高速公路沥青路面车辙地产生机理及主要影响因素分析

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1、万方数据208年1月沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷第1期JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Jan．2008V01．24，No．1文章编号：1671—2021(2008)01—0067一05高速公路沥青路面车辙的产生机理及主要影响因素分析高立波1，王哲人1，邓昌宁2(1．哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2．辽宁省交通科学研究院，辽宁沈阳110015)摘要：目的对沥青路面结构内力进行数值分析，研究路面车辙产生机理和主要影响因素，为防止早期路面车辙提出了调整级配范围等技术措施．方

2、法采用有限元方法，分析影响路面车辙主要力学指标的分布情况；采用现场检测、钻芯取样、沥青抽提、级配分析等试验方法，分析了高速公路沥青路面车辙的产生的主要影响因素．结果半刚性基层沥青路面结构中3～11cm内为等效压应力、剪应力和剪应变的高值区，中、下面层是出现流动性车辙的主要结构层；沥青混合料级配范围过于宽泛沥青胶结料高温等级偏低、及车辆超载严重等是产生车辙的主要影响因素．结论采用有限元方法分析路面车辙问题是可行的，结果与工程实际相一致，车辙影响因素分析符合辽宁实际。提出的建议可用于指导工程实践．关键词：高速公路；半刚性沥青路面；车辙；有限元中图分类号：TU416文献标识码：A

3、目前路面车辙、裂纹破坏已成为高速公路路面损坏的主要形式，根据一些发达国家的统计资料，对沥青路面维修养护，约有80％是因为车辙问题⋯1．在国外，对路面病害的调查、研究、分析工作开展得比较早，并取得了显著成果．然而，在推广SHRP研究成果中，1997年美国Westruck试验路面上出现了严重的车辙，使争议深化，新一轮的深入研究正在进行．我国高速公路建设速度较快，目前高速公路路面车辙等早期病害日益突出，如石安、沈山、京福(济太段)、福宁、太旧等高速公路在通车1—4a出现了较大的车辙，有的不得不进行全线维修．笔者以沈阳一山海关高速公路路面为研究对象，采用有限元方法分析路面车辙产生机

4、理，通过室内外试验，分析路面车辙产生的主要影响因素，并对防止早期路面车辙病害提出了建议，希望能对广大公路设计、施工人员提供借鉴和帮助．路面结构有限元数值分析1．1有限元模型的建立(1)基本假设面层和基层材料为线弹性材料，土基为弹塑性材料，服从Drucker—Prager屈服准则，模型在X、Y、Z3个方向均为有限，模型尺寸已远远超过荷载面作用的影响范围．(2)模型建立及荷载施加利用ANSYS有限元软件建立模型，尺寸为10m×10ITI，单元选用8结点3D单元SOLID45．采用双矩形加载面代替双圆形加载面的方法，依据相关文献【2—3]计算确定加载面，布置如图1所示，荷载值为0

5、．702MPa．采用工作平面切割体方法，将荷载面附近的单元格加密，对于整个模型采用映射网格划分．(3)路面结构层组合及材料参数的选择选取沈山高速公路路面结构作为基本结构，详见表1．收稿日期：2007—08—09基金项目：辽宁省交通厅科研基金项目(0214)作者简介：高立波(196卜)，女，教授级高级工程师，博士研究生。主要从事路面损坏机理与防治技术研究．万方数据沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷一点L——』玉一图1双矩形加载面布置图表1路面结构层次及计算参数注：弹性模量为环境温度15℃时测得的材料回弹模量．1．2有限元计算结果分析路面竖直剪应力、剪应变和C点等效压应力是

6、影响路面产生车辙的主要力学指标，将其沿深度的变化情况分别绘制在图2～4中．垂R翅京0100200300400500600800路面深]宦／mm图2路面结构层内竖直剪应力(Sxy)分布图由图2和图3可知竖向剪应力和剪应变的最大值出现在荷载作用面两侧的B点和D点，剪应力高值区为3～10cm，最大值在4～6crIl处；剪应变高值区为3—15咖，最大值在4—6cm处，在7～11crn处D点剪应变基本恒定在一个较高的水平上(为最大值的93％)，路面流动性车辙是由剪应变控制的．由图4可知等效压应力的高值区在4～10CITt内，最大值在6CID_处．14012010080篓。6。020O

7、．20．400100200300400500600700800路面深度／ram图3路面结构层内竖直剪应变分布图综上，半刚性路面结构中3～11锄内为等效压应力、剪应力和剪应变的高值区，这正是常规半刚性路面结构中面层和下面层上部．因此，沥青路面中面层应该是产生车辙现象的主要结构层，下面层次之．O．200-50￡-150蕞-loo葺．250．300．350-4000100200300400500600700路面深度／ram图4C点等效应力图1．3工程验证沈阳一山海关高速公路是连接东北三省与北京及内陆地区的交通大动脉，是全