【博士】陡长上坡路段沥青路面车辙的形成机理与防治对策研究【2010】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：长安大学　　学位年度： 2010年　　随着高速公路不断向山区延伸，路线设计中不可避免会遇到“长”、“陡”坡的问题，而陡长坡路段车辙病害更加严重，极大地影响了行车安全和通行能力，成为高速公路的“瓶颈”。因此开展陡长坡路段沥青路面车辙机理及其防治对策研究，不仅必要而且十分迫切。　　本文从陡长坡路段车辆行驶状态出发，提出了不同条件下的坡度及坡长限值；通过对典型陡长上坡路段车辙病害实地调查和室内试验，分析并阐释了陡长上坡路段沥青路面车辙分布规律的影响因素，发现重载车慢速行驶时产生车辙的核心因素，而车速慢的原因在于纵坡坡陡或(和)坡长。通过对车辙病害影响因素的研究，提出以多轴重载、慢速交通等为对象研究长大纵坡车辙病害形成机理。　　通过不同温度和应力水平下的静载蠕变试验研究，分析了应力、温度和时间对沥青混合料蠕变影响的等效性，应用非线性粘弹性体的应力．温度．时间等效原理，推导了沥青混合料恒应力温度移位因子、恒温度应力移位因子以及温度．应力联合移位因子的数学表达，并以AC20沥青混合料的试验数据为依据进行了验证。　　根据陡长坡路段重载、慢速交通特性，进行了沥青路面永久变形的数值模拟，分析了轴载、速度和累计轴载作用次数对路表车辙、沥青面层各层永久变形以及路面剪应力和等效蠕变应变的影响，建立了路表车辙与了轴载、速度和累计轴载作用次数的回归关系式，而沥青面层各层产生的车辙与路面剪应力和等效蠕变应变的分布密切相关，各层永久变形所占比例现场调查的结论一致。　　通过移动荷载模拟车辆爬坡过程，研究了多轴重载以及夏季轮胎参数异化条件下沥青路面的力学响应。研究结果认为悬轴车将前轴荷载均匀施加在中轴和后轴，对路面影响显著增加，表现为竖向最大位移、剪应力峰值、压应力峰值均明显增大；随着温度的升高，由胎压变化引起的路面各项力学指标的增幅近10％，最大剪应力分布在路表由轮隙向轮心处迁移，沿路面深度方向由轮心处下中面层位置向路表迁移。　　通过对沥青胶浆高温特性、细集料填充效应、粗集料骨架效应的分析和研究，提出了陡长坡路段抗车辙沥青混合料的多尺度优化设计方法；并采用模糊数学综合评判方法，优选了改性剂类型，并将优选的改性剂和硬质沥青应用于陡长坡路段沥青路面的材料组成设计，而室内试验结果表明采用改性剂和硬质沥青后，沥青混合料的模量提高，蠕变性能得到改善，可以大幅降低路表车辙。　　最后，结合前文有关长大纵坡车辙病害形成机理分析，从主动防治对策、路面结构和材料优化设计及高温时段交通控制多角度提出长大纵坡车辙病害防治体系。　　

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