沥青稳定碎石基层对沥青路面力学性能的影响分析_石培峰

1、作者简介：石培峰（），男，河北沧州人，高级工程师，从事公路建设养护管理工作。随着我国交通的发展，公路等级、路面类型越来越高，综观目前我国高等级公路路面，仍主要以半刚性基层沥青路面为主。半刚性沥青路面具有路面强度高、刚度大的优点，但是半刚性基层刚度大、易开裂而日益暴露出来的沥青面层反射裂缝问题，已成为半刚性沥青路面使用中的常见病害之一。我国幅员辽阔，气候条件千差万别，不论是考虑到半刚性基层沥青路面的反射裂缝问题，还是考虑到我国地形地质条件和气候条件的多变性，都需要发展和研究更多样化的基层材料，丰富公路的路面结构形式，供设计选择。这将有利于公路工作者根据实际情况选择合适的路面结构形式，推动我国的公

2、路建设技术取得新的进步。沥青稳定碎石基层沥青路面有着良好的发展和应用前景。这种基层类型的路面结构在国外已得到广泛的应用，根据国外的经验，它具有半刚性基层所不具有的优点，能够克服半刚性基层的某些缺点，而国内这方面的研究才刚刚起步。鉴于此，深入系统地研究沥青稳定碎石基层设计参数对沥青路面力学性能的影响，进而为这种结构的设计、研究、推广使用提供重要参考与指导。这对于避免沥青路面过早开裂，延长沥青路面的使用寿命，提高沥青路面的使用质量具有重要的现实和经济意义。路面结构参数与模型为了使模型与实际情况更加符合，本论文采用三维有限元模型进行分析。在模型中将荷载圆简化为的正方形，其所受压力值为。具体有限元模型

3、如图所示。水平方向的与轴方向各为，轴深度方向根据路面结构的不同，需依据理论弯沉值的大小进行调整。计算分别使用节点平面一阶等参单元和节点三维一阶等参单元，边界条件假设底面上没有方向位移，左右两面没有方向位移，前后两面没有方向位移，层间接触条件为连续接触。图有限元模型示意图路面结构层分为层：的沥青混凝土面层的水泥稳定碎石基层的石灰土底基层土基。具体参数如表所示。沥青稳定碎石基层对沥青路面力学性能的影响分析石培峰，马士宾，许爱丽，张炜萍（河北省沧州市交通局，河北沧州；河北工业大学土木学院，天津）摘要：沥青稳定碎石柔性基层路面是目前国际沥青路面界的研究热点。柔性基层厚度和模量是沥青路面结构设计中的重要

4、参数。沥青路面的基层材料种类繁多，基层各设计参数变化范围很大，而其设计参数对路面结构力学有重要的影响。文章选取典型的大粒径沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构，选用标准荷载，建立三维有限元路面结构模型，分析基层设计参数变化时的力学响应。分析结果为设计柔性基层沥青路面提供了力学理论基础。关键词：沥青混合料；稳定碎石基层；路面结构；力学性能中图分类号：文献标识码： 技术论坛 公路交通科技应用技术版基层模量第一层底第二层底第三层底基层模量第一层底第二层底第三层底基层模量路表竖向最大压应变旧路竖向最大压应变基层模量路表竖向最大压应变旧路竖向最大压应变表路面结构层参数表沥青稳定碎石基层模量对沥青路面力学性能

5、的影响分析沥青稳定碎石基层模量对路表弯沉影响分析选择碎石基层弹性模量分别为、，、，在标准轴载作用下的路表及路基顶面竖向最大压应变如表所示。层位结构层材料名称厚度抗压模量泊松比上面层细粒式沥青混凝土下面层中粒式沥青混凝土基层沥青稳定碎石底基层二灰稳定碎石旧路面路面结构层总厚度表不同基层弹性模量下路表最大弯沉值及路基顶面竖向压应变由表可知，路表及旧路顶面的竖向最大压应变随基层模量的增加而减小。当沥青稳定碎石基层模量从变化到时，路表竖向最大压应变减小，旧路顶面竖向最大压应变减小。沥青稳定碎石基层模量对路面各层底拉应力影响分析选择碎石基层弹性模量分别为、，、，在标准轴载作用下的路面各层底面最大拉应力如

6、表所示。表不同基层弹性模量下路面各层底面最大拉应力由表可知，随着沥青稳定碎石基层模量的增加第一层层底最大拉应力减少，而第二层层底最大拉应力和第三层层底最大拉应力随其模量的增加而增加。当沥青稳定碎石基层的模量由增加到时第一层层底最大拉应力减少，第二层层底最大拉应力增加，第三层层底最大拉应力增大。沥青稳定碎石基层模量对路面对剪应力影响分析选择碎石基层弹性模量分别为、，、，在标准轴载作用下的路面结构各层的最大剪应力如表所示。由表可知随沥青稳定碎石基层模量的增加第一层、第二层层底最大剪应力不断减少，第三层层底最大剪应力不断增加。当沥青稳定碎石基层的模量由基层模量第一层底第二层底第三层底基层模量第一层底

7、第二层底第三层底表不同基层弹性模量下路面各层底面最大剪应力增加到时第一层层底最大剪应力减少，第二层层底最大剪应力减少，第三层层底最大剪应力增大。沥青稳定碎石基层厚度对沥青路面力学性能的影响分析沥青稳定碎石基层厚度对路表及旧路顶面竖向最大压应变影响分析选择碎石基层厚度分别为、，在标准轴载作用下的路表及旧路顶面竖向最大压应变如表所示。表不同基层厚度下路表最大弯沉值及路基顶面竖向压应变由表可知，随沥青稳定碎石基层厚度的增加路表和旧路顶面竖向最大压应变减小。当沥青稳定基层厚度由增大到时，路表竖向最大压应变减少，旧路顶面竖向最大压应变减小。沥青稳定碎石基层厚度对路面各层底拉应力影响分析选择碎石基层厚度分

8、别为、，在标准轴载作用下的路面结构各层最大拉应力如表所示。表不同基层厚度下路面各层底面最大拉应力由表可知，随沥青稳定碎石基层厚度的增加第一层层底最大拉应力、第三层层底最大拉应力减小，而第二层层底最大拉应力不断增加。当沥青稳定基层厚度由增大到时，第一层层底最大拉应力减少，第二层层底最大拉应力增加，第三层层底最大拉应力减小。沥青稳定碎石基层厚度对路面对剪应力影响分析选择碎石基层厚度分别为、，在标准轴载作用下的路面结构各层最大剪应力如表所示。表不同基层厚度下路面各层底面最大剪应力由表可知，随沥青稳定碎石基层厚度的增加各层层底最大剪应力减小。当沥青稳定基层厚度由增大到时，第一层层底最大剪应力减少，第二

9、层层底最大剪应力减小，第三层层底最大剪应力减小。结语沥青稳定碎石柔性基层路面是目前国际沥青路面界的研究热点。柔性基层厚度和模量是沥青路面结构设计中的重要参数。采用三维有限元计算模型，分析了基层厚度和模量变化时的力学响应变化趋势。分析结果为设计柔性基层沥青路面提供了力学理论基础。参考文献：孟建党，李德超，李玉磊大粒径沥青混合料应用研究中外公路，（）刘中林骨架大粒径沥青混合料组成设计与路用性能研究西安：长安大学博士论文，叶先磊，史亚杰工程分析软件应用实例北京：清华大学出版社，任瑞波，王哲人具有柔性基层的半刚性沥青路面的理论计算山东大学学报（工学版），（）杨荣山，艾长发柔性路面与半刚性路面的性能对比分析成都：西南交通大学陈静云，王哲人，等沥青路面柔性基层和半刚性基层模量理论研究大连理工