以层间滑动模型分析参考性不大图 在层间滑动接触状态下面层层底拉应力与土基回弹模量的关系曲线 土基回弹模量对路面基层层底拉应力的影响分析.层间连续接触模型()土基回弹模量和基层模量变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和基层模量这两个参数计算分析路面基层层底拉应力得出如图 所示的结果 可以看出土基模量在 之间变化基层模量从 增加 的过程中路面基层层底始终处于受拉状态 土基回弹模量的增加会减小路面基层层底拉应力但是增加到一定程度基层层底拉应力下降幅度减小 基层模量增加会导致基层层底拉应力增大基层模量从 增加到 的影响比从 增加到 影响大 土基回弹模量和路面基层模量对路面基层层底应力状态的影响趋势相差不大图 基层模量、土基回弹模量与基层层底拉应力的关系曲线图 面层模量、土基回弹模量与基层层底拉应力的关系曲线()土基回弹模量和面层模量变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和面层模量这两个参数计算分析路面基层层底拉应力得出如图 所示的结果 可以看出土基模量在 之间变化面层模量从 增加 的过程中路面基层层底始终处于受拉状态 面层模量一定基层层底拉应力随着土基回弹模量的增加而逐渐减小土基回弹模量值处于较小时对基层层底拉应力影响较为明显 可以看出面层模量同样会影响基层层底拉应力随着面层模量增加基层层底拉应力逐渐减小第 期谷晓蔚:沥青路面土基模量对层底弯拉应力指标的影响总第 期()土基回弹模量和结构层厚度变化在层间连续模型下的路面结构中控制其他参数不变调整土基回弹模量和基层厚度或土基回弹模量和面层厚度两个参数计算分析路面基层层底拉应力得出如图 和图 所示的结果可以看出路面各结构层的厚度均会影响路面基层层底拉应力可以看出土基模量在 之间变化基层厚度从 增加到 面层厚度为 时路面结构基层层底始终处于受拉状态图 基层厚度土基回弹模量与基层层底拉应力的关系曲线图 面层厚度土基回弹模量与基层层底拉应力的关系曲线.层间滑动接触模型控制其他参数不变分别在层间滑动接触模型下和层间连续模型下的路面结构中调整土基回弹模量参数计算分析路面基层层底拉应力可以看出在工程实践中路面基层层底拉应力肯定介于两条曲线之间由于实践中结构层压实较为密实且设置了功能层所以实际的路面基层层底拉应力更靠近层间连续状态的曲线在层间连续和层间滑动接触模型下随着土基回弹模量的增加基层层底拉应力逐渐减小且层间滑动接触模型的变化比层间连续模型的变化突出 在土基回弹模量值较小时模量值增加的影响较为明显 结 语()土基回弹模量从 增加到 的时候路面面层层底压应力逐渐减小在土基回弹模量值较小的情况下较为突出且路面层底一直处于受压状态()基层模量值增加到一定程度后继续增加对路面面层层底拉应力降低的效果有限面层模量和土基回弹模量共同对面层层底应力的分析得出面层层底拉应力会随着面层模量的增加而减小在三个土基回弹模量值一定的情况下面层模量每增大 大约会导致层底拉应力下降 ()土基回弹模量和基层厚度变化影响面层层底应力时均为受压状态且随着基层厚度的增加面层层底拉应力呈开口向上的抛物线状土基回弹模量的增加会导致面层层底拉应力曲线变的平缓面层厚度变化形成的路面层底拉应力关系曲线图呈半边抛物线状开口向下在面层厚度值较小的情况下面层厚度变化对层底拉应力影响较大且增加到一定程度面层层底应力由压应力转化为拉应力()土基回弹模量的增加会导致基层拉应力减小且在土基回弹模量值较小时变化对层底拉应力影响更加突出基层模量的增加反而会使基层层底拉应力增大同样在模量值较小的时候影响较大土基回弹模量和基层模量对基层层底拉应力的影响程度较为接近()路面面层模量的增加会导致基层层底拉应力减小在模量值较小时影响程度大但是仅增加面层模量并不是最经济的方案参考文献:付甜陈禹.沥青路面塑性基础铺层的应力影响有限元分析.交通世界(下旬刊)():.汪托左琪.沥青路面材料参数敏感性分析.交通科技():.谢红飞宋亮高阳江等.沥青路面最优厚度设计方案研究.广东交通职业技术学院学报():.赵殿鹏杨平张豪.基层层间状态对沥青路面荷载应力与疲劳性能的影响.森林工程():.吴奇帆.三种典型沥青路面结构的力学特性分析.广东土木与建筑():.孙杰.两种均布荷载作用下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析.建材技术与应用():.朱向平颜可珍张虎等.考虑层间状态的横观各向同性沥青路面力学分析.广西大学学报(自然科学版)():.罗要飞张争奇杨博等.层间接触条件对沥青路面结构 性 能 的 影 响 .中 外 公 路 ():.李群游凌云颜可珍等.均布荷载下横观各向同性沥青路面力学行为分析.合肥工业大学学报(自然科学版)():.