柔性基层耐久性沥青路面设计方法

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 国内外沥青路面设计研究现状 3

1.1.1 国内沥青路面设计 3

1.1.2 国外沥青路面设计 6

1.2 车辙问题研究现状 8

1.2.1 车辙影响因素 8

1.2.2 混合料组成设计 9

1.2.3 车辙预估方法 13

1.3 疲劳问题研究现状 16

第2章 基于动力有限元法的车辙预估计算方法 19

2.1 车辙预估计算方法流程 19

2.1.1 汽车动载模型 19

2.1.2 材料模型及参数 24

2.1.3 轮载累加作用时间 25

2.1.4 代表温度 26

2.1.5 加载修正系数 27

2.1.6 ANSYS数值计算 27

2.2 二维和三维有限元对比分析 28

2.3 车辙预估计算方法验证 31

2.4 工程应用 32

2.5 本章小结 35

第3章 柔性基层沥青路面车辙性能影响因素 36

3.1 沥青性质的影响 36

3.2 柔性基层级配的影响 38

3.3 沥青混合料体积指标的影响 39

3.4 温度和交通条件的影响 42

3.5 本章小结 46

第4章 抗车辙柔性基层耐久性沥青路面结构研究 48

4.1 抗车辙柔性基层耐久性沥青路面结构比选 49

4.2 优选路面结构力学响应分析 55

4.3 优选路面结构抗车辙性能影响因素分析 58

4.3.1 厚度对路面结构沥青层内剪应变的影响 58

4.3.2 厚度对路面结构路基顶面压应变的影响 60

4.3.3 模量对路面结构沥青层内剪应变的影响 61

4.3.4 模量对路面结构路基顶面压应变的影响 62

4.4 优选路面结构抗疲劳性能影响因素分析 63

4.4.1 厚度对路面结构抗疲劳性能的影响 63

4.4.2 模量对路面结构抗疲劳性能的影响 65

4.5 荷载对优选路面结构抗车辙和疲劳性能的影响 68

4.6 本章小结 71

第5章 抗车辙柔性基层混合料设计方法 73

5.1 材料性能 73

5.2 沥青选择 76

5.3 最佳沥青用量确定方法 79

5.3.1 大马歇尔试验法 79

5.3.2 Superpave旋转压实体积法 91

5.3.3 大马歇尔试验与旋转压实试验的比较 92

5.3.4 GTM法及其与大马歇尔法、Superpave旋转压实体积法的比较 94

5.4 柔性基层沥青混合料抗车辙级配设计方法 97

5.4.1 柔性基层沥青混合料抗车辙性能灰关联熵分析 98

5.4.2 柔性基层混合料疲劳性能灰关联熵分析 101

5.4.3 基于车辙性能进行柔性基层混合料设计可行性分析 102

5.5 抗车辙级配检验方法 104

5.5.1 空隙率对柔性基层混合料路用性能的影响 104

5.5.2 沥青混合料中的分形理论 108

5.5.3 沥青混合料集料粒径分布的分形模型 110

5.5.4 抗车辙柔性基层级配初选方法 111

5.5.5 抗车辙柔性基层级配优选方法 116

5.5.6 抗车辙柔性基层级配确定方法 119

5.5.7 抗车辙柔性基层级配确定方法的验证 126

5.6 抗车辙柔性基层混合料设计方法 126

5.7 本章小结 127

第6章 基于疲劳损伤的沥青路面疲劳寿命预估方法 129

6.1 疲劳损伤变量 129

6.2 疲劳损伤计算 131

6.3 基于疲劳损伤的当量疲劳温度 135

6.3.1 各月路面平均温度 135

6.3.2 模量与温度的关系 137

6.3.3 当量疲劳温度的确定 139

6.4 黏弹性疲劳损伤模型与参数 140

6.5 黏弹性疲劳模型分析 144

6.6 本章小结 146

第7章 柔性基层耐久性沥青路面设计 148

7.1 柔性基层耐久性沥青路面设计方法 148

7.2 抗车辙柔性基层耐久性沥青路面设计 149

7.2.1 实体工程概况 149

7.2.2 柔性基层混合料设计 154

7.2.3 柔性基层路面结构疲劳性能 158

7.2.4 柔性基层路面结构抗车辙性能 161

7.3 高模量沥青混凝土路用性能试验研究 164

7.4 实体工程验证 167

7.5 本章小结 167

参考文献 169 2100433B

本书主要介绍了国内外沥青路面设计研究现状和我国柔性基层耐久性沥青路面设计需要解决的关键问题；深入研究了基于动力有限元的车辙预估计算方法、柔性基层沥青路面车辙性能影响因素；从车辙和疲劳破坏机理出发，通过大量计算，系统研究了柔性基层耐久性沥青路面结构车辙与疲劳性能的影响规律；采用灰色理论、人工神经网络及分形理论，通过室内试验及大量计算，借鉴基于体积填充思想的级配设计方法，提出了柔性基层混合料骨架密实型抗车辙级配设计方法；通过动态蠕变和弯曲疲劳试验，利用Boltzmann叠加原理、WLF方程和Burgers模型确定沥青混合料疲劳损伤的黏弹性参数，提出了基于疲劳损伤的沥青路面疲劳寿命预估方法；进而提出了基层耐久性沥青路面设计方法，并修筑了实体工程进行验证。

第１章 绪论…………………………………………………………………………………… １

１.１ 国内外高速公路柔性基层沥青路面发展概况……………………………… １

１.１.１ 柔性基层沥青路面设计方法及结构形式……………………………………… １

１.１.２ 沥青路面结构优化设计方法发展现状………………………………………… ４

１.１.３ 级配碎石基层的级配设计及施工发展现状…………………………………… ５

１.１.４ 国内外研究和应用现状评析…………………………………………………… ７

１.２ 本书主要内容……………………………………………………………………… １１

第２章 新疆柔性基层沥青路面对交通及气候环境的适应性……………………… １３

２.１ 新疆大温差气候及交通环境和柔性路面结构参数的确定……………… １３

２.１.１ 新疆公路交通组成及交通荷载图式………………………………………… １３

２.１.２ 新疆的气候特点、气候分区及感温性材料参数…………………………… ２０

２.１.３ 新疆常用沥青路面结构及其特点…………………………………………… ２７

２.１.４ 拟定新疆柔性基层沥青路面结构及其特点………………………………… ２８

２.１.５ 路面材料参数的确定………………………………………………………… ２９

２.１.６ 级配碎石特性及其参数……………………………………………………… ３２

２.１.７ 力学指标分析………………………………………………………………… ３７

２.２ 新疆柔性基层沥青路面对交通荷载的适应性……………………………… ３８

２.２.１ 有限元模型的建立…………………………………………………………… ３８

２.２.２ 动载荷载图式对柔性基层沥青路面力学响应的影响……………………… ４０

２.２.３ 胎压对柔性基层沥青路面力学响应的影响………………………………… ４２

２.２.４ 动载高轴重胎压工况下柔性基层沥青路面的力学响应…………………… ４６

２.２.５ 新疆柔性基层沥青路面对动载的适用条件………………………………… ４９

２.３ 新疆柔性基层沥青路面结构对环境的适应性……………………………… ４９

２.３.１ 路基回弹模量对柔性基层沥青路面结构的影响…………………………… ４９

２.３.２ 柔性基层沥青路面对南疆高温地区的适应性……………………………… ５１

２.３.３ 柔性基层沥青路面对北疆寒冷地区的适应性……………………………… ６１

２.３.４ 柔性基层沥青路面对新疆大温差环境的适应性…………………………… ６８

２.３.５ 柔性基层沥青路面对新疆各区划环境的适应性条件……………………… ８４

２.４ 小结…………………………………………………………………………………… ８５

第３章 新疆柔性基层沥青路面结构的设计指标及影响因素……………………… ８７

３.１ 新疆全柔性基层沥青路面结构设计指标…………………………………… ８７

３.１.１ 新疆不同公路区划内沥青路面损害特征…………………………………… ８７

３.１.２ 基于剪切破坏的设计指标及影响因素分析………………………………… ９２

３.１.３ 沥青路面各设计指标敏感性分析…………………………………………… ９３

３.１.４ 全柔性基层沥青路面结构设计指标的确定………………………………… ９６

３.２ 新疆组合式基层沥青路面结构设计指标…………………………………… １００

３.２.１ 基于半刚性底基层开裂破坏的设计指标及影响因素分析………………… １００

３.２.２ 组合式基层沥青路面各设计指标敏感性分析……………………………… １０１

３.２.３ 组合式基层沥青路面结构设计指标的确定………………………………… １０５

３.２.４ 新疆柔性基层沥青路面设计方法…………………………………………… １０

３.３ 沥青层厚度及模量变化对拟定路面结构各指标的影响规律………… １１２

３.３.１ 沥青层受拉状态随沥青层厚度及模量的变化……………………………… １１４

３.３.２ 沥青层及级配碎石层剪应力随沥青层厚度及模量的变化………………… １１６

３.３.３ 半刚性基层拉应力随沥青层厚度及模量的变化…………………………… １２０

３.３.４ 路基顶面压应变随沥青层厚度及模量的变化……………………………… １２１

３.３.５ 沥青层模量及厚度参数推荐范围…………………………………………… １２３

３.４ 基层厚度及模量变化对拟定路面结构各指标的影响规律……………… １２３

３.４.１ 对路表弯沉的影响…………………………………………………………… １２４

３.４.２ 对沥青层拉应变的影响……………………………………………………… １２６

３.４.３ 对沥青层及级配碎石层剪应力的影响……………………………………… １２９

３.４.４ 对半刚性基层拉应力的影响………………………………………………… １３４

３.４.５ 对路基顶面压应变的影响…………………………………………………… １３５

３.４.６ 基层模量及厚度参数范围推荐……………………………………………… １３７

３.５ 路基回弹模量变化对拟定路面结构各指标的影响规律……………… １３８

３.５.１ 路基回弹模量对路表弯沉的影响…………………………………………… １３８

３.５.２ 对沥青层受拉和受剪的影响………………………………………………… １３９

３.５.３ 对级配碎石层剪应力的影响………………………………………………… １４０

３.５.４ 对半刚性基层拉应力的影响………………………………………………… １４１

３.５.５ 对路基顶面压应变及路表弯沉的影响……………………………………… １４２

３.５.６ 路基回弹模量合理参数推荐………………………………………………… １４３

３.６ 小结………………………………………………………………………………… １４４

第４章 基于新疆气候环境的柔性基层沥青路面结构优化……………………… １４６

４.１ 新疆Ⅰ区和Ⅱ区低温环境下柔性基层沥青路面的指标响应………… １４６

４.１.１ 沥青层厚度的变化对力学性能的影响……………………………………… １４６

４.１.２ 不同级配碎石层厚度下的力学指标………………………………………… １４９

４.１.３ 半刚性底基层厚度的变化对沥青层开裂的影响…………………………… １５２

４.２ 新疆Ⅲ区环境下柔性基层沥青路面的指标响应………………………… １５４

４.２.１ 级配碎石层厚度对力学指标的影响………………………………………… １５４

４.２.２ 半刚性底基层厚度的变化对力学指标的影响……………………………… １５９

４.３ 新疆Ⅳ区高温环境下柔性基层沥青路面的指标响应…………………… １６２

４.３.１ 车辙控制指标受沥青层厚度变化的影响规律……………………………… １６２

４.３.２ 车辙控制指标随级配碎石层厚度变化的规律……………………………… １６６

４.３.３ 半刚性底基层厚度的变化对车辙控制指标的影响………………………… １６９

４.４ 基于新疆不同区划的柔性基层沥青路面结构推荐……………………… １７２

４.５ 小结………………………………………………………………………………… １７５

第５章 新疆高速公路柔性基层沥青路面材料优化设计………………………… １７７

５.１ 级配碎石的应用状况及强度形成机理……………………………………… １７７

５.１.１ 级配碎石的应用状况………………………………………………………… １７７

５.１.２ 级配碎石强度形成机理……………………………………………………… １７９

５.２ 级配碎石基层的层位功能与适用性………………………………………… １８１

５.２.１ 级配碎石的层位功能特点…………………………………………………… １８１

５.２.２ 级配碎石材料的适用范围…………………………………………………… １８２

５.３ 新疆自然环境特点与碎石供应现状………………………………………… １８３

５.３.１ 自然环境特点………………………………………………………………… １８３

５.３.２ 碎石材料供应………………………………………………………………… １８４

５.４ 级配碎石原材料技术性能……………………………………………………… １８４

５.４.１ 原材料物理力学性能测试…………………………………………………… １８４

５.４.２ 原材料耐久性能测试………………………………………………………… １８５

５.５ 级配碎石材料级配优化设计…………………………………………………… １８７

５.５.１ 级配设计理论………………………………………………………………… １８７

５.５.２ 级配碎石设计指标的确定…………………………………………………… １８９

５.５.３ 基于逐级填充试验的级配碎石的级配设计………………………………… １９０

５.５.４ 骨架密实型级配碎石优化设计……………………………………………… １９５

５.６ 级配碎石的物理力学性能……………………………………………………… １９７

５.６.１ 力学性能……………………………………………………………………… １９７

５.６.２ 抗剪切性能…………………………………………………………………… ２０２

５.６.３ 抗永久变形能力……………………………………………………………… ２０６

５.７ 柔性基层材料设计指标及方法……………………………………………… ２０８

５.７.１ 级配碎石材料设计指标及要求……………………………………………… ２０８

５.７.２ 级配碎石材料设计方法……………………………………………………… ２１１

５.７.３ 新疆级配碎石设计流程图…………………………………………………… ２１２

５.８ 小结………………………………………………………………………………… ２１３

第６章 新疆级配碎石施工关键技术…………………………………………………… ２１４

６.１ 依托工程概况…………………………………………………………………… ２１４

６.１.１ 工程简介……………………………………………………………………… ２１４

６.１.２ 试验段路面结构……………………………………………………………… ２１４

６.２ 级配碎石生产配合比设计……………………………………………………… ２１５

６.２.１ 生产配合比初选……………………………………………………………… ２１５

６.２.２ 生产配合比物理力学性能…………………………………………………… ２１６

６.３ 新疆级配碎石压实控制指标与碾压方案…………………………………… ２１７

６.３.１ 散体材料压实理论…………………………………………………………… ２１７

６.３.２ 施工压实控制指标…………………………………………………………… ２１８

６.３.３ 施工压实机械选择…………………………………………………………… ２１８

６.３.４ 施工碾压方案确定…………………………………………………………… ２１９

６.４ 新疆级配碎石柔性基层施工工艺…………………………………………… ２２０

６.４.１ 施工前的准备工作…………………………………………………………… ２２０

６.４.２ 拌和技术要点………………………………………………………………… ２２０

６.４.３ 运输技术要点………………………………………………………………… ２２１

６.４.４ 摊铺技术要点………………………………………………………………… ２２２

６.４.５ 碾压技术要点………………………………………………………………… ２２３

６.４.６ 接缝处置要点………………………………………………………………… ２２３

６.５ 新疆级配碎石施工现场的质量控制………………………………………… ２２５

６.５.１ 原材料的现场检测…………………………………………………………… ２２５

６.５.２ 施工现场含水率检测及级配控制…………………………………………… ２２５

６.５.３ 压实度检测…………………………………………………………………… ２２７

６.５.４ 承载能力检测………………………………………………………………… ２２７

６.６ 小结………………………………………………………………………………… ２２８

第７章 推广应用前景……………………………………………………………………２２９

７.１ 经济效益分析…………………………………………………………………… ２２９

７.１.１ 寿命周期费用组成及分析方法……………………………………………… ２２９

７.１.２ 经济效益分析影响因素……………………………………………………… ２３１

７.１.３ 不同路面结构费用对比分析………………………………………………… ２３２

７.２ 社会环境效益分析……………………………………………………………… ２３８

７.３ 应用推广的前景………………………………………………………………… ２３８

粒料类柔性基层指的是由呈颗粒状的松散材料组成的基层.粒料是一种预测的密实的球体、圆柱形或其他形状的颗粒状模塑料。

粒料类柔性基层

granular material flexible base

粒料类材料，包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配碎砾石，以及泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等基层材料。

柔性基层　【flexible base】　采用热拌或冷拌沥青混合料、沥青贯入式碎石，以及不加任何结合料的粒料类等材料铺筑的基层。

例题:

题00329．以下基层属于粒料类柔性基层的有（A B D）。

A．级配砂砾

B．级配碎石

C．沥青碎石

D．级配砾石2100433B

本书旨在为从事公路设计与施工的工程技术人员提供柔性基层沥青路面设计、施工的基本指标、方法及相关参数，为工程实践提供技术参考。本书首先介绍了国内外高速公路柔性基层沥青路面发展概况，然后分别论证和介绍了新疆柔性基层沥青路面对交通及气候环境的适应性、新疆柔性基层沥青路面结构的设计指标及影响因素、基于新疆气候环境的柔性基层沥青路面结构优化方法、新疆高速公路柔性基层沥青路面材料优化设计、新疆高速公路级配碎石施工关键技术，最后对柔性基层沥青路面的推广应用前景做了简要论述。本书可供交通、市政及相关领域的工程技术人员参考，也可供科研院所、高等院校的师生等阅读参考。