【博士】基于FWD的半剛性基層瀝青路面模量參數(shù)反演及校正方法研究【2009】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學交通運輸工程學院　　學位年度： 2009年　　隨著落錘式彎沉儀(FWD)檢測設備的逐漸普及，路面結構參數(shù)(模量)的反分析問題已經(jīng)成為了路面結構性能評價中最為關鍵的技術之一。當前，世界各國對之進行了深入研究，一些代表性的研究成果已在國內(nèi)外工程中得到廣泛應用。然而，已有路面結構層模量參數(shù)的反演理論和方法基本上是以多層彈性連續(xù)體系模型和擬靜力分析方法為基礎，忽略了FWD測試荷載的動力效應以及層間非連續(xù)的接觸行為，且針對模量參數(shù)反演結果缺乏系統(tǒng)有效的校正分析方法，進而導致反演結果難以客觀地表征路面各結構層的實際性能狀況，上述問題在我國高等級公路常用的半剛性基層瀝青路面更顯突出，這極大阻礙了FWD測試技術在我國的推廣和應用?！　”疚脑诨仡櫩偨Y國內(nèi)外已有研究成果基礎上，通過資料調(diào)研、理論與數(shù)值分析、室內(nèi)外試驗等技術手段，遵循“模量反演理論基礎-模量反演分析-反演結果校正-工程應用(承載能力評價)”的研究主線，以滬寧高速(上海段)拓寬工程為依托，對基于FWD測試技術的半剛性基層瀝青路面模量參數(shù)反演及校正分析方法進行了深入系統(tǒng)研究，并對模量參數(shù)在路面結構承載能力評價中的有效應用進行了系統(tǒng)分析，主要研究成果包括以下幾個方面：　　(1)基于半剛性基層瀝青路面力學響應分析的有限元模型，探討了其在動靜FWD荷載作用下的力學響應規(guī)律，以及瀝青面層與半剛性基層層間接觸狀況對路面結構動力響應的影響，揭示了進行結構層模量參數(shù)反演應充分考慮測試荷載的動力效應以及層間實際接觸狀況的必要性。同時通過對比分析完好與裂縫破損路面結構的路表動態(tài)彎沉盆分布規(guī)律的差異，提出了可用于結構層模量反演分析的有效彎沉盆測試數(shù)據(jù)的篩選方法，消除了變異性FwD測試彎沉數(shù)據(jù)對反演結果的影響，進而為利用FWD測試技術，進行半剛性基層瀝青路面模量參數(shù)反演奠定了基礎。　　(2)針對我國高等級半剛性基層瀝青路面的常用組合形式及結構層參數(shù)取值范圍，利用已建立的路面結構動力響應分析的有限元模型，構建了彎沉盆參數(shù)指標與各結構層模量的對應數(shù)據(jù)庫，并在進行兩者之間相關性分析基礎之上，分別利用多元線性回歸分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡方法，建立了結構層模量反演分析模型。工程實踐應用表明所建的兩種模型能夠有效、可靠地反演半剛性基層瀝青路面的各結構層模量，相比而言，回歸模型具有概念清楚、形式簡單、便于工程應用的優(yōu)點：BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型由于考慮到了結構層模量反演分析中的多變量、強耦合、非線性等特點，進而理論彎沉盆與實測彎沉盆之間的擬合度較高?！　?3)由于模量反演分析模型與路面實際工作狀態(tài)存在偏差(如受力特征、溫度濕度條件、層間接觸狀態(tài)、結構層材料非線性等)，導致基于理論模型的反演結果難以客觀反映既有路基路面實際性能狀況，為此從溫度、層間接觸狀態(tài)以及應力-濕度耦合狀態(tài)三個角度，分別提出了面層模量、基層模量以及路基模量反演結果的校正方法，進而為準確評價既有路基路面各結構層的性能狀況提供了依據(jù)。　　(4)以模量參數(shù)的校正分析結果為基礎，充分考慮到半剛性基層三階段的性能演化規(guī)律及瀝青面層與基層模量的疲勞衰變規(guī)律，以應力應變?yōu)榭刂浦笜耍岢隽税雱傂曰鶎訛r青路面剩余壽命預估的改進方法。依托工程分析表明，相比于傳統(tǒng)結構承載能力評價方法，改進方法充分考慮了各結構層的性能狀況，預估結果更為合理可靠，且為最大限度地利用老路結構殘值提供了依據(jù)?！　”疚难芯砍晒麨檫M一步推廣FVFD測試技術在半剛性基層瀝青路面結構性能評價中的廣泛應用，提供了理論和實踐依據(jù)，進而為公路改擴建工程合理制定路基路面利用與處治對策，提供了技術保障。　　

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