南方多雨地區(qū)公路路基長期服役性能保障技術(shù)研究及應(yīng)用

1、1《南方多雨地區(qū)公路路基長期服役性能保障技術(shù)研究及應(yīng)用南方多雨地區(qū)公路路基長期服役性能保障技術(shù)研究及應(yīng)用》2017年度湖南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)目公示材料一、項(xiàng)目名稱：一、項(xiàng)目名稱：南方多雨地區(qū)公路路基長期服役性能保障技術(shù)研究及應(yīng)用南方多雨地區(qū)公路路基長期服役性能保障技術(shù)研究及應(yīng)用二、項(xiàng)目簡介二、項(xiàng)目簡介在交通運(yùn)輸部、湖南省科技廳、湖南省交通運(yùn)輸廳等科技項(xiàng)目的資助下，以南方多雨地區(qū)公路路基為依托，通過試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬、工程實(shí)踐等手段

2、，對交通荷載與濕度作用下路基長期服役性能進(jìn)行了深入研究，形成了路基剛度匹配設(shè)計(jì)方法，提出了保障路基長期服役性能的成套工程處治技術(shù)：（1）建立了交通荷載與濕度綜合作用下路基填料性能指標(biāo)參數(shù)及量化模型。利用系統(tǒng)的動三軸試驗(yàn)構(gòu)建了更適應(yīng)于重載交通荷載的填料動態(tài)回彈模量和累積塑性應(yīng)變預(yù)估模型，首次提出采用“濕化率”作為路基水穩(wěn)定性評價(jià)指標(biāo)，建立了依據(jù)物性參數(shù)的水穩(wěn)定性能預(yù)測模型，完善了路基填料濕度循環(huán)試驗(yàn)方法，并獲取了動態(tài)回彈模量干濕循環(huán)折減系

3、數(shù)。該部分成果為交通荷載與濕度的綜合作用研究提供了必要、可靠的路基填料本構(gòu)模型，為路基長期服役性能保障技術(shù)奠定了理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。（2）形成了基于輪路系統(tǒng)耦合和路基路面協(xié)調(diào)變形的路基剛度匹配設(shè)計(jì)方法。推導(dǎo)了動態(tài)回彈模量預(yù)估模型在復(fù)雜空間應(yīng)力狀態(tài)下的精確一致切線剛度矩陣，構(gòu)建了考慮動態(tài)回彈模量和輪路系統(tǒng)耦合的路基路面動力學(xué)分析方法，開發(fā)了交互式、參數(shù)化的建模分析軟件，獲取了動力作用下路基路面破壞規(guī)律，形成了路基路面長期服役性能演變評價(jià)方法，

4、研發(fā)了模型試驗(yàn)系統(tǒng)用于驗(yàn)證該方法的可靠性；創(chuàng)建了以地下水位、路基填筑高度為核心的路基當(dāng)量回彈模量的預(yù)估方程，并從路基路面協(xié)調(diào)變形角度出發(fā)首次提出了路基剛度匹配系數(shù)的合理控制范圍。該部分成果為路基路面一體化計(jì)算分析提供了全新的視角和途徑，既實(shí)現(xiàn)了路基設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，又便于將新設(shè)計(jì)方法與實(shí)際工程填料控制3三、客觀評價(jià)三、客觀評價(jià)1.與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較對比內(nèi)

5、容現(xiàn)有同類技術(shù)特點(diǎn)本課題創(chuàng)新點(diǎn)靜力線彈性模型。創(chuàng)造性地提出了更適應(yīng)重載交通荷載特點(diǎn)的四參數(shù)動態(tài)回彈模量模型，可精細(xì)調(diào)整剪應(yīng)力對回彈模量的貢獻(xiàn)，更加真實(shí)地反映了重載交通荷載下路基的動力響應(yīng)。路基填料本構(gòu)模型基于等效切線剛度矩陣的動態(tài)回彈模量模型，根據(jù)三軸試驗(yàn)的軸對稱應(yīng)力狀態(tài)得出，缺乏嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，計(jì)算誤差較大。首次基于廣義胡克定律嚴(yán)格推導(dǎo)了動態(tài)回彈模量空間應(yīng)力狀態(tài)下的精確一致切線剛度矩陣，提高了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的計(jì)算精度10%以上。水穩(wěn)定

6、性評價(jià)指標(biāo)相應(yīng)預(yù)測模型較少，缺乏定量描述。首次系統(tǒng)提出了依據(jù)物性參數(shù)的水穩(wěn)性評價(jià)指標(biāo)預(yù)測模型，解決了非飽和土的模量取值問題，為研究濕度變化條件下路基性能演變提供了有效途徑，同時(shí)可作為不同濕度條件下填料選取的依據(jù)。數(shù)值仿真分析軟件普遍采用普通商業(yè)軟件，建模過程繁瑣，車輛荷載簡化為路面均布荷載，與實(shí)際情況偏差較大。在商業(yè)軟件基礎(chǔ)上二次開發(fā)了便捷的參數(shù)化建模與分析軟件，更真實(shí)反映了實(shí)際的輪路系統(tǒng)耦合狀態(tài)，可體現(xiàn)輪胎自由滾動、加速滾動、減速滾動

7、狀態(tài)下路面的接觸應(yīng)力及應(yīng)變分布，為考慮協(xié)調(diào)變形的路基路面一體化分析和設(shè)計(jì)提供了全新的手段。路基設(shè)計(jì)方法基于靜力學(xué)參數(shù)和理論，難以適應(yīng)高速、重載交通要求，計(jì)算與實(shí)際響應(yīng)有所偏差。基于路基瀝青路面結(jié)構(gòu)彎沉指標(biāo)等效和路基水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)板底彎拉應(yīng)力指標(biāo)等效，給出了路基回彈模量的設(shè)計(jì)參考值，形成了考慮路基路面協(xié)調(diào)變形的路基剛度匹配設(shè)計(jì)方法，既實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方法改進(jìn)，又將新設(shè)計(jì)方法與實(shí)際工程填料控制技術(shù)緊密銜接起來，可操作性強(qiáng)。路基填料控制技術(shù)多從