文献综述(或调研报告):
1、国外研究现状
柔性基层路面作为一种在国外被广泛使用的沥青路面结构,表现出良好的使用性能。但同时,柔性基层路面建设成本较高,承载能力及荷载分布能力较低,对路基承载条件的敏感性较高,对面层至土基各结构层的性能参数要求较高。复杂的性能特点也相继引起了国内众多学者对柔性沥青路面结构力学特性的关注与研究。
国外对柔性基层沥青路面的研究成果丰富,其经验和研究表明,沥青层底的拉应变、拉应变随着沥青面层厚度、基层厚度的增加而降低,从而有效降低了其疲劳开裂的可能性,,车辙大部分也主要发生在面层表面,同时,大量应用表明,采用较厚的基层厚度与模量的路面结构也具有更长的使用寿命,路面损坏发生部位也更多分布于表层,节省了因类似结构破坏的维修时间与精力。学者A. Burak Goktepe[1]从计算方法上验证了在深度满足要求的情况下,采用三维有限元分析的方法进行柔性基层路面力学性能反算的可靠性;而现阶段,国外对柔性基层沥青路面的力学研究已经从原有基础发展到道路特殊材料与有限元研究方法上的更多分析上,学者Peng Li[2]基于Abaqus利用子程序开发定义了基于MEPDG-MR模型计算的ATB的MR值;学者Fatou Samb[3]针对实际问题对西非的红土柔性材料的力学响应进行了研究,验证探讨了基层模量随深度变化,砾石水泥掺量对材料刚度的影响,从而影响其临界响应的一系列特点。
土基模量作为影响沥青层层底拉应力的重要因素,在力学分析中常被进行简化计算。而近几年对分层土基模量的等效刚度研究热度也逐渐升温,在纯力学理论计算中常以相对刚度系数K、Winkler弹簧模型的地基反应模量KS进行研究[4],但是现有计算方法得出的等效模量值与实际工程相应相差较大,容易导致非经济与不安全设计,其中,Egorov和Nichiporovich(1961)的加权平均法[5]在现有的实践中较为流行,但相对误差极大。后来,加权调和平均法[4]、Odemark[14]通过泊松比、分层厚度与模量对抗弯刚度进行控制也推导了相应的公式、学者de Barros[4]具体针对了三层土基结构、Salamon[7]通过应变能等一系列指标对土基等效模量的计算研究也相继出现,并被应用于设计实践中。
2、国内研究现状
近年来,随着我国社会经济水平的不断提高和道路交通行业的高速发展,交通出行对我国公路的路用性能及服务水平提出了更高的要求。目前,我国传统的公路结构多采用半刚性基层沥青路面结构,这种结构拥有承载能力强、价格低廉等优点,为我国近几年交通出行的迅猛发展提供了很好的设施基础,同时与我国重载交通出行的特点也十分契合,在全国范围内得到了十分广泛的使用。然而近年来,我国的半刚性基层沥青路面普遍出现了早期破坏现象,反射裂缝问题严重降低了道路的使用功能,同时半刚性基层路面的结构形式也与我国一些地方的气候、交通特点不相适应。因此,我国许多地区高等级公路相继开始了各种路面结构的尝试与研究,柔性基层路面就是其中之一。
现如今,全国有20多个省份都逐步开展了对柔性基层沥青路面的相关研究,并很早以前在京津塘高速公路与广深高速公路进行了铺筑试验并表现出来良好的性能与使用寿命,国内对柔性基层路面的设计多采用力学-经验法,利用力学原理对交通荷载下的结构力学响应量与性能之间建立关系,基于所建立的关系进行设计。
根据《2017版沥青路面设计规范》,柔性基层沥青路面的设计指标采用沥青层层底拉应力,作为国内较早的研究,南京林业大学的王宏畅等老师[9]以弹性层状体系为基础,采用Bisar软件对典型的柔性基层结构与半刚性基层结构进行了力学计算,从而进行比较,提出了柔性基层结构在承载能力、沥青面层的剪应力、路基永久变形方面的劣势,以及因此产生的结构性车辙病害及整体结构疲劳寿命的局限。紧接着,对柔性基层沥青路面力学分析的研究越来越多,内蒙古乌兰察布市公路工程质量监督站的裴飞鹏[11]、西南交大周正峰[14]、长安大学张艳红老师[13]等人分别通过有限元软件探究了柔性基层路面各结构层厚度变化、土基模量变化、各结构层模量梯度控制时的力学响应,同时有些研究也以实体工程为基础,对柔性基层沥青路面的疲劳寿命与永久变形等相应进行跟踪控制,结合力学分析提出柔性基层路面的设计优化方案。重庆交大的朱洪洲[17]老师等人还通过同样方法对路面结构参数进行正交分析计算研究了级配碎石层材料的非线性特征,为其他力学分析的参数的非线性特征控制提供思路。
3、研究意义
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