路基永久变形对水泥混凝土路面的影响分析.pdf

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1、第5期(总第162期)2012年10月中围彳丛z稚CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．5(SeriaINo．162)Oct．201200I：10．3969“issn．1004—4655．2012．05．002路基永久变形对水泥混凝土路面的影响分析赵志华[上海机场(集团)有限公司虹桥国际机场公司场区管理部，上海200051]摘要：采用由室内反复加载三轴试验建立的路基土永久变形预估模型，计算了典型土组路基永久变形的量值。分析表明，随着路基回弹模量的提高，其永久变形也逐渐减小；路基永久变形在空间上呈垂球面形，在模拟

2、计算中，可采用抛物线或正弦曲线进行拟合。将路基永久变形作为初始条件赋予相应节点，建立考虑不均匀支撑条件的路面结构分析模型，并对不同荷位下路面结构的荷载响应和疲劳寿命进行分析。结果表明，路基变形对柔性基层路面荷载应力和疲劳寿命的影响均十分显著，因此柔性基层不适宜用于重交通和特重交通路面中；对于半刚性基层路面，当路基回弹模量达到40MPa时，路基永久变形对路面荷载应力和疲劳寿命的影响均较弱，因此建议在路面结构设计中可予以忽略。关键词：道路工程；水泥混凝土路面；永久变形；结构响应；有限元分析中图分类号：U416．216文献标志码：A文

3、章编号：1004—4655(2012)05一0004—04水泥混凝土路面是一种刚度大、荷载扩散能力强、稳定性好的路面结构，是我国高等级道路主要的路面类型之一。但由于水泥混凝土为脆性材料，对板下的不均匀支撑适应性较差。路面使用过程中，在环境因素与交通荷载的共同作用下，路基往往产生永久变形，从而导致板下支撑强度降低，甚至出现局部脱空的现象，最终导致断板、裂缝等结构性损坏的出现，大大缩短路面的使用寿命⋯。我国现行的水泥混凝土路面设计方法是基于弹性地基上薄板理论而建立的，板下均匀支撑是其中一项基本假定条件心j。当板下路基出现不均匀变形时

4、，必然改变混凝土板的受力条件，引起局部应力增大，进而造成早期断裂现象。针对现有理论分析方法的不足，本文拟采用应变分层总和法，利用由室内试验回归分析获得的路基土永久变形预估模型，对}昆凝土板下路基永久变形的空间分布进行分析；并将相应的变形值作为板下间隙，建立考虑路基不均匀变形的有限元计算模型，分析在交通荷载作用下混凝土板的力学响应及其对疲劳寿命的影响。1永久变形的计算路基土在交通荷载的反复作用下，将产生累积塑形变形。控制路基土在设计周期内不出现失稳或过量永久变形是路面结构设计中的一项重要内容。在收稿日期：2012—05—314路面

5、结构设计中，对路基土永久变形的计算和控制以分层应变总和法为主。许多学者通过对不同土组进行反复加载三轴试验，从而建立相应的路基永久变形预估模型。高启聚‘3

6、、丛林‘4

7、、张洪亮‘5—63等分别对我国路基工程中应用较为广泛的黏土、粉土和砂土进行反复加载动力三轴试验，建立了如式(1)所示的路基永久变形预估模型。根据试验结果回归分析，分别建立了不同土组预估模型参数的经验公式，分别如式(2)一(4)所示。巡：㈦e桫(1)占v、S，，黏土：109(占o／占，)=一8．88415+O．79949加+8．73961×10一5Elo印2—34·4

8、0419+3·36489彬+f2)3．35706×10—4E10躬=3．99682—0．39393埘一4．5≤蛔66×10—5E粉土：log(so／占。)=一8．88415+0．799492D+8．73961×10—5Elo印2—34·40419+3·36489¨(3、3．35706×10—4El098=3．99682—0．39393埘一4．58066×】0—5E中l习彳丛z轲赵志华：路基永久变形对水泥混凝土路面的影响分析2012年第5期砂土：log(so／8。)=2．18784—0．11229甜一3．74162×10—5E1。

9、印323·18288—1·41508加一(4)3．43432×10-4Elo邸=一3．03719+0．15938加+6．85057×】0—5E式中：8。(Ⅳ)为轮载尸重复作用Ⅳ次时路基土的塑性应变；占，为路基土的弹性应变；s。，卢、p为材料参数；占。为测定材料参数时所施加的回弹应变；加为路基土的含水率，％；E为路基土的回弹模量，psi。采用上述模型，利用应变分层总和法计算路基永久变形的主要步骤如下。1)确定路基压缩层深度。根据水泥混凝土路面荷载应力的分析结果，将压缩层深度取为3．omL7J。2)对压缩层深度范围内的路基土进行分层

10、(在本文计算中，将分层厚度取为10cm)，采用三维有限元模型计算各分层的弹性压应变，用上下分层点应变量的平均值作为该分层土体内平均应变量的计算值。3)将各分层平均应变值代人路基土永久变形预估模型中[如式(1)所示]，计算各分层的塑性压应变量，然后乘以分层厚度即为