四川藏区沥青路面开裂及隔离层低温抗裂性能研究

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四川藏区(甘孜州、阿坝州境内)高速是内地进入藏区的关键通道,对促进沿线地区经济和社会快速发展具有非常重要的政治和经济意义。由于该地区路面病害较多,且主要以低温开裂为主,因此,针对该地区独特的气候条件,分析研究沥青混凝土及路面结构低温抗裂性能具有十分重要的现实意义。沥青混凝土在很宽的温度范围内呈粘弹性,当温度下降时,所产生的温度应力可以通过应力松弛而消散;但在相对低的温度区域,沥青呈弹性;如果环境温度下降很快或者沥青混凝土的松弛性能较差,将很快造成低温缩裂。另外,反射型裂纹受温度影响产生反复收缩扩张,会在裂纹尖端产生应力集中,从而导致上层结构疲劳开裂。基于以上理论,本文主要针对四川藏区极端气候条件下沥青路面结构典型温度场、单级配隔离层低温抗裂性能及疲劳性能、均质度对裂纹扩展规律及扩展状态的影响、沥青路面结构隔离层抗裂性能及反射型裂纹的开裂扩展等进行深入详细的研究。主要研究内容如下:1.通过收集分析四川藏区近30年来13个典型站点气象数据,结合G213、S450、S217三条国省干线路面使用性能调研、路面病害状况调查及钻芯取样,深入分析四川藏区沥青路面破坏机理及影响因素。2.通过四川藏区典型气温并结合ABAQUS有限元软件,对比分析四川藏区沥青路面结构在冬季、夏季及相应极端条件下的典型温度场,明确各结构层的温度状态及特征,同时比较不同气象参数对温度场的影响,为后续研究提供基础的参考温度。3.通过BBR、DSR及LAS(Linear Amplitude Sweep)等试验对单级配隔离层的低温蠕变性能、疲劳等性能做深入分析,并结合低温评价指标(低温分级指标差(35)Tc、基于劲度模量主曲线的指标SS-t、基于能量的指标W ls(7)t(8)、松弛时间?、复合柔量J、基于黑色空间分布的指标G&R参数等)的相关性分析,选择适用于单级配隔离层结构低温抗裂性能、疲劳性能的间接评价指标;同时结合多应力重复蠕变恢复试验MSCR(Multiple Stress Creep Recovery),采用应变恢复率R以及不可恢复蠕变柔量Jnr对单级配隔离层所用沥青的高温性能进行了验证;另结合含隔离层结构试件的OT(Overlay Test)试验、四点弯曲疲劳等试验对单级配隔离层结构的抗裂性能、疲劳性能进行研究,选择单级配隔离层结构低温抗裂、疲劳性能的直接评价指标。4.基于均质度的裂纹扩展分析时,在非均匀材料单元划分中引入基元这一标准,并将弹性模量、泊松比等力学参数按Weibull分布来进行随机赋值,从而描述材料缺陷分布的随机性和非均匀性;同时结合室内小梁弯曲试验、马歇尔劈裂试验,系统分析均质度对裂纹扩展行为的影响及裂纹扩展过程中的应力分布状态,进而有利于深入理解沥青混凝土的开裂破坏机理,为工程设计和后续研究提供一定参考。5.采用ABAQUS有限元软件建立沥青路面反射型裂纹扩展模型(含初始缺陷),基于饱和滞后能以不同隔离层厚度条件为例分析隔离层对沥青路面结构抗裂性能的影响。采用扩展有限元理论,基于不同隔离层参数、不同温度降幅及不均匀沉降方程等分析隔离层抗裂及反射型裂纹的起裂和扩展寿命、扩展路径、扩展规律等,深入研究四川藏区沥青路面结构开裂破坏特征。
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