摘要
近年来，我国大部分早期修建的水泥混凝土路面已经接近甚至超过设计年限，并且那些未达到设计年限的也因为交通量和轴载的迅速增加出现断板、板边板角碎裂、错台、脱空等病害。目前工程上常用的旧水泥混凝土修复技术是加铺沥青层，该措施可以改善水泥混凝土路面的平整度，延长路面的使用寿命，但是水泥混凝土路面加铺沥青层仍存在反射裂缝和车辙等病害。基于此，本文通过离散元数值模拟、室内试验验证两种技术手段研究沥青加铺层反射裂缝和车辙的力学响应指标与沥青加铺层厚度、层间粘结强度之间的关系。 首先，基于EDEM离散元软件，采用Hertz-Mindlin模型描述沥青稳定碎石层材料颗粒间的粘结作用，采用LinearCohesion模型刻画水泥混凝土板与加铺沥青稳定碎石层间的粘结效果，最终构建了既有水泥混凝土板加铺沥青稳定碎石层的离散元模型，并通过加铺路面结构设置不同层间粘结材料的室内直剪试验，确定了加铺路面结构EDEM离散元仿真的模型参数，得到了不同层间粘结材料下进行离散元模拟时的层间黏附能量密度值。 其次，对水泥混凝土路面加铺沥青层存在的反射裂缝、车辙破坏进行了离散元模拟，并且分析了其与沥青加铺层厚度、层间粘结强度之间的关系。分别分析了在弯拉荷载、剪切荷载、温度荷载作用下离散元模型这两种病害的力学响应指标，采用了沥青加铺层裂缝尖端张开位移、裂缝扩展速率来评价沥青加铺层的反射裂缝破坏，采用了沥青加铺层表面左中右三点的竖向位移评价沥青加铺层的车辙变形。根据模拟结果建议沥青加铺层厚度为80~100mm，层间粘结强度为0.97MPa以上。 最后，对水泥混凝土加铺沥青层反射开裂进行室内试验，并提出了相应的评价方法。为了在试验中评价水泥混凝土加铺沥青层反射开裂规律，制备了水泥混凝土加铺沥青稳定碎石小尺寸试件，并且开发了一套测量混凝土开裂裂缝宽度的设备。采用UTM设备分别对试件进行弯拉加载、剪切加载、模拟温度加载，得到不同层间粘结强度和不同沥青加铺层高度下，沥青加铺层裂缝尖端张开位移和扩展速率。根据室内试验研究结果得知在弯拉或剪切荷载作用下，沥青加铺层越厚，沥青加铺层使用寿命越长；而层间粘结强度越大，主要起到减小沥青加铺层裂缝尖端扩展速率的作用，但是最终产生的张口位移相差不多，因此层间粘结强度较大并不能延缓沥青加铺层的开裂。在早期温度荷载作用下，层间粘结强度越大，沥青加铺层裂缝尖端张开位移较小；当荷载作用时间较长时，沥青加铺层裂缝尖端张开位移基本一致，因此不同层间粘结强度下沥青加铺层的疲劳作用次数相差不大。为了在早期能够减小沥青加铺层的裂缝尖端张开位移，建议层间粘结强度大于0.97MPa。
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