破損狀態(tài)下瀝青路面結(jié)構(gòu)層狀況評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、隨著時(shí)間的推移，早期修建的部分半剛性基層瀝青路面在交通荷載的重復(fù)作用和氣候、環(huán)境等自然因素影響下，逐步出現(xiàn)開裂、松散和沉陷等損壞現(xiàn)象，承載能力逐漸下降，路面相繼進(jìn)入了維修階段。在對(duì)舊瀝青路面維修過程中，如何準(zhǔn)確地對(duì)破損狀態(tài)下的瀝青路面結(jié)構(gòu)層狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)是業(yè)主和設(shè)計(jì)單位面臨的首要問題。落錘式彎沉儀(Falling Weight Deflectormeter，簡(jiǎn)稱FWD)作為無損檢測(cè)設(shè)備，以其準(zhǔn)確、快速、方便、信息量大和可模擬實(shí)際行車荷載作

2、用等優(yōu)點(diǎn)得到世界各國(guó)的廣泛使用，基于FWD彎沉盆的路面結(jié)構(gòu)層模量反分析已經(jīng)成為公路界所關(guān)注的研究熱點(diǎn)。然而目前國(guó)內(nèi)外流行的反分析軟件大多是以靜態(tài)多層彈性體模型為基礎(chǔ)的，忽略了動(dòng)力荷載路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，另外，大多反算軟件的路面模型為理想的完好路面(多層連續(xù)彈性體系)，但在實(shí)際FWD檢測(cè)過程中舊瀝青路表面經(jīng)常存在諸多病害，如何對(duì)破損路面進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)是目前急需解決的問題。
　　 針對(duì)以上問題，本文在國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)之上，通過資料調(diào)研

3、、動(dòng)力學(xué)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析和現(xiàn)場(chǎng)FWD檢測(cè)等技術(shù)手段，充分利用FWD彎沉盆內(nèi)包含的路面特征信息，對(duì)破損狀態(tài)下瀝青路面結(jié)構(gòu)層狀況評(píng)價(jià)進(jìn)行深入研究，具體研究成果如下：
　　 (1)通過資料調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)路況調(diào)查，對(duì)半剛性基層瀝青路面主要的結(jié)構(gòu)性破損形式進(jìn)行了歸納總結(jié)；對(duì)破損路面的FWD彎沉盆數(shù)據(jù)和反算結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明路面破損將導(dǎo)致彎沉盆不規(guī)則和反算模量變異性增大。
　　 (2)通過動(dòng)力有限元模型，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性以及動(dòng)力效

4、應(yīng)對(duì)擬靜力模量反算的影響進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明，路面在動(dòng)態(tài)荷載作用下，計(jì)算出的路面彎沉值明顯小于靜力荷載作用下的彎沉值；位移響應(yīng)曲線滯后于荷載，測(cè)點(diǎn)距荷載越遠(yuǎn)，滯后越明顯；利用靜態(tài)反分析方法對(duì)動(dòng)態(tài)彎沉盆分析時(shí)，反算模量誤差明顯增大，動(dòng)力效應(yīng)對(duì)模量反算結(jié)果影響明顯，采用動(dòng)力反分析方法對(duì)實(shí)測(cè)彎沉盆進(jìn)行分析是十分必要的。
　　 (3)通過動(dòng)力有限元計(jì)算不同路面組合的路表彎沉盆，選擇彎沉盆參數(shù)指標(biāo)并對(duì)參數(shù)指標(biāo)與結(jié)構(gòu)層模量的相關(guān)性進(jìn)行分析

5、，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果構(gòu)建路面各結(jié)構(gòu)層模量預(yù)測(cè)方法。分析結(jié)果表明，土基模量可以通過曲率指標(biāo)CI7和形狀指標(biāo)F8確定，面層和中間層的模量可以通過回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過理論和實(shí)測(cè)FWD檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)各結(jié)構(gòu)層和土基模量預(yù)測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，在理論數(shù)據(jù)下預(yù)測(cè)方法具有較高的預(yù)測(cè)精度，但計(jì)算的彎沉盆與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)彎沉盆之間的均方誤差較大，預(yù)測(cè)結(jié)果并不太理想。
　　 針對(duì)上述方法的不足，將得到的結(jié)構(gòu)層模量值作為初始值利用迭代試算法進(jìn)行動(dòng)力反分析。

6、分析結(jié)果表明，迭代試算法得到的理論動(dòng)態(tài)彎沉盆與實(shí)測(cè)彎沉盆比較接近，精度基本上滿足工程要求；通過改進(jìn)的迭代試算法得到的面層和土基模量與回歸模型得到的模量值差別不大，而中間層模量相差較大，表明面層和土基模量預(yù)測(cè)方法是可靠的；基于迭代試算法的動(dòng)力反分析結(jié)果比靜力反分析更接近于路面實(shí)際狀況，可以避免靜力反分析所出現(xiàn)的不合理現(xiàn)象。
　　 (4)通過動(dòng)力有限元模型，分析了典型結(jié)構(gòu)性破損(開裂、層間滑移、基層松散等)對(duì)路面彎沉盆和預(yù)測(cè)模量的影

7、響。研究結(jié)果表明，路面破損將導(dǎo)致路面彎沉值增大和彎沉盆形狀的不連續(xù)；當(dāng)路面結(jié)構(gòu)層存在破損時(shí)，無論是動(dòng)力反分析還是靜力反分析，預(yù)測(cè)模量的誤差都會(huì)增大，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層狀況評(píng)價(jià)可能出現(xiàn)誤判。例如，當(dāng)面層與基層間存在不連續(xù)接觸時(shí)，中間層的模量被嚴(yán)重低估?；诖耍疚奶岢隼玫刃p傷模量評(píng)價(jià)破損路面狀況-根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層的破損狀況選取結(jié)構(gòu)層等效損傷模量，同時(shí)提出損壞狀態(tài)判別指標(biāo)：曲率指標(biāo)和表面模量指標(biāo)，并給出了相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)。
　　 (5)提