【摘 要】
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荒漠区半刚性基层道路受时温效应特性诱发的横向带状隆起病害对公路服役寿命及行车运营安全构成极大威胁,为此,在课题组已有研究基础上,基于病害调查与水泥稳定级配碎石混合料组成设计,在满足基层材料强度性能的前提下,设计不同因素影响下的水泥稳定级配碎石基层胀缩性试验,提出针对隆起病害的优化级配及细集料类型,建立热膨胀系数的预测修正模型,细观层面运用离散元颗粒流PFC 3D进行水泥稳定级配碎石基层的胀缩性数值
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荒漠区半刚性基层道路受时温效应特性诱发的横向带状隆起病害对公路服役寿命及行车运营安全构成极大威胁,为此,在课题组已有研究基础上,基于病害调查与水泥稳定级配碎石混合料组成设计,在满足基层材料强度性能的前提下,设计不同因素影响下的水泥稳定级配碎石基层胀缩性试验,提出针对隆起病害的优化级配及细集料类型,建立热膨胀系数的预测修正模型,细观层面运用离散元颗粒流PFC 3D进行水泥稳定级配碎石基层的胀缩性数值模拟,以佐证和阐释半刚性基层道路的宏观隆起病害的产生机理。得到如下研究结论:(1)调查结果表明,隆起病害是在“时温效应”特性的周期性影响作用下发育变化的,需从优化基层材料组成设计角度来提出解决措施。特殊赋存环境气候条件,加之较长的公路基层连续段,影响其内部温度应力释放,诱发隆起病害,通过调整级配中各档集料用量及细集料类型可得骨架密实性更优的级配。(2)时温效应特性下,级配类型对基层胀缩性影响较为明显,应在骨架密实型级配范围内,设计粗集料含量较多、级配偏粗的级配类型,如C-B-3倒S级配;在满足基层强度性能前提下,应适当减少水泥用量,细集料选用与粗集料材料相同的石屑。基层材料在40℃~50℃受温度荷载影响最明显。从长期来看,当水泥稳定级配碎石基层内部累积的温度应力无法释放时,基层内部累积的热胀效应将优于冷缩效应,导致隆起病害的发生。基于Kerner模型进行修正的水泥稳定级配碎石基层热膨胀系数预测模型更适用于基层材料热膨胀系数预测。(3)基于离散元颗粒流PFC 3D的水稳基层胀缩性数值模拟结果表明,当水泥稳定级配碎石基层的温度应力无法释放时,从膨胀力角度来看,会在基层内部出现较大的膨胀力,膨胀力最大值附近的力链呈向上凸起状态;从膨胀位移角度来看,随着温度的升高,纵向的膨胀位移与实际情况相近,膨胀力最大值附近向上的膨胀位移会表现为隆起病害的发生,这佐证和阐释了半刚性基层道路的宏观隆起病害的产生机理。
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