基于水稳填充大粒径碎石的长寿命沥青路面结构应用研究.pdfVIP

摘要

摘要

为充分发挥公路经济效益与社会效益，研究发展长寿命沥青路面是必然趋势。

我国应用范围最广的半刚性基层沥青路面受反射裂缝影响的初期损坏十分严重，

有效防治反射裂缝是提高路面使用寿命的关键。水稳填充大粒径碎石材料在实际

应用中具有良好的抵抗反射裂缝效果，具有良好的推广前景。该材料的最大粒径

（4~6cm）超出了规范要求，现有的研究缺乏对该材料力学性能的尺寸效应探讨以

及该材料在实际路面结构中抵抗反射裂缝的具体机理阐述。

本文主要研究了水稳填充大粒径碎石材料的室内力学性能与尺寸效应影响，

探究水稳填充大粒径碎石材料用作基层时的路用性能与抑制反射裂缝机理，并进

行沥青路面使用寿命预测，从而验证水稳填充大粒径碎石基层沥青路面结构作为

国省干线公路长寿命路面结构的有效性。

首先确定了水稳填充大粒径碎石材料的组成设计方案，并对其进行了力学性

能和温缩性能测定。然后利用Abaqus建立了三维数字试件模型，发现随着试件尺

寸的增大，水稳填充大粒径碎石与水泥稳定碎石的抗压强度均不断提升，当立方体

试件棱长为300mm时，水稳填充大粒径碎石与水泥稳定碎石的抗压强度比值达到

了0.92，验证了水稳填充大粒径碎石材料在路面结构中符合承载能力要求。

其次利用Abaqus建立了细观-宏观相结合的带预设裂缝的二维路面结构有限

元模型，通过顺序热力耦合分析方式，研究了偏荷载与极端变温条件耦合作用下的

基层裂缝扩展过程，并提出了由宏观裂缝损伤占整体非线性损伤比例而定义的裂

缝扩展评价指标DF，与裂缝平均宽度、裂缝分形维数和面层层底拉应变的相关系

数R2分别为0.92、0.83和0.93。

接着基于耗散能变化率推导了周期性荷载作用下的沥青路面蠕变-疲劳交互作

用损伤方程，对沥青路面进行了使用寿命预测，通过计算得出，在预设底基层贯穿

裂缝与施加偏荷载条件下，水稳填充大粒径碎石基层的路面使用寿命（19.07年）

远大于常规水泥稳定碎石基层结构（3.76年）。此外还通过设计正交试验，结合灰

色关联度分析，推导出各结构参数对面层使用寿命影响程度依次为面层厚度＞层

间摩擦系数＞面层模量＞底基层模量＞底基层厚度。

最后对水稳填充大粒径碎石基层沥青路面典型结构进行结构设计指标验算，

并提出了不同等级交通荷载情况下的路面结构优化方案。并结合长期检测数据，通

过全寿命周期建养成本对比分析，论证了水稳填充大粒径碎石基层沥青路面具有

更好的经济效益和推广前景。

关键词：长寿命路面；内聚力模型；裂缝扩展

I

ABSTRACT

Abstract

Tofullyleveragetheeconomicandsocialbenefitsofhighways,itisaninevitable

trendtoresearchanddeveloplong-lifeasphaltpavement.Thesemirigidbaseasphalt

pavementwiththewidestapplicationrangeinChinaisseverelydamagedintheinitial

stageduetoreflectioncracks.Effectivepreventionandcontrolofreflectioncracksisthe

keytoimprovingtheservicelifeofthepavement.TheFilledLargeStonewithCement

StabilizedMacadammaterialhasgoodresistancetoreflectioncracksinpractical

applicationsandhasgoodpromotionprospects.Themaximumparticlesize(4-6