多因素耦合动态孔隙水压力对沥青路面破坏的影响研究
发布时间：2023-02-05 15:20
当车辆行驶在有表面径流的沥青路面上时,轮胎会驱使水对路面结构不断“挤压”和“抽吸”,加剧了沥青路面结构动态响应的不利受力状态,所形成的动态孔隙水压力(以下简称“动水压力”)环境会不断侵蚀沥青材料,最终发展为水损害,影响沥青路面整体的服役性能与寿命。动水压力环境造成沥青路面破坏的严重性已逐渐为人们所意识到,但现有相关研究仍存在许多不完善和不足之处,特别是针对多因素耦合作用下的影响规律仍缺乏系统性地深入探索。为进一步揭示动水压力对沥青路面破坏的影响,本文采用数值模拟、足尺加速加载试验和多尺度室内试验等手段,探索了路面干燥与饱水状态下结构动态响应的差异,研究了动水压力量级和作用时间、水温等因素对沥青混合料力学性能的影响,并从多个尺度分析了动水压力环境造成沥青材料失效的机理。通过围绕动水压力对沥青路面破坏的影响所开展的系统研究,得出的主要研究结论如下:(1)采用ABAQUS模拟了干燥与饱水状态下沥青路面结构的动态响应规律。水的存在会使得沥青路面结构动态响应变得更复杂。车辆荷载增大会显著提升应力、应变与孔隙水压力等指标的幅值。正、负孔隙水压力的量级会随着车速增长而明显增大;两种状态的应力幅值均会...
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 研究现状分析
2.1 动水压力环境引起沥青路面破坏的机理分析
2.1.1 宏观尺度机理
2.1.2 微观尺度机理
2.2 动水压力环境对沥青路面结构动态响应影响的研究现状
2.2.1 基于数值模拟的相关研究现状
2.2.2 基于传感器监测的相关研究现状
2.3 动水压力环境对道路沥青材料服役性能影响的研究现状
2.3.1 传统评价水损害的试验方法
2.3.2 考虑动水压力环境评价水损害的试验方法
2.3.3 动水压力环境引起水损害的多尺度试验研究现状
2.4 当前动水压力相关研究存在的局限与不足
2.5 本文拟解决的关键科学问题、研究内容及技术路线
2.5.1 拟解决的关键科学问题
2.5.2 主要研究内容
2.5.3 技术路线
3 动水压力环境影响沥青路面结构动态响应的数值模拟研究
3.1 理论基础
3.2 有限元模型的建立
3.2.1 沥青路面结构与材料参数
3.2.2 边界条件与加载模型
3.3 模拟动态响应指标的时程变化特性分析
3.4 模拟动态响应指标的幅值随车速、车载变化规律
3.5 模拟动态响应指标的空间分布规律
3.5.1 竖向分布
3.5.2 横向分布
3.6 有限元模型的验证
3.7 本章小结
4 动水压力环境影响沥青路面结构动态响应的现场试验研究
4.1 基于足尺加速加载的沥青路面结构动态响应监测现场试验
4.1.1 足尺加速加载试验系统介绍
4.1.2 现场试验段准备
4.1.3 现场试验方案
4.1.4 监测信号处理
4.2 现场试验数据分析
4.2.1 应力、应变指标随加载参数变化规律
4.2.2 前、后轴车轮产生动水压力对比分析
4.3 饱水沥青路面结构产生动水压力信号的横向场域分布特征
4.4 饱水沥青路面结构产生动水压力的预测模型
4.5 本章小结
5 动水压力环境对沥青混合料力学性能的影响研究
5.1 水环境模拟试验方法及沥青材料情况
5.1.1 水环境模拟试验方法
5.1.2 试验用原材料基本性能
5.2 力学强度
5.3 高温稳定性
5.3.1 试验设计
5.3.2 试验及分析方法
5.3.3 试验结果及分析
5.4 低温抗裂性
5.4.1 试验设计
5.4.2 试验及分析方法
5.4.3 试验结果及分析
5.5 本章小结
6 动水压力环境造成道路沥青材料失效的机理研究
6.1 沥青混合料的组分敏感性
6.1.1 试验设计
6.1.2 试验及分析方法
6.1.3 试验结果及分析
6.2 沥青的表面能参数变化
6.2.1 试验设计
6.2.2 试验及分析方法
6.2.3 试验结果及分析
6.3 沥青的官能团和化学键变化
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录A 基于Matlab获取现场监测信号特征点的程序
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3735208
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 研究现状分析
2.1 动水压力环境引起沥青路面破坏的机理分析
2.1.1 宏观尺度机理
2.1.2 微观尺度机理
2.2 动水压力环境对沥青路面结构动态响应影响的研究现状
2.2.1 基于数值模拟的相关研究现状
2.2.2 基于传感器监测的相关研究现状
2.3 动水压力环境对道路沥青材料服役性能影响的研究现状
2.3.1 传统评价水损害的试验方法
2.3.2 考虑动水压力环境评价水损害的试验方法
2.3.3 动水压力环境引起水损害的多尺度试验研究现状
2.4 当前动水压力相关研究存在的局限与不足
2.5 本文拟解决的关键科学问题、研究内容及技术路线
2.5.1 拟解决的关键科学问题
2.5.2 主要研究内容
2.5.3 技术路线
3 动水压力环境影响沥青路面结构动态响应的数值模拟研究
3.1 理论基础
3.2 有限元模型的建立
3.2.1 沥青路面结构与材料参数
3.2.2 边界条件与加载模型
3.3 模拟动态响应指标的时程变化特性分析
3.4 模拟动态响应指标的幅值随车速、车载变化规律
3.5 模拟动态响应指标的空间分布规律
3.5.1 竖向分布
3.5.2 横向分布
3.6 有限元模型的验证
3.7 本章小结
4 动水压力环境影响沥青路面结构动态响应的现场试验研究
4.1 基于足尺加速加载的沥青路面结构动态响应监测现场试验
4.1.1 足尺加速加载试验系统介绍
4.1.2 现场试验段准备
4.1.3 现场试验方案
4.1.4 监测信号处理
4.2 现场试验数据分析
4.2.1 应力、应变指标随加载参数变化规律
4.2.2 前、后轴车轮产生动水压力对比分析
4.3 饱水沥青路面结构产生动水压力信号的横向场域分布特征
4.4 饱水沥青路面结构产生动水压力的预测模型
4.5 本章小结
5 动水压力环境对沥青混合料力学性能的影响研究
5.1 水环境模拟试验方法及沥青材料情况
5.1.1 水环境模拟试验方法
5.1.2 试验用原材料基本性能
5.2 力学强度
5.3 高温稳定性
5.3.1 试验设计
5.3.2 试验及分析方法
5.3.3 试验结果及分析
5.4 低温抗裂性
5.4.1 试验设计
5.4.2 试验及分析方法
5.4.3 试验结果及分析
5.5 本章小结
6 动水压力环境造成道路沥青材料失效的机理研究
6.1 沥青混合料的组分敏感性
6.1.1 试验设计
6.1.2 试验及分析方法
6.1.3 试验结果及分析
6.2 沥青的表面能参数变化
6.2.1 试验设计
6.2.2 试验及分析方法
6.2.3 试验结果及分析
6.3 沥青的官能团和化学键变化
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录A 基于Matlab获取现场监测信号特征点的程序
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3735208
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