基于橫觀各向同性的路面設(shè)計(jì)理論及方法的研究.pdf

1、自1999年起，分別在長安大學(xué)胡長順教授和同濟(jì)大學(xué)郭忠印教授的指導(dǎo)下進(jìn)行考慮材料橫觀各向同性特性路面設(shè)計(jì)理論與方法的研究。對(duì)軸對(duì)稱荷載作用下，層間完全連續(xù)的半空間體、多層彈性體系、工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了探討。碩士階段主要完成了：(1)導(dǎo)出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的顯式表達(dá)式；(2)給出了半無限體表面位移Hankel積分變換表達(dá)式；(3)分析了材料橫觀各向同性5個(gè)獨(dú)立的彈性參數(shù)對(duì)(2)中位移Hankel積分變換表達(dá)式的影響(雙因素分析

2、)。在博士論文階段完成的工作主要有：(一)理論建立方面(1)半空間體：完善并提高了碩士階段的工作內(nèi)容。又分別導(dǎo)出半空間體一般解的Hankel變換式；半空間體一般解的積分式(類似于布辛尼斯克公式)；得到了垂直集中力和圓形軸對(duì)稱荷載作用下的表面位移顯示表達(dá)式。(2)多層彈性體系：首次給出多層體系的初始值解，解決了多層體系計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)問題，建立了基于橫觀各向同性的多層體系計(jì)算理論。(二)工程應(yīng)用方面(1)問題的提出國內(nèi)

3、外已有較多的試驗(yàn)驗(yàn)證了路面材料具有明顯的橫觀各向同性特性。美國等研究人員試驗(yàn)結(jié)果表明：粘性土的水平模量與垂直模量的比值約為0.9～4，瀝青混合料的水平模量與垂直模量比值為0.2～0.5，碎石材料的水平與垂直的模量比值為0.03～0.21。但基于橫觀各向同性的路面響應(yīng)模型還未建立起來(Tutumluer，2002)。運(yùn)用現(xiàn)行的路面設(shè)計(jì)理論預(yù)測碎石基層底部的拉應(yīng)力，往往得到較大的數(shù)值，而拉應(yīng)力是不能夠靠碎石顆粒間來傳遞的。因此，

4、需尋求一種新的路面計(jì)算理論來比較準(zhǔn)確地描述路面的實(shí)際受力狀況。(2)路面結(jié)構(gòu)分析程序現(xiàn)有國際上的基于橫觀各向同性的路面結(jié)構(gòu)分析程序主要有：澳大利亞的路面設(shè)計(jì)程序和美國伊利諾伊大學(xué)的分析程序等，但大都基于有限元數(shù)值法。本文基于(一)中所建立的多層彈性體系理論首次編制了基于解析解的路面結(jié)構(gòu)分析程序ANISOLAYER。(3)土基表面彎沉盆分析較多的土基表面彎沉實(shí)測數(shù)值要比現(xiàn)行理論計(jì)算值小，因此有研究人員分析時(shí)在土基一定深度

5、內(nèi)人為地放置一剛性層等，采用上述所建立的理論，結(jié)合粘性土試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)土基材料的水平與垂直模量比大于1.0時(shí)，土基表面的理論計(jì)算彎沉值將變小。(4)半剛性基層路面結(jié)構(gòu)分析無論從彎沉的角度，還是基層底部拉應(yīng)力，路基項(xiàng)部壓應(yīng)變等設(shè)計(jì)指標(biāo)來看，隨著土基水平模量的變化，對(duì)他們的影響都不大。土基橫觀各向同性的變化與路表彎沉有較好的線性相關(guān)性。(5)含有碎石層的路面結(jié)構(gòu)分析a∶AC+碎石層：考慮碎石材料的橫觀各向同性特性，可較好地解決

6、現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)理論在預(yù)測碎石層底部過大拉應(yīng)力的問題。總的來講，從路表彎沉、瀝青層底部拉應(yīng)變、路基頂部壓應(yīng)變來看，碎石材料的這一特性都將使路面的使用壽命降低。建議設(shè)計(jì)規(guī)范考慮碎石基層橫觀各向同性特性所帶來的不安全性。從給出的一個(gè)“AC+碎石層”的例子分析來看，主要控制此類路面壽命的設(shè)計(jì)指標(biāo)為路基頂部的壓應(yīng)變；b∶AC+碎石層+半剛性層：對(duì)于此類路面的結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為，較厚的瀝青面層，受碎石的橫觀各向同性特性影響較少。對(duì)于“AC+碎