水泥混凝土路面路基不均勻變形分析與控制.pdf

1、水泥混凝土路面強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、日常養(yǎng)護(hù)工作量小，是高等級(jí)公路的重要路面形式。水泥路面剛度大，應(yīng)力擴(kuò)散能力強(qiáng)，因此對(duì)路基強(qiáng)度的要求不高，一般的天然地基經(jīng)過簡(jiǎn)單處理均能滿足強(qiáng)度要求。然而混凝土為脆性材料，對(duì)下臥結(jié)構(gòu)層的適應(yīng)能力差，我國(guó)現(xiàn)行的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)路基的基本要求是穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)，為路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承。 路基的不均勻變形成因于公路沿線地質(zhì)條件及填土材料的不均勻和外界影響因素的差異性，在地質(zhì)不良地區(qū)修筑水泥混凝

2、土路面需要關(guān)注路基不均勻變形對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，并尋求減少這種不利影響的措施途徑。 本文系統(tǒng)總結(jié)了路基不均勻變形的來源、形態(tài)及特征； 分析了行車荷載作用下水泥路面路基的永久變形及其對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響； 詳細(xì)闡述了考慮路基不均勻變形的彈性地基板結(jié)構(gòu)分析過程； 并從水泥路面結(jié)構(gòu)性和功能性要求兩方面，對(duì)路基的不均勻變形提出了控制指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)。 本文的研究?jī)?nèi)容及成果主要包括以下幾個(gè)方面： 一、路基不均勻

3、變形在空間分布上可分為橫向不均勻和縱向不均勻變形，主要在下述情況下出現(xiàn)： (1)軟弱地基的不均勻沉降； (2)填挖交替或新老填土交替； (3)季節(jié)性冰凍地區(qū)的不均勻凍脹； (4)填土因壓實(shí)不足而引起的壓密變形，受濕度變化影響而產(chǎn)生的膨脹收縮變形。 二、采用應(yīng)變分層總和法，對(duì)我國(guó)典型水泥混凝土路面在行車荷載作用下路基的永久變形進(jìn)行了預(yù)估，并給出了其空間分布形態(tài)；借助于有限元程序KENSIABS，分析

4、了路基永久變形引起的水泥路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)及其對(duì)路面使用壽命的影響，并對(duì)不同基層類型造成的力學(xué)模型差異進(jìn)行了討論。 三、假設(shè)路基橫向不均勻變形斷面為二次拋物線，推導(dǎo)了“盆狀”彈性地基板在自重作用下?lián)锨⒎址匠痰慕馕鼋?；?jì)算了當(dāng)面層板與地基剛好完全接觸時(shí)的地基變形斷面曲率臨界值，當(dāng)曲率超過此臨界值時(shí)，編制了基于Matlab的計(jì)算程序，用以分析板與地基部分接觸時(shí)的脫空區(qū)域、脫空量以及板自重作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。 四、建立了基于ANSY

5、S的剛性路面3DU491.17 ，用于分析考慮路基不均勻變形的行車荷載應(yīng)力；通過“工況”疊加的方法，解決了力學(xué)求解時(shí)外力和位移邊界約束條件同時(shí)存在的矛盾；并給出了基于迭代求解思想的彈性地基板存在脫空時(shí)的行車荷載應(yīng)力計(jì)算方法。 五、選取路基最大沉降量和沉降曲線半波長(zhǎng)平方的比值δmax/T2作為路基不均勻變形的控制指標(biāo)；對(duì)我國(guó)現(xiàn)行水泥混凝土路面厚度設(shè)計(jì)的極限設(shè)計(jì)狀態(tài)方程添加了路基不均勻變形引起的附加應(yīng)力項(xiàng)，從而從路面結(jié)構(gòu)性要求角度對(duì)