CN102331249A - 沥青路面永久变形评估方法 - Google Patents

沥青路面永久变形评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102331249A
CN102331249A CN201110157159A CN201110157159A CN102331249A CN 102331249 A CN102331249 A CN 102331249A CN 201110157159 A CN201110157159 A CN 201110157159A CN 201110157159 A CN201110157159 A CN 201110157159A CN 102331249 A CN102331249 A CN 102331249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bituminous pavement
pavement
subgrade
asphalt
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201110157159A
Other languages
English (en)
Inventor
梁乃兴
曹源文
秦旻
梅迎军
李志勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Jiaotong University
Original Assignee
Chongqing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Jiaotong University filed Critical Chongqing Jiaotong University
Priority to CN201110157159A priority Critical patent/CN102331249A/zh
Publication of CN102331249A publication Critical patent/CN102331249A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

为克服现有技术沥青路面永久变形评估方法存在的评估结果的可靠性较差、模型参数的确定较困难和评估精度还有待于进一步提高等问题，本发明提出一种沥青路面永久变形评估方法。本发明沥青路面永久变形评估方法将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据各亚层的变形量和平均偏应力值对沥青路面永久变形进行评估。本发明沥青路面永久变形评估方法的有益技术效果是合理的利用了叠加原理、力学分析与沥青混合料变形量分析等工具或手段，充分考虑车辆荷载、路面材料特性及温度条件等因素对沥青路面永久变形的影响，能对沥青路面永久变形进行适时评估，为沥青路面的设计、养护和维修提供较为准确的依据。

Description

沥青路面永久变形评估方法
 
技术领域
本发明涉及一种沥青路面永久变形评估方法，尤其是涉及一种基于分层分区叠加原理的沥青路面永久变形评估方法。
背景技术
沥青路面的永久变形直接影响到沥青路面的使用寿命，也涉及到沥青路面的设计和施工。根据不同的使用条件（如：荷载、荷载频率和使用年限等）设计不同的沥青路面，即可减少建设成本，又可有效利用资源。然而，要做到根据使用条件设计沥青路面，就必须对沥青路面在预计使用条件下的永久变形有较为准确的评估，并根据沥青路面永久变形的评估进行设计。另外，还可根据沥青路面永久变形的评估结果，制定沥青路面的保养和维修计划，延长沥青路面的使用寿命。
目前，根据建立评估模型时依据的理论和数据的不同，国、内外评估沥青路面永久变形的基本方法可分为经验法、力学-经验法和理论分析法等三大类。
经验法是根据统计学理论，以试验路段的大量观测数据为基础，结合通过室内试验得到的沥青混合料层的永久变形与荷载、材料特性的关系对沥青路面在不同荷载长期反复作用下产生的永久变形进行评估。经验法具有针对性较强、可靠度较高等特点，但同时存在较大的局限性。在实际环境与研究或试验条件的较为一致的情况下，其评估结果较为可靠，一旦实际环境发生改变，则评估结果的可靠性较差，因而，其适用范围受到限制。
与经验法相比，力学-经验法在一定程度上减小了使用范围的局限性，在通用性方面有了改善。力学-经验法通常先采用弹性层状体系理论或粘弹性层状体系理论得到沥青路面应力与位移的关系，再结合室内、外的相关试验，统计出沥青层的永久变形与路表弯沉、材料性能参数及荷载之间的关系，进而对沥青路面的永久变形进行评估。力学-经验法考虑了路面的整体效应，但所应用的力学模型不尽合理，有些模型参数的确定较困难，也未得到广泛应用。
理论分析法是以层状弹性体系理论或粘弹性体系理论为基础，对路面体系内的应力进行分析和计算，并利用路面沥青混合料永久变形与应力的关系对沥青路面的永久变形进行评估。理论分析法又分为层应变法、粘弹性理论法和有限元法等三种。粘弹性理论法相对较为完善，使用粘弹性理论评估沥青路面的永久变形要比层应变法的评估结果精确，粘弹性理论法在理论上更接近沥青材料的实际粘弹特性，然而，由于材料的粘弹行为无论在理论上还是在当前常用的材料测试方法上均难以准确把握，因此，粘弹性理论法的评估精度还有待于进一步提高。另一方面，随着计算机技术的高速发展，沥青路面永久变形的评估方法已从弹性层状体系的解析法发展到有限元数值法，借助有限元工具，预估精度相对提高，成为目前沥青路面永久变形评估的常用方法。
发明内容
为克服现有技术沥青路面永久变形评估方法存在的评估结果的可靠性较差、模型参数的确定较困难和评估精度还有待于进一步提高等问题，本发明提出一种沥青路面永久变形评估方法。本发明沥青路面永久变形评估方法将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据下式对沥青路面永久变形进行评估：
                      （1）
式中：                                               为沥青路面的永久变形量，单位：
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE004
；
为沥青路面温度划分区间数，取值范围为3－6；
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE008
为沥青路面划分亚层数，取值范围为4－30；
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE010
为沥青路面第
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE012
亚层厚度，单位：
Figure 684490DEST_PATH_IMAGE004
，取值范围为5－30
Figure 539314DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE014
为沥青路面第
Figure 194417DEST_PATH_IMAGE012
亚层的平均偏应力值，单位：；，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得；
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE020
为沥青路面第
Figure 399746DEST_PATH_IMAGE012
亚层的变形量，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE022
，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得。
进一步的，本发明沥青路面永久变形评估方法沥青路面第
Figure 89485DEST_PATH_IMAGE012
亚层的平均偏应力值，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得，具体步骤包括：
① 根据拟评估高速公路的路面结构实际情况，基于有限元ANSYS软件建立路面结构三维有限元计算模型，并沿竖向按照一定的深度间隔将沥青路面划分为
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE024
个亚层，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE026
，其中，沥青层按照每层5－30
Figure 932643DEST_PATH_IMAGE004
的间距进行划分，基层、底基层、土基层的亚层间距可增大至每层300mm；
② 根据沥青路面所处地区的年实际温度情况，将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；
③ 采用沿道路纵向剖面大小呈正弦波变化的荷载模型，并确定不同荷载模式作用下的轮胎印迹接地面积，确定每一温度区间内各代表温度下沥青路面结构模型中各结构亚层材料的弹性模量和泊松比取值；
④ 在各温度区间代表温度下，利用ANSYS软件对步骤
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE028
建立的路面结构有限元计算模型进行路面结构应力分析，得到沥青各亚层内的应力分布，并提取荷载作用范围内的大、小主应力，求得各代表温度下沥青路面各亚层的偏应力值。
进一步的，本发明沥青路面永久变形评估方法沥青路面第
Figure 6909DEST_PATH_IMAGE012
亚层的变形量，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得，具体步骤包括：
① 以流变学理论为基础，基于修正Burgers模型建立适用于重复荷载作用下永久变形规律的力学模型，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE030
次荷载作用后的永久应变
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE032
为：
Figure 482201DEST_PATH_IMAGE032
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE034
                            （2）
则在
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE036
次荷载作用后沥青混合料的蠕变柔量
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE038
为：
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE040
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE042
                             （3）
式中： 
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE044
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE050
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE054
为轴向偏应力波峰最大应力值；
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE056
为一个周期内的荷载作用时间，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE058
为弹性模量，
Figure 2011101571590100002DEST_PATH_IMAGE060
为粘性系数，T为荷载作用周期，A、B为粘壶参数，为荷载次数；
② 采用三轴重复加载蠕变试验对沥青混合料的高温抗变形能力进行试验研究，得到不同级配沥青混合料在不同温度、不同偏应力条件下永久变形试验数据；
③ 采用步骤求得的次重复荷载作用后沥青混合料蠕变柔量关系式对步骤②的试验数据进行拟合，得到不同级配沥青混合料在不同温度和不同偏应力条件下的拟合参数；
④ 采用三次样条插值和最小二乘拟合方法对步骤③求得的拟合参数进行三维插值与拟合，建立不同工况下分片“循环次数―偏应力―永久变形量”的三维曲面，从而求出任意温度及应力条件下的沥青混合料的变形量。
进一步的，本发明沥青路面永久变形评估方法包括以下步骤：
① 将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；
② 将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层；
③ 求解沥青路面不同温度期间第
Figure 689223DEST_PATH_IMAGE012
亚层的平均偏应力值
Figure 930848DEST_PATH_IMAGE014
；
④ 求解沥青路面不同温度期间第
Figure 143655DEST_PATH_IMAGE012
亚层的变形量
Figure 724809DEST_PATH_IMAGE022
；
⑤ 根据下式对沥青路面永久变形进行评估：
                      （1）
式中：
Figure 935341DEST_PATH_IMAGE002
为沥青路面的永久变形量，单位：
Figure 601946DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 618444DEST_PATH_IMAGE006
为沥青路面温度划分区间数，取值为3－6；
Figure 57034DEST_PATH_IMAGE008
为沥青路面划分亚层数，取值为4－30；
Figure 828681DEST_PATH_IMAGE010
为沥青路面第
Figure 717002DEST_PATH_IMAGE012
亚层厚度，单位：
Figure 537191DEST_PATH_IMAGE004
，取值5－30
Figure 827358DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 707589DEST_PATH_IMAGE014
为沥青路面第
Figure 83207DEST_PATH_IMAGE012
亚层的平均偏应力值，单位：
Figure 503824DEST_PATH_IMAGE016
；，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得；
为沥青路面第
Figure 825193DEST_PATH_IMAGE012
亚层的变形量，
Figure 987185DEST_PATH_IMAGE022
，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得。
本发明沥青路面永久变形评估方法的有益技术效果是合理的利用了叠加原理、力学分析与沥青混合料变形量分析等工具或手段，充分考虑车辆荷载、路面材料特性及温度条件等因素对沥青路面永久变形的影响，能对沥青路面永久变形进行适时评估，为沥青路面的设计、养护和维修提供较为准确的依据。
附图说明
附图1为某地区高速公路的路面结构示意图；
附图2为根据附图1所示路面结构建立的路面结构三维有限元模型示意图；
附图3为AC-13 C沥青混合料在30℃温度下的永久变形曲线图；
附图4为A C-13C沥青混合料在20℃温度下的变形曲面图。
下面结合附图及具体实施例对本发明沥青路面永久变形评估方法做进一步说明。
具体实施方式
根据本发明沥青路面永久变形评估方法在计算沥青路面永久变形量之前，需要先对拟评估沥青路面的环境温度和路面亚层进行划分，再求得沥青路面第
Figure 986365DEST_PATH_IMAGE012
亚层的平均偏应力值
Figure 208398DEST_PATH_IMAGE014
和沥青路面第亚层的变形量
Figure 524290DEST_PATH_IMAGE022
，然后，计算沥青路面的永久变形。下面以某地区的某高速公路为例，对本发明沥青路面永久变形评估方法作进一步的说明。
1、沥青路面环境温度区间的划分
以某地区某高速公路为例，该地区全年实测路面温度低至15℃以下，高至35℃以上，以10℃的间隔对全年实测路面温度进行分段，分别为<15℃、15℃~25℃、25℃~35℃和>35℃四个温度区间，然后统计出不同温度区间的实测路面温度分布频率，并取每个温度段的中间温度作为代表温度，分别为10℃、20℃、30℃和40℃及分段，具体如下表1所示：
   表1：某地区全年温度分布及分布频率
Figure DEST_PATH_IMAGE063
2、沥青路面亚层的划分
附图1某地区高速公路的路面结构示意图，图中，1为上面层，为AC-13C细粒式改性沥青混凝土，厚度为40mm；2为中面层，为AC-16C中粒式改性沥青混凝土，厚度为50mm；3为下面层，为AC-20C粗粒式沥青混凝土，厚度为60mm；4为基层，为CCR水泥稳定级配碎石，厚度为250mm；5为底基层，为二灰土，厚度为300mm。附图2为根据附图1所示路面结构建立的路面结构三维有限元模型示意图，由图可知，在建立三维有限元模型时将上面层划分为4个亚层，中面层划分为5个亚层，下面层划分为6个亚层，其每亚层的厚度均为10mm，基层划分为3个亚层，每亚层厚度为180mm；底基层3划分为2个亚层，每亚层厚度为160mm；土基层划分为2个亚层，每亚层厚度为215mm；共计25个亚层。
3、求解沥青路面不同温度区间第
Figure 581239DEST_PATH_IMAGE012
亚层的平均偏应力值
附图2为根据附图1所示路面结构建立的路面结构三维有限元模型示意图。根据本发明沥青路面永久变形评估方法在对环境温度区间和路面亚层进行划分后，采用沿道路纵向剖面大小呈正弦波变化的荷载模型，并确定不同荷载模式作用下的轮胎印迹接地面积，确定每一温度区间内各代表温度下沥青路面结构模型中各结构亚层材料的弹性模量和泊松比取值。本实施例以标准轴载BZZ-100普通中型货车为代表车型，以双轮荷载作用模式进行计算，通过当量换算取轮胎印迹接地面积恒为0.0728m2。根据该地区高速公路沥青路面的气候条件并结合国家《公路沥青路面设计规范》和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ052－2000》，选取各代表温度下沥青路面各亚层材料的弹性模量和泊松比取值，具体如表2所示。
表2：有限元计算模型中各结构亚层材料的弹性模量和泊松比取值
Figure DEST_PATH_IMAGE065
利用ANSYS软件在各代表温度下对附图2所示的有限元模型进行了路面结构应力计算，并对荷载作用范围的主应力进行提取和分析，即求得各代表温度下沥青路面各亚层的偏应力
Figure 537312DEST_PATH_IMAGE018
，其计算结果列于表3－5。
表3：路面温度20℃时沥青路面各亚层的计算偏应力值
Figure DEST_PATH_IMAGE067
表4：路面温度30℃时沥青路面各亚层的计算偏应力值
Figure DEST_PATH_IMAGE069
表5：路面温度40℃时沥青路面各亚层的计算偏应力值
Figure DEST_PATH_IMAGE071
4、求解沥青路面不同温度区间第
Figure 791838DEST_PATH_IMAGE012
亚层的蠕变柔量量
Figure 31190DEST_PATH_IMAGE022
由于修正Burgers模型本构方程是在恒定应力作用下推导而得，因此只适用于静态荷载下的混合料变形的模拟。为更好描述行车荷载存在的间隙重复荷载，采用半正弦波间歇荷载模拟车轮对路面的荷载作用，假定在第个半正弦荷载作用
Figure DEST_PATH_IMAGE073
时刻，在
Figure 651319DEST_PATH_IMAGE073
作用之前荷载作用时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE075
，则次荷载作用后的粘性流动应变
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE079
Figure DEST_PATH_IMAGE081
Figure DEST_PATH_IMAGE083
  
N次荷载作用后残余粘弹性变形为
Figure DEST_PATH_IMAGE085
Figure DEST_PATH_IMAGE087
=
Figure DEST_PATH_IMAGE093
)
Figure DEST_PATH_IMAGE095
Figure DEST_PATH_IMAGE097
)
令
Figure 42210DEST_PATH_IMAGE044
Figure 774018DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 320537DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 431712DEST_PATH_IMAGE050
则在第N个半正弦波间歇作用结束时刻，永久应变
Figure 285716DEST_PATH_IMAGE032
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE099
Figure DEST_PATH_IMAGE101
+
Figure DEST_PATH_IMAGE103
Figure DEST_PATH_IMAGE105
      
N次荷载作用后沥青混合料的蠕变柔量
Figure 147229DEST_PATH_IMAGE038
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE107
Figure DEST_PATH_IMAGE109
式中：
Figure 609565DEST_PATH_IMAGE036
为荷载次数，
Figure 474753DEST_PATH_IMAGE032
为
Figure 551293DEST_PATH_IMAGE030
次荷载作用后的永久应变，
Figure 72404DEST_PATH_IMAGE054
为轴向偏应力波峰最大应力值；为一个周期内的荷载作用时间，
Figure 259803DEST_PATH_IMAGE058
为弹性模量，
Figure 179830DEST_PATH_IMAGE060
为粘性系数，T为荷载作用周期，A、B为粘壶参数，
Figure 427272DEST_PATH_IMAGE036
为荷载次数。
对AC-13C、AC-16C和AC-20C三种级配的沥青混合料分别在20℃、30℃和40℃的恒温条件下分别进行荷载峰值为0.4MPa、0.7MPa和1MPa的三轴重复荷载永久变形试验，求的沥青混合料在上述实验条件下的永久变形曲线图，附图3即为AC-13 C沥青混合料在30℃温度下的永久变形曲线图（限于篇幅其他实验条件的永久变形曲线图略）。
根据式（2）和实验条件（在本实施例中设定加载时间，总周期
Figure DEST_PATH_IMAGE113
，
Figure DEST_PATH_IMAGE115
为对应试验中轴向偏应力峰值），采用Matlab软件编写迭代过程相关程序，对表3－5所列试验数据进行最小二乘拟合，得到表6所列的沥青混合料力学模型拟合参数。
 
表6：沥青混合料力学模型拟合参数
Figure DEST_PATH_IMAGE117
为求得沥青混合料在不同温度、荷载条件下的永久变形量，需对AC-13C、AC-16C和AC-20C三种级配的沥青混合料分别在20℃、30℃和40℃的恒温条件下分别进行的荷载峰值为0.4MPa、0.7MPa和1MPa的三轴重复荷载永久变形试验的数据进行三维插值与拟合，建立不同工况条件下的分片“循环次数―偏应力―永久变形量”三维曲面，附图4即为A C-13C沥青混合料在20℃温度下的变形曲面图（限于篇幅其他实验条件的永久变形曲线图略）。
以AC13沥青混合料在20℃温度下为例，说明三轴重复加载永久变形值的三维插值与拟合方法。先建立“循环次数―偏应力―永久变形量”三维坐标，如图4所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE119
方向坐标代表循环次数，
Figure DEST_PATH_IMAGE121
方向坐标代表试件作用偏应力峰值，
Figure DEST_PATH_IMAGE123
方向坐标代表实测变形值。根据室内试验结果，可将0.4MPa、0.7MPa和1MPa三种偏应力下的实测变形数据绘于三维图中，即图4中的横向实线；然后分别读取给定循环次数下，0.4MPa、0.7MPa和1MPa偏应力的变形值，以各循环次数下不同偏应力对应的变形值为基点，样条插值0.25MPa、0.55MPa、0.85MPa、1.15MPa偏应力下各点变形值并绘出，即图4中的纵向实线；接着读取插值得到的0.25MPa、0.55MPa、0.85MPa、1.15MPa偏应力下，不同循环次数对应的永久变形值，通过最小二乘曲线拟合方法，即可求得0.25MPa、0.55MPa、0.85MPa和1.15MPa偏应力下的永久变形规律曲线。同理可得AC13、AC16和AC20三种级配沥青混合料在其余任意荷载条件下的永久变形规律。
基于不同试验条件下AC13、AC16和AC20三种沥青混合料的三轴动态重复加载室内试验结果，利用重复荷载作用下永久变形规律的力学模型和试验数据三维插值与拟合方法，确定不同温度和不同偏应力下沥青混合料蠕变柔量的关系式，详见表7（限于篇幅，只列出了部分工况下的蠕变柔量关系式）。
表7：沥青混合料蠕变柔量关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE125
5、年各代表温度区间内标准轴载作用次数
本实施例高速公路按高等级公路设计，以BZZ―100为设计标准轴载，设计使用期内交通量平均增长率
Figure DEST_PATH_IMAGE127
为6%。本实施例高速公路为双向四车道，根据规范选取车道系数
Figure DEST_PATH_IMAGE129
为0.4，轮迹横向分布系数
Figure DEST_PATH_IMAGE131
为0.2。假设该高速公路日平均交通量为3285辆，且全年内的交通量在时间长度上平均分布，则可根据各温度区间所占的时间比例计算出在路面各点在各代表温度区间的年标准轴载作用次数，详见表8。
表8：年标准轴载作用次数
Figure DEST_PATH_IMAGE133
6、计算沥青路面的永久变形量
基于前述荷载作用下沥青路面结构各亚层偏应力计算结果，沥青路面上、中、下面层沥青混凝土蠕变柔量公式的求取，年各代表温度区间内标准轴载作用次数的确定，通过下式即可求得沥青路面行车道沿行车方向各点产生的永久变形量
Figure 690806DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 681896DEST_PATH_IMAGE062
式中：
Figure 456429DEST_PATH_IMAGE002
—沥青层永久变形量，
Figure 874772DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 104897DEST_PATH_IMAGE006
—路面结构周围环境温度分区数；
Figure 899677DEST_PATH_IMAGE008
—路面结构分层数；
Figure 469330DEST_PATH_IMAGE010
—沥青层第
Figure 58574DEST_PATH_IMAGE012
亚层厚度，
Figure 41574DEST_PATH_IMAGE004
；
—路面结构第
Figure 852153DEST_PATH_IMAGE012
亚层平均偏应力，
Figure 877878DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 82594DEST_PATH_IMAGE018
，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减而得；
Figure 219178DEST_PATH_IMAGE020
—路面结构第
Figure 622477DEST_PATH_IMAGE012
亚层的蠕变柔量
Figure 819103DEST_PATH_IMAGE022
，其值可通过重复加载修正Burgers模型建模，并结合室内三轴重复加载试验数据插值与拟合而得；
需要说明的是，所谓年各代表温度区间内标准轴载作用次数即为载荷次数或者循环次数，通过载荷次数或者循环次数可求得对应的平均偏应力
Figure 511116DEST_PATH_IMAGE014
和蠕变柔量。
本发明沥青路面永久变形评估方法的有益技术效果是合理的利用了叠加原理、力学分析与沥青混合料变形量分析等工具或手段，充分考虑车辆荷载、路面材料特性及温度条件等因素对沥青路面永久变形的影响，能对沥青路面永久变形进行适时评估，为沥青路面的设计、养护和维修提供较为准确的依据。

Claims (4)

1.一种沥青路面永久变形评估方法，其特征在于：将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据下式对沥青路面永久变形进行评估：
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE002
                      （1）
式中：为沥青路面的永久变形量，单位：
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE008
为沥青路面温度划分区间数，取值范围为3－6；
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE010
为沥青路面划分亚层数，取值范围为4－30；
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE012
为沥青路面第
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE014
亚层厚度，单位：
Figure 488737DEST_PATH_IMAGE006
，取值范围为5－30
Figure 918581DEST_PATH_IMAGE006
；
为沥青路面第
Figure 769994DEST_PATH_IMAGE014
亚层的平均偏应力值，单位：；
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE020
，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得；
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE022
为沥青路面第亚层的变形量，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE024
，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得。
2.根据权利要求1所述沥青路面永久变形评估方法，其特征在于：沥青路面第
Figure 577336DEST_PATH_IMAGE014
亚层的平均偏应力值
Figure 850186DEST_PATH_IMAGE020
，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得，具体步骤包括：
① 根据拟评估高速公路的路面结构实际情况，基于有限元ANSYS软件建立路面结构三维有限元计算模型，并沿竖向按照一定的深度间隔将沥青路面划分为
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE026
个亚层，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE028
，其中，沥青层按照每层5－30的间距进行划分，基层、底基层、土基层的亚层间距可增大至每层300mm；
② 根据沥青路面所处地区的年实际温度情况，将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；
③ 采用沿道路纵向剖面大小呈正弦波变化的荷载模型，并确定不同荷载模式作用下的轮胎印迹接地面积，确定每一温度区间内各代表温度下沥青路面结构模型中各结构亚层材料的弹性模量和泊松比取值；
④ 在各温度区间代表温度下，利用ANSYS软件对步骤建立的路面结构有限元计算模型进行路面结构应力分析，得到沥青各亚层内的应力分布，并提取荷载作用范围内的大、小主应力，求得各代表温度下沥青路面各亚层的偏应力值。
3.根据权利要求1所述沥青路面永久变形评估方法，其特征在于：沥青路面第
Figure 423303DEST_PATH_IMAGE014
亚层的变形量
Figure 858963DEST_PATH_IMAGE024
，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得，具体步骤包括：
① 以流变学理论为基础，基于修正Burgers模型建立适用于重复荷载作用下永久变形规律的力学模型，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE032
次荷载作用后的永久应变
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE034
为：
Figure 178080DEST_PATH_IMAGE034
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE036
                            （2）
则在
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE038
次荷载作用后沥青混合料的蠕变柔量
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE040
为：
                             （3）
式中： 
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE046
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE052
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE056
为轴向偏应力波峰最大应力值；为一个周期内的荷载作用时间，
Figure 2011101571590100001DEST_PATH_IMAGE060
为弹性模量，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为粘性系数，T为荷载作用周期，A、B为粘壶参数，
Figure 521862DEST_PATH_IMAGE038
为荷载次数；
② 采用三轴重复加载蠕变试验对沥青混合料的高温抗变形能力进行试验研究，得到不同级配沥青混合料在不同温度、不同偏应力条件下永久变形试验数据；
③ 采用步骤
Figure 342050DEST_PATH_IMAGE030
求得的次重复荷载作用后沥青混合料蠕变柔量关系式对步骤②的试验数据进行拟合，得到不同级配沥青混合料在不同温度和不同偏应力条件下的拟合参数；
④ 采用三次样条插值和最小二乘拟合方法对步骤③求得的拟合参数进行三维插值与拟合，建立不同工况下分片“循环次数―偏应力―永久变形量”的三维曲面，从而求出任意温度及应力条件下的沥青混合料的变形量。
4.根据权利要求1所述沥青路面永久变形评估方法，其特征在于：该评估方法包括以下步骤：
① 将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；
② 将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层；
③ 求解沥青路面不同温度期间第
Figure 512448DEST_PATH_IMAGE014
亚层的平均偏应力值
Figure 888066DEST_PATH_IMAGE016
；
④ 求解沥青路面不同温度期间第
Figure 246366DEST_PATH_IMAGE014
亚层的变形量
Figure 718936DEST_PATH_IMAGE024
；
⑤ 根据下式对沥青路面永久变形进行评估：
Figure 501560DEST_PATH_IMAGE002
                      （1）
式中：
Figure 364473DEST_PATH_IMAGE004
为沥青路面的永久变形量，单位：
Figure 526464DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 791224DEST_PATH_IMAGE008
为沥青路面温度划分区间数，取值为3－6；
Figure 13258DEST_PATH_IMAGE010
为沥青路面划分亚层数，取值为4－30；
Figure 301151DEST_PATH_IMAGE012
为沥青路面第
Figure 1253DEST_PATH_IMAGE014
亚层厚度，单位：
Figure 111730DEST_PATH_IMAGE006
，取值5－30
Figure 504665DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 342171DEST_PATH_IMAGE016
为沥青路面第
Figure 845965DEST_PATH_IMAGE014
亚层的平均偏应力值，单位：
Figure 819737DEST_PATH_IMAGE018
；，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得；
Figure 770693DEST_PATH_IMAGE022
为沥青路面第
Figure 812598DEST_PATH_IMAGE014
亚层的变形量，
Figure 906456DEST_PATH_IMAGE024
，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得。
CN201110157159A 2011-06-13 2011-06-13 沥青路面永久变形评估方法 Pending CN102331249A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110157159A CN102331249A (zh) 2011-06-13 2011-06-13 沥青路面永久变形评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110157159A CN102331249A (zh) 2011-06-13 2011-06-13 沥青路面永久变形评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102331249A true CN102331249A (zh) 2012-01-25

Family

ID=45483127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110157159A Pending CN102331249A (zh) 2011-06-13 2011-06-13 沥青路面永久变形评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102331249A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104598669A (zh) * 2014-12-22 2015-05-06 重庆交通大学 沥青混合料路面永久变形预测方法
CN104749041A (zh) * 2015-03-30 2015-07-01 长沙理工大学 一种沥青路面强度校核方法
CN106480868A (zh) * 2016-09-22 2017-03-08 长沙理工大学 一种细粒土路基永久变形预估方法
CN107843722A (zh) * 2017-07-12 2018-03-27 南通大学 一种基于随机有限元的纤维沥青混凝土细观行为分析方法
CN107966548A (zh) * 2017-11-09 2018-04-27 东南大学 一种沥青路面失稳型车辙发生时间的预测方法
CN108896418A (zh) * 2018-04-25 2018-11-27 东南大学 一种沥青混合料多序列局部加载高温性能试验方法
CN108984885A (zh) * 2018-07-05 2018-12-11 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法
CN109033547A (zh) * 2018-07-03 2018-12-18 三峡大学 沥青路面路基工作区深度计算模型
CN110331628A (zh) * 2019-07-24 2019-10-15 宁波诺丁汉新材料研究院有限公司 一种考虑温度影响的沥青道路设计方法及沥青道路
CN111400955A (zh) * 2020-03-27 2020-07-10 武汉科技大学 一种由温度变化引起的沥青路面疲劳开裂破坏的评价方法
CN111882189A (zh) * 2020-07-16 2020-11-03 武汉理工大学 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法
CN112231797A (zh) * 2020-09-18 2021-01-15 中铁七局集团有限公司 基于拱上填料的拱桥及路-桥过渡段力学分析方法
CN113094954A (zh) * 2021-04-09 2021-07-09 中海建筑有限公司 一种确定沥青路面压路机振动轮轨迹重叠宽度的方法
CN113654888A (zh) * 2021-08-09 2021-11-16 长沙学院 一种炭质泥岩永久变形快速预测方法
CN118568993A (zh) * 2024-07-30 2024-08-30 山东高速集团有限公司 基于实时轴载谱和温度场的路面永久变形预估系统及方法

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104598669A (zh) * 2014-12-22 2015-05-06 重庆交通大学 沥青混合料路面永久变形预测方法
CN104749041A (zh) * 2015-03-30 2015-07-01 长沙理工大学 一种沥青路面强度校核方法
CN106480868A (zh) * 2016-09-22 2017-03-08 长沙理工大学 一种细粒土路基永久变形预估方法
CN107843722A (zh) * 2017-07-12 2018-03-27 南通大学 一种基于随机有限元的纤维沥青混凝土细观行为分析方法
CN107843722B (zh) * 2017-07-12 2019-12-20 南通大学 一种基于随机有限元的纤维沥青混凝土细观行为分析方法
CN107966548A (zh) * 2017-11-09 2018-04-27 东南大学 一种沥青路面失稳型车辙发生时间的预测方法
CN108896418A (zh) * 2018-04-25 2018-11-27 东南大学 一种沥青混合料多序列局部加载高温性能试验方法
CN109033547A (zh) * 2018-07-03 2018-12-18 三峡大学 沥青路面路基工作区深度计算模型
CN108984885A (zh) * 2018-07-05 2018-12-11 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法
CN110331628B (zh) * 2019-07-24 2021-04-02 宁波诺丁汉新材料研究院有限公司 一种考虑温度影响的沥青道路设计方法及沥青道路
CN110331628A (zh) * 2019-07-24 2019-10-15 宁波诺丁汉新材料研究院有限公司 一种考虑温度影响的沥青道路设计方法及沥青道路
CN111400955A (zh) * 2020-03-27 2020-07-10 武汉科技大学 一种由温度变化引起的沥青路面疲劳开裂破坏的评价方法
CN111882189A (zh) * 2020-07-16 2020-11-03 武汉理工大学 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法
CN111882189B (zh) * 2020-07-16 2022-07-05 武汉理工大学 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法
CN112231797A (zh) * 2020-09-18 2021-01-15 中铁七局集团有限公司 基于拱上填料的拱桥及路-桥过渡段力学分析方法
CN113094954A (zh) * 2021-04-09 2021-07-09 中海建筑有限公司 一种确定沥青路面压路机振动轮轨迹重叠宽度的方法
CN113094954B (zh) * 2021-04-09 2022-07-05 中海建筑有限公司 一种确定沥青路面压路机振动轮轨迹重叠宽度的方法
CN113654888A (zh) * 2021-08-09 2021-11-16 长沙学院 一种炭质泥岩永久变形快速预测方法
CN113654888B (zh) * 2021-08-09 2024-05-24 长沙学院 一种炭质泥岩永久变形快速预测方法
CN118568993A (zh) * 2024-07-30 2024-08-30 山东高速集团有限公司 基于实时轴载谱和温度场的路面永久变形预估系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102331249A (zh) 沥青路面永久变形评估方法
Arnold Rutting of granular pavements
Blab et al. Modeling measured 3D tire contact stresses in a viscoelastic FE pavement model
CN104462843A (zh) 一种高模量沥青混合料路面疲劳寿命预测方法
CA2330431A1 (en) In situ shear strength test facility
CN103524061B (zh) 一种微表处混合料矿料级配的优化设计方法
Li et al. Cause analysis on permanent deformation for asphalt pavements using field cores
CN107576782A (zh) 车辆－温度荷载耦合作用下半柔性路面细观力学分析方法
Díaz et al. Mechanistic-empirical pavement design guide: features and distinctive elements
Yongjie et al. Research on pavement longitudinal crack propagation under non-uniform vehicle loading
Donovan et al. Rutting prediction in airport pavement granular base/subbase: A stress history based approach
Onyango Verification of mechanistic prediction models for permanent deformation in asphalt mixes using accelerated pavement testing
Williamson Finite element analysis of hot-mix asphalt layer interface bonding
Wang Mechanistic-empirical study of effects of truck tire pressure on asphalt pavement performance
Sotiriadis Asphalt transport pavements: causes of deterioration, methods of maintenance and suggestions/guidelines for new smart methods
Kim et al. Impact of truck loading on design and analysis of asphaltic pavement structures
Orobio Sensitivity analysis of flexible pavement performance parameters in the mechanistic-empirical design guide
Jones et al. Full-scale structural testing of permeable interlocking concrete pavement to develop design guidelines
Acharya Improved load distribution for load rating of low-fill box structures
Soares Finite element analysis of the mechanics of viscoelastic asphaltic pavements subjected to varying tire configurations
Behnke et al. Wolfram Ressel, Frohmut Wellner, Sabine Leischner, Gustavo Canon Falla, and Lutz Eckstein
Worel et al. MnRoad Database Guide
D’Apuzzo et al. Predicting Roughness Progression of Asphalt Pavements by Empirical-Mechanistic Model
Said et al. Influence of traffic variables on rut formation in asphalt concrete layers
Sivasubramaniam Validation of Superpave mixture design and analysis procedures using the NCAT test track

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120125