大温差地区半刚性基层隆起病害机理及处治方法研究

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhyoua
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半刚性基层道路在大温差地区独特的气候赋存条件下诱发横向带状隆起病害,此病害致病机理异于其他地区,具有地域特殊性,是大温差地区道路亟待解决的工程实际问题。为此,在课题组前期研究工作的基础上进行病害实体现场调研,基于病害实体特征、道路赋存环境特征的调查分析,以半刚性基层材料的导热系数、膨胀系数为研究指标,设计室内试验研究半刚性基层材料在不同温度梯度作用下材料热物性参数的演变规律,建立考虑温度作用下半刚性基层材料导热系数的预测模型,利用数值仿真技术模拟半刚性基层道路在大温差的特殊环境赋存条件下,道路结构的时空演化规律,揭示道路宏观尺度上热、力参数的时温效应特性,依据道路内部时温特性对隆起路段进行定性分析,针对致病机理提出工程处治措施并验证其可行性。研究结论如下:(1)实地调查分析结果表明,一方面在全球变暖的大背景下,病害频发区热日数增加,半刚性基层材料在热胀累积效应优于冷缩累积效应,引发隆起病害;另一方面在大温差温度循环荷载作用下,半刚性基层材料随之发生胀-缩变形循环,造成材料的疲劳劣化,加速了道路隆起病害的发展进程。(2)室内试验结果表明,半刚性基层材料的导热系数与粗骨料体积分数、水泥剂量、温度具有显著影响关系,与养护龄期之间的影响关系不显著。基于Kook-Han Kim导热系数模型构建的预测模型更适用于半刚性基层材料的导热系数预测。半刚性基层材料的膨胀系数与温度梯度、水泥剂量、骨架类型有较为明显的显著性关系。在初始温度不同,温差相同的温度区间进行材料的膨胀系数测定,高初始温度条件下半刚性基层材料的膨胀系数随之增大,表明在道路铺筑阶段,高温沥青混合料面热源作用于水泥稳定碎石,产生材料性能演变,构成半刚性基层“先天性损伤”,是道路横向带状隆起病害的主要诱因之一。(3)在现场调查及室内试验的基础上,针对性的提出基层设置胀缝、布设传力杆两种工程处治措施,使用数值仿真方法对其可行性进行验证。结果表明:在道路的隆起发生临界区基层设置胀缝可以有效释放温度应力,减小道路的隆起高度。胀缝填充材料的空心结构类型、材料类型、尺寸等参数的合理设置可以提高病害防治效果。基层布设传力杆可将隆起发生临界区积聚的挤压应力向非隆起区传递,有效减缓挤压应力沿道路纵向的积聚。以上工程防治措施从数值仿真角度对大温差地区的道路横向带状隆起病害都有较好的防治效果,但是设置胀缝方法施工工艺相对简单,对横向带状隆起病害的处治具有实用性和普适性。
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