复合式路面反射裂缝机理与防治措施分析

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1、2第一章绪论展了多方面的研究，主要集中以下3个方面：反射裂缝的力学分析方法、产生机理及其防治措施。1．2．1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

2、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，

3、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缝形成和扩展模型：随后，用有限单元法计算了裂缝尖端的应力强度因子。同年，美国M．S．Luther又用有限元法分析了行车荷载作用下路面的开裂模式。他认为，在行车荷载下，任何罩面裂缝都将闭合。1980年美国加州大学的Monismith和Coetzee用平面有限单元法，以有效应力为标准，研究了沥青路面开裂后在交通荷载和温度荷载作用下裂缝附近的应力分布，同时分析了橡胶沥青夹层在防止反射裂缝中的作用。他们认为，反射裂缝主要是由于下卧基层开裂后的水平和垂直位移引起的。同时还指出，松软的中间夹层

4、具有削减裂缝尖端应力集中现象的潜力。1987年，Jayawickrama运用断裂力学与弹性地基梁理论，并结合裂缝扩展的paris定律预估了沥青罩面的疲劳寿命。1993年Lytton等人在SHRP计划沥青路面性能研究中，应用断裂力学原理分析了沥青路面的开裂问题。在国内也有大量学者进行了这方面的研究，主要集中在反射裂缝产生机理及防治措施这两个方面。第一章绪论3同济大学周富杰在其博士论文中，对水泥路面沥青罩面的反射裂缝问题进行了系统研究，采用三维有限元法和断裂力学理论，分析了沥青罩面的荷载应力及在荷载作用下的应力强度因子，提出了车辆荷载引起的反射裂缝的产生、发展机理

5、。郑健龙，关宏信等采用热粘弹性有限元理论，计算了在持续大幅降温条件下，开裂水泥混凝土路面上沥青罩面层内温度应力场，总结了降温速度、降温幅度对罩面应力的影响，分析了罩面反射裂缝产生的原因，同时探讨了土工格栅的防裂效果嘲。孙雅珍，赵颖华采用粘弹性有限元法，建立温度场与荷载场藕合作用的三维有限元模型，模拟半刚性路面的反射裂缝发展情况，计算了平均损伤因子和裂缝长度的改变量随加载时间和变温的变化，模拟了裂缝的实际扩展情况，得到了不同加载时间和不同变温情况的粘弹性解㈨。1．2．2反射裂缝机理1．反射裂缝的产生目前普遍认为，温度应力引起了反射裂缝的产生，并参与了初期的扩展；

6、荷载应力(主要是偏载作用，正荷载的影响很小)加速了裂缝的进一步扩展。在分析裂缝的产生和发展时，应考虑温度应力和荷载应力的作用。一般反射裂缝可分为荷载型裂缝和非荷载性裂缝两种类型，其中非荷载性裂缝主要是温度型反射裂缝，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，沥青面层的顶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

7、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，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4第一章绪论传统的强度理论认为，当沥青面层中某点的临界应力

8、超过沥青混凝土本身的极限抗拉强度的时，