聚酯玻纤布防治半刚性基层沥青路面反射裂缝的机理分析

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1、2第一章绪论缝，它是由温度变化引起的反射裂缝；荷载型反射裂缝是由车辆荷载引起的裂缝。温度型反射裂缝：外部环境对基层板温度的影响可以按日变化温度和年变化温度来考虑，在年变化温度作用下，由于作用周期长，沥青面层的项面和底面温度比较接近。在寒冷的季节，基层板产生收缩变形，在沥青层内产生拉应力；在炎热的夏季，基层板膨胀，在沥青层内产生压应力。但是在实际道路中，温度应力和荷载应力是耦合在一起的，随着温度变化和车辆荷载的重复性作用，裂缝尖端的应力超过沥青混凝土的极限抗拉强度时，裂缝就逐渐向上发展。荷载型反射裂缝：行车荷载经过裂缝处的时候，在沥青面层中产生应力作用可分为3个过程：1)荷载位于裂缝一侧时，

2、裂缝两侧产生较大的相对位移，在沥青面层中产生较大的剪切应力；2)荷载位于裂缝顶面的时候，裂缝两侧无相对位移或相对位移很小，沥青面层主要承受弯拉应力作用；3)荷载驶离裂缝时，在面层内产生与第一次方向相反的剪应力，在整个过程中受到两次剪切，一次弯曲，而且是连续的。②反射裂缝的发展传统的强度理论认为，当沥青面层中某点的临界应力超过沥青混凝土本身的极限抗拉强度的时，沥青面层即达到破坏状态。实际上并非如此，沥青面层中的反射裂缝从其产生到整个路面破坏，中间要经历一个裂缝扩展的阶段，即反射裂缝在沥青面层厚度方向上的纵向扩展和沥青面层表面上的横向扩展幢1。断裂力学认为，裂缝的扩展有3种模式；张开模式、剪切

3、模式和撕裂模式。其中温度应力对反射裂缝的影响的模式为张开模式，行车荷载对反射裂缝的主要模式是张开模式和剪切模式。当荷载经过裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝，当荷载驶在裂缝之前或之后时，以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在沥青面层中一般不会出现。1)反射裂缝的纵向扩展温度型反射裂缝通常产生于沥青面层的底部，而后向上逐渐扩展到面层顶面。Rigo等人应用SAPLl5程序模拟温度应力作用下反射裂缝的扩展路径，几乎是垂直向上扩展的，但当气温非常低时，Hass认为，裂缝先产生在面层的顶面和底面，而后向面层中间扩展口1。对于正载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于面层的底面并且在周期性荷载

4、的作用下垂直向上发展。在偏荷载作用下，反射裂缝以剪切模式在沥青面层中向上扩展，Rigo等人对其扩展路径进行了分析，认为裂缝在沥青面层中是沿45。角的方向向上发展。当行车荷载和温度应力共同作用时，Rigo等人的分析结果显示，裂缝的扩展介于偏载应力和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏载作用时的裂缝扩展的途经更垂直一些。2)反射裂缝的横向扩展第一章绪论3通常反射裂缝在瞬间是不可能贯穿整个路面宽度，除非在荷载和温度应力的作用下，裂缝的长度已经等于或大于相对整个路面宽度的临界长度(这里的临界长度是指当裂缝的长度接近或大于该长度时，裂缝的扩展非常快而且不稳定)。较为合理的发展过程是裂缝首先在路表

5、面某些位置产生，然后向两侧扩展。一般情况下，反射裂缝多出现在裂缝处，因为温度对反射裂缝的影响在整个路面宽度内的影响都是相同的，而行车荷载则是以一定的频率分布在行车道上，尤其是在渠化交通的路面上。与面层开裂有关的问题是环境因素的负效应，反射裂缝一经出现，水分的侵入、氧化及行车荷载的反复作用，常常使得反射裂缝加速向四周扩展，即使裂缝贯穿整个路面宽度，但在不出现唧泥的情况下，也不会立刻影响到行车的舒适性，而是会加速整个路面的破坏。因此，如果基层与面层之间采用有效的防裂措施，就可以延缓反射裂缝出现在沥青面层顶面。③反射裂缝的力学分析方法在反射裂缝产生和发展机理的理论分析方面，国内外研究者先后采用过

6、静力平衡模型、断裂力学模型、平面应变有限元模型、半解析单元力学模型、三维有限元分析模型、断裂力学模型有限元分析方法、钝滞断裂带+有限元分析方法等。由于本研究主要采用线弹性断裂力学理论分析反射裂缝的产生的原因和发展机理，因此在这主要介绍线弹性的断裂分析方法。众所周知，弹性力学理论假定整个构件的体积都被组成这个构建的介质所充满，不留下任何空隙。这个理论可以分析一般的路面结构形式，但是对于存在裂缝的结构，若采用基于连续假定的弹性力学假定，就会出现裂缝尖端的应力无穷大，这显然是不可能的。因此，要想从本质上反映裂缝尖端应力场的奇异性，就必须引入断裂力学理论。应用断裂力学分析反射裂缝问题，可以更好的反

7、映路面结构的实际受力状态。虽然研究者先后尝试过线弹塑性断裂力学、界面断裂力学及疲劳断裂力学来分析反射裂缝问题，但是由于相应的断裂力学发展不是很成熟，所以大多数的应用仍基于线弹性断裂力学理论。1976年，美国德克萨斯州理工大学Hung—Sun，Chang和Lytton等人H1曾用粘弹性理论和断裂力学的方法分析了沥青罩面层内温度裂缝的情况。首先，他们用粘弹性理论计算了罩面层和旧沥青路面的温度应力，提出了路面在温度应力作用下裂