半刚性基层沥青路面渗流—应力耦合有限元分析

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1、密级：公开ＳＨＩＩＡＺＨＵＡＮＧＴＩＥＤＡＯＵＳＪＮＩＶＥＲＩＴＹＮ．＾工学硕壬学位论文半即性基层渐青路面渗流一应力賴合有限元分析ＦｉｎＵｅＥｌｅｍｅ凸ｔＡｎａｌｓｉｓｏｆＳｅｍｉＲｉｉｄＢａｓｅＡｓｈａｌｔｙｇｐＰａｖｅｍｅｎｔ－ｉｎＳｅｅａｅＳｔｒｅｓｓＵｎｉｔｅｄＦｉｅｌｄｐｇ接养单位：主木工程学院专业：道路与铁道工程研究生：冯洋指导教师：司春橄副教授二０—五年一月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特

2、别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如（、片；，／：為聲日期签名：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕±学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道、缩大学，

3、可ＵＡ采用影印印或其他复制手段保存论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定），，Ｉ心２〇者签名；為泽Ｂ期；皆作…导师签名：日期；词密级：公开工学硕士学位论文半刚性基层沥青路面渗流—应力耦合有限元分析FiniteElementAnalysisofSemiRigidBaseAsphaltPavementinSeepage分析-StressUnitedField培养单位：土木工程学院专业：道路与铁道工程研究生：冯洋指导教师：司春棣副教授二〇一五年一月摘要摘要沥青路面长期暴露于雨雪等复杂的环境条件下，再加上近些年超载现象越来

4、越严重，使得沥青路面频繁出现车辙、坑槽、裂缝等病害。病害的发生不但增加了路面的养护维修成本，还影响其使用性能。普遍认为，造成沥青路面早期破坏的主要因素是车辆载荷作用下路面内部产生的动水压力作用。为了研究水、车载耦合作用下半刚性基层沥青路面破坏过程的规律，本文运用大型有限元软件ABAQUS建立了应力场—渗流场耦合作用下半刚性基层沥青路面破坏的数学模型，研究沥青路面在两场联合作用下的动态响应。大量研究表明，沥青混合料是一种多孔多相的粘弹性材料，普通的线弹性模型无法体现沥青材料的流变性质。因此，假设沥青路面为多孔介质结构，以有效应力原理和变形理论为基础，建立了粘弹性本

5、构模型。对模型施加移动荷载，得到沥青路面的应力场模型，分析了路面不同结构层的竖向位移、竖向应力、横向应力、纵向应力和剪应力的变化规律，研究了速度、轴载对响应的影响，并对比了线弹性模型和粘弹性模型的结果。采用达西定律建立渗流模型，分析了路面不同结构层的孔隙水压力、饱和度以及沉降的变化规律。将渗流场作用下受孔隙水压力最大单元的受力模型文件导出，并作为初始应力导入应力场模型中，建立应力—渗流耦合场，分析了路面各结构层的响应。研究结果表明：(1)在一定的轴载和速度下，路面各结构层的响应都具有瞬时性和波动性，且随结构层深度的增加而减小。当轴载一定、速度增加时，各结构层的纵

6、向应力增加，其他响应均减小。当速度一定、轴载增加时，路面各层的受力均增加，这也说明了超载对沥青路面的破坏作用。线弹性模型中的各响应要比粘弹性模型大，甚至是结果失真，而用粘弹性模型计算出的结果较符合实际。(2)渗流场单独作用下，沥青路面内部的孔隙水压力和饱和度的变化均是随着降雨时间的延长呈现先增大后减小的趋势。路面结构的竖向变形先是产生竖向隆起，而后产生竖向沉降，沉降达到最大值后，逐渐恢复一部分变形，最终产生向下的竖向沉降。(3)应力场与渗流场耦合作用下，从竖向位移、竖向应力和纵向应力的对比摘要曲线来看，应力—渗流耦合场的响应要比应力场单场作用时大，从横向应力和剪

7、应力的对比曲线来看，虽然应力—渗流耦合场的响应比应力场单场作用时小，但是其作用范围大。说明在路面内有水的情况下，沥青路面更容易产生开裂和永久变形等结构性破坏。当增加轴载或者提高速度时，沥青路面的响应会变大。(4)将在试验段监测到的数据与模型计算出的数据进行对比，两者结果相近，说明所建模型是可靠的。关键词：沥青路面；半刚性基层；粘弹性；渗流场；应力场；有限元分析AbstractAbstractLongtimeexposureundercomplexenvironmentalconditions,suchasrainandsnow,andcoupledwithove

8、rloadphenome