[发明专利]沥青路面永久变形评估方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种沥青路面永久变形评估方法，尤其是涉及一种基于分层分区叠加原理的沥青路面永久变形评估方法。

背景技术

沥青路面的永久变形直接影响到沥青路面的使用寿命，也涉及到沥青路面的设计和施工。根据不同的使用条件（如：荷载、荷载频率和使用年限等）设计不同的沥青路面，即可减少建设成本，又可有效利用资源。然而，要做到根据使用条件设计沥青路面，就必须对沥青路面在预计使用条件下的永久变形有较为准确的评估，并根据沥青路面永久变形的评估进行设计。另外，还可根据沥青路面永久变形的评估结果，制定沥青路面的保养和维修计划，延长沥青路面的使用寿命。

目前，根据建立评估模型时依据的理论和数据的不同，国、内外评估沥青路面永久变形的基本方法可分为经验法、力学-经验法和理论分析法等三大类。

经验法是根据统计学理论，以试验路段的大量观测数据为基础，结合通过室内试验得到的沥青混合料层的永久变形与荷载、材料特性的关系对沥青路面在不同荷载长期反复作用下产生的永久变形进行评估。经验法具有针对性较强、可靠度较高等特点，但同时存在较大的局限性。在实际环境与研究或试验条件的较为一致的情况下，其评估结果较为可靠，一旦实际环境发生改变，则评估结果的可靠性较差，因而，其适用范围受到限制。

与经验法相比，力学-经验法在一定程度上减小了使用范围的局限性，在通用性方面有了改善。力学-经验法通常先采用弹性层状体系理论或粘弹性层状体系理论得到沥青路面应力与位移的关系，再结合室内、外的相关试验，统计出沥青层的永久变形与路表弯沉、材料性能参数及荷载之间的关系，进而对沥青路面的永久变形进行评估。力学-经验法考虑了路面的整体效应，但所应用的力学模型不尽合理，有些模型参数的确定较困难，也未得到广泛应用。

理论分析法是以层状弹性体系理论或粘弹性体系理论为基础，对路面体系内的应力进行分析和计算，并利用路面沥青混合料永久变形与应力的关系对沥青路面的永久变形进行评估。理论分析法又分为层应变法、粘弹性理论法和有限元法等三种。粘弹性理论法相对较为完善，使用粘弹性理论评估沥青路面的永久变形要比层应变法的评估结果精确，粘弹性理论法在理论上更接近沥青材料的实际粘弹特性，然而，由于材料的粘弹行为无论在理论上还是在当前常用的材料测试方法上均难以准确把握，因此，粘弹性理论法的评估精度还有待于进一步提高。另一方面，随着计算机技术的高速发展，沥青路面永久变形的评估方法已从弹性层状体系的解析法发展到有限元数值法，借助有限元工具，预估精度相对提高，成为目前沥青路面永久变形评估的常用方法。

发明内容

为克服现有技术沥青路面永久变形评估方法存在的评估结果的可靠性较差、模型参数的确定较困难和评估精度还有待于进一步提高等问题，本发明提出一种沥青路面永久变形评估方法。本发明沥青路面永久变形评估方法将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据下式对沥青路面永久变形进行评估：

                      （1）

式中：                                               为沥青路面的永久变形量，单位：；

为沥青路面温度划分区间数，取值范围为3－6；

为沥青路面划分亚层数，取值范围为4－30；

为沥青路面第亚层厚度，单位：，取值范围为5－30；

为沥青路面第亚层的平均偏应力值，单位：；，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得；

为沥青路面第亚层的变形量，，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得。

进一步的，本发明沥青路面永久变形评估方法沥青路面第亚层的平均偏应力值，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得，具体步骤包括：

① 根据拟评估高速公路的路面结构实际情况，基于有限元ANSYS软件建立路面结构三维有限元计算模型，并沿竖向按照一定的深度间隔将沥青路面划分为个亚层，，其中，沥青层按照每层5－30的间距进行划分，基层、底基层、土基层的亚层间距可增大至每层300mm；

② 根据沥青路面所处地区的年实际温度情况，将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；