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半刚性基层沥青路面因基层板体性好、具有较高的承载能力和抗变形能力而在我国的公路建设和养护中被广泛使用。在内蒙、新疆等大温差地区,半刚性基层沥青路面中易出现裂缝类病害。针对大温差地区出现较大的年温差、日温差对路面病害的产生有何影响,已经有学者做了相关的研究,但并未给予精确地解答。因此,有必要针对大温差地区半刚性基层沥青路面病害的特征及机理进行深入的研究。
本文采用资料调研、现场实地病害调查和有限元数值模拟等方法,总结了大温差地区沥青路面的典型病害,分析了路面结构中的温度时空分布和应力状态,研究了既有裂缝的扩展规律,诠释了沥青路面裂缝的发生发展机理。本文的主要研究工作和结论如下:
(1)对以内蒙为例的大温差地区7段半刚性基层沥青路面公路病害的调研表明,调研路段中的主要病害是横向裂缝,次要病害为纵向裂缝,而块裂和龟裂分布较少。调研路段中的病害表观特征为:
a.横缝缝距在8.7m到23.2m之间,平均缝宽在1.2mm到4.1mm,最大缝宽达到12mm,且分布于运营时间较长的路段中,横缝长度基本贯穿整个路面宽度,部分横缝附近分布较多的分支裂缝;
b.纵缝每公里长度在61m到915m之间,主要出现在两车道交界处和行车道轮迹线上,部分出现在行车道与硬路肩交界处和超车道中间等位置;块裂和龟裂主要出现在运营时间较长,重载较为严重的路段。
(2)针对调研地区主要病害——横向裂缝的产生机理,通过路面结构温度和应力的数值分析和对裂缝扩展规律的研究表明:
a.考虑了温度、太阳辐射和风速等环境因素的路面结构温度场数值分析表明,以呼市为例的大温差地区路面结构处于低温的时间约3到4个月,由于该地区较大的年温差,使路面结构中也存在了较大的年温差,造成从建成日起到最低温日形成较大的温度变化幅度;
b.面层的温度应力计算表明,由于面层内部温度较大的变化幅度,造成在最低温日路表出现了较大的温缩应力,其数值超过了沥青混合料相应温度下的劈裂强度,从而在沥青混合料面层中产生开裂;
c.由于基层在建成起到最低温日较大幅度的温度变化,加之水泥稳定碎石的干缩应力影响,造成基层顶部出现较大的收缩应力,超过了材料的劈裂强度而产生开裂;
d.在温度-荷载耦合作用下,随着温度降低,荷载次数增加,因基层收缩产生的裂缝开始从基层顶部向下发展。并在即将贯穿整个基层时,向面层也发生了扩展,最终发展到路表形成反射裂缝。
本文采用资料调研、现场实地病害调查和有限元数值模拟等方法,总结了大温差地区沥青路面的典型病害,分析了路面结构中的温度时空分布和应力状态,研究了既有裂缝的扩展规律,诠释了沥青路面裂缝的发生发展机理。本文的主要研究工作和结论如下:
(1)对以内蒙为例的大温差地区7段半刚性基层沥青路面公路病害的调研表明,调研路段中的主要病害是横向裂缝,次要病害为纵向裂缝,而块裂和龟裂分布较少。调研路段中的病害表观特征为:
a.横缝缝距在8.7m到23.2m之间,平均缝宽在1.2mm到4.1mm,最大缝宽达到12mm,且分布于运营时间较长的路段中,横缝长度基本贯穿整个路面宽度,部分横缝附近分布较多的分支裂缝;
b.纵缝每公里长度在61m到915m之间,主要出现在两车道交界处和行车道轮迹线上,部分出现在行车道与硬路肩交界处和超车道中间等位置;块裂和龟裂主要出现在运营时间较长,重载较为严重的路段。
(2)针对调研地区主要病害——横向裂缝的产生机理,通过路面结构温度和应力的数值分析和对裂缝扩展规律的研究表明:
a.考虑了温度、太阳辐射和风速等环境因素的路面结构温度场数值分析表明,以呼市为例的大温差地区路面结构处于低温的时间约3到4个月,由于该地区较大的年温差,使路面结构中也存在了较大的年温差,造成从建成日起到最低温日形成较大的温度变化幅度;
b.面层的温度应力计算表明,由于面层内部温度较大的变化幅度,造成在最低温日路表出现了较大的温缩应力,其数值超过了沥青混合料相应温度下的劈裂强度,从而在沥青混合料面层中产生开裂;
c.由于基层在建成起到最低温日较大幅度的温度变化,加之水泥稳定碎石的干缩应力影响,造成基层顶部出现较大的收缩应力,超过了材料的劈裂强度而产生开裂;
d.在温度-荷载耦合作用下,随着温度降低,荷载次数增加,因基层收缩产生的裂缝开始从基层顶部向下发展。并在即将贯穿整个基层时,向面层也发生了扩展,最终发展到路表形成反射裂缝。