[博士]黄河冲积平原区高速公路路基强度衰减

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内容简介

　　[博士]黄河冲积平原区高速公路路基强度衰减　　学科专业:道路与铁道工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：东南大学　　学位年度：2009　　 黄河冲积平原区大面积的分布有黄河冲积粉土，这是我国特有的一种土质，这些地区很难以其它筑路材料作为路基替代填料。山东是我国开始建设高速公路较早且里程较长的省份，也是典型的黄河冲积平原粉士分布地区。该粉土土基是一种容易失稳的土基，易产生路基路面病害，这些病害的过早出现严重影响了公路的使用性能和使用寿命。黄河冲积平原区高速公路的路基强度衰减造成的路面早期病害与路面大修加铺改造问题十分突出，因此，围绕该问题开展相关研究显得十分必要和迫切。　　 本文从黄河冲积平原区路面结构早期破坏严重的实际问题出发，通过对多条道路的路面病害、路基不均匀沉降及路基含水量分布状态等问题进行较充分的现场调查与研究，在室内外试验及数值计算分析的基础上，揭示了黄河冲积平原区半刚性基层沥青路面在正常荷载条件下早期结构性损害依然发生的原因，主要是由于路基含水量变化引起的路基强度衰减及不均匀沉降造成，而重载交通则加剧了病害的发展速率和幅度。基于该地区沥青路面结构的这一工程特点，本文针对大修改造典型结构的选择，提出了对上部路面结构优化的要求、依据及应采取的措施。在对地基与路基进行相应的病害预防与处治的前提下，从功能性角度和结构性角度初步探讨了适合的大修加铺特殊结构，提出基于路基强度衰减下的路面结构设计思想，选取了“复合式”基层结构来控制沥青路面结构早期病害的发生，并通过数值分析与计算对这一新型路面结构进行了验证。　　 首先，本文通过大量的室内外试验，如现场含水量测试、室内回弹模量测试、渗透规律测试、抗剪强度指标测试等，系统研究了黄河冲积平原区击实粉土的土质特性以及在不同水分来源时的渗透规律，揭示了击实粉土的强度(模一最)变化规律:其次，本文采用gisar计算程序，计算分析了路基强度衰减、重载交通两种因素对半刚性基层沥青路面结构力学指标的影响，提出路基强度衰减对基层层底拉应力影响最大的观点。同时，计算分析了两种因素联合作用下对基层疲劳寿命的影响规律，从而揭示了黄河冲积平原区路面结构使用寿命短的主要原因;第三，现场实测了黄河冲积平原区路基不均匀沉降规律，提出不均匀沉降沿横向分布为近似抛物线分布规律，沿纵向主要分布在桥头连接处路段。基于有限元软件Ansys，选取典型路段，基于平面应变假定，分别分析了横向不均匀沉降和纵向不均匀沉降对路面结构受力的影响，分析说明半刚性基层沥青路面结构对横向不均匀沉降非常敏感。建立三维有限元模型，分析了实际不均匀沉降对路面结构的影响:最后，综合考虑由于路基强度衰减与不均匀沉降的影响导致的传统半刚性路面结构难以适应黄河冲积平原区粉土路基的特点，提出了“复合式基层”路面结构的设计思路，并以级配碎石层和大粒径透水性沥混合料(LSPM)结构层为例，采用数值模拟手段，分析了该类复合式基层路面结构对路基强度衰减、不均匀沉降及重载交通的适应性，从而为该地区旧路大修改造的路面加铺层结构新的典型结构形式提供了相应的理论依据与支持。　　 总之，本论文在黄河冲积平原区高速公路路基强度衰减与路面结构特性方面所做的研究工作，对我国的公路工程建设与维护将有着重要的理论和实践意义。　　

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