基于扩展有限元的沥青路面开裂研究

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1、国内图书分类号：U416.2密级：公开国际图书分类号：625.7西南交通大学研究生学位论文基于扩展有限元的沥青路面开裂研究年级二零一五级姓名潘雁石申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师邱延峻教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U416.2U.D.C:625.7SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHESTUDYONCRACKINGOFASPHALTPAVEMENTBASEDONTHEEXTENDEDFINITEELEMENTMETHODGrade:2015Candidate:PanYanshiAcad

2、emicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitecturalandCivilEngineeringSupervisor:Prof.QiuYanjunMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；

3、2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：本文在总结国内外相关文献的基础上，针对现有沥青路面开裂问题研究并无法实现裂纹开裂扩展这一不足之处，基于扩展有限单元法、断裂力学、传热学等基本理论，运用有限元软件建立了沥青路面模型并实现了裂纹的开裂扩展，更为深刻地揭示了沥青路面的开裂行为，具体工作如下：（1）针对亚热带海洋性季风气候地区沥青路面在轮载和温度作用下温度裂纹扩展特性，依托福建省厦门市海翔大道改建工程项目，分析了表面裂纹在温度荷载和温度

4、-轴载作用下的扩展特性，发现路表横向裂纹在温度荷载作用下主要发生I型开裂扩展，在温-荷耦合作用下主要发生II型剪切开裂，开裂最严重时刻为24时；其次，基于上述研究成果，以抗裂性能为标准对改建方案进行优选，得出最优结构为结构4。（2）针对地基不均匀沉降下Top-Down表面纵向裂纹开裂扩展问题，基于扩展有限单元法，建立沥青路面有限元模型。计算结果表明：裂纹的开裂扩展是一个极为复杂的过程，而且扩展的发生具有“突然性”；其次，不均匀沉降值的增大会加剧裂纹的扩裂程度；裂纹偏移值的增大会使裂纹扩裂程度先加重后减轻；裂纹的扩展程度随行驶车速的增大减轻，随轴载值的增大加重，而荷载作用位置对

5、裂纹扩展的影响极为复杂。（3）针对半刚性基层沥青路面多裂纹复合开裂行为，基于扩展有限单元法，建立了含双条纵向表面裂纹的半刚性基层沥青路面有限元模型。研究表明：双裂纹间的干涉效应会对复合开裂扩展产生影响；裂纹间距的增大会减弱侧边裂纹的开裂扩展程度，并且引起居中裂纹扩裂程度现加重后减弱；裂纹深度增加，裂纹的扩裂程度先加重后减弱，另一裂纹的扩裂程度则持续衰减。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全

6、了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要沥青路面，由于长期承受外界环境与车辆荷载的反复作用，极易发生开裂，一旦开裂，沥青路面结构的连续性与整体性将受到严重的破坏。因此，针对沥青路面开裂问题的研究对于沥青路面的设计施工及维护有着重要的指导意义。现有研究主要基于力学方法，通过力学指标揭示裂纹的开裂特性，进而分析和预测裂纹的开裂扩展进程，许多极具深度和影响力的研究成果便是基于此。然而，这种研究方法须假定裂纹不发生开裂扩展，这不仅影响研究结果，还与工程实际严重不符。为解决这一问题，现基于扩展有限单元法，结合数值

7、模拟手段，建立沥青路面模型实现沥青路面裂纹的开裂扩展，更加深刻地揭示沥青路面的开裂行为。论文主要研究工作有：（1）针对亚热带海洋性季风气候地区沥青路面在轮载和温度作用下温度裂纹扩展特性，依托福建省厦门市海翔大道改建工程项目，建立含单条横向温缩裂纹沥青路面模型，分析了表面裂纹在24h内温度荷载下开裂扩展特性，发现路表横向裂纹在温度荷载作用下主要发生I型开裂扩展，开裂程度最严重时刻在24时，冬季的开裂情况比夏季更严重；其次，研究了典型温度场下裂纹在移动荷载作用下的扩展特性，研究结果表明，温-荷耦合作用下，路