基于各向异性碎石基层沥青路面设计理论的研究

国内外较多的试验证明碎石材料具有明显的各向异性，而现行的沥青路面设计理论还基于各向同性理论，由此带来的是碎石基层沥青路面结构设计的不安全性，较易造成沥青路面的车辙和疲劳破坏。由于基于各向异性的路面设计理论还未建立起来，因此严重影响了它的推广与应用。本项目将在充分研究国内外已有的碎石基层材料各向异性试验数据的基础上，利用状态空间理论及矩阵转换法，对基于各向异性的碎石基层沥青路面设计理论进行深入的探讨与分析，建立起可以考虑层间接触情况的各向异性设计理论。在对现有的国内外沥青路面设计指标研究的基础上，提出适合我国的路面关键性设计指标。在考虑碎石材料的各向同性、各向同性非线性、各向异性、各向异性非线性等特性的基础上，筛选出较为切合实际的材料模型，从而研究碎石材料各向异性参数变化对关键性设计指标的影响，提出碎石材料各向异性修正系数，可以在不改变现有各向同性设计理论的基础上，直接用于沥青路面设计中。

碎石材料的各向异性特性已被一些实验所证实，而大多数的沥青路面设计理论还基于各向同性，由此带来的是路面设计的不安全性。本研究基于各向异性理论及状态空间方法等，建立了能够考虑层间接触模型的各向同性、横观各向同性的统一沥青路面设计理论，并结合国内外主流的沥青路面设计指标，提出了新的适合我国的新指标。编制了基于统一理论模型的设计程序，探讨了含碎石层的沥青路面表面的弯沉修正系数。此研究对于完善沥青路面设计理论具有一定的现实和理论意义。. 1、通过变化薄层横观各向同性体的垂直向剪切模量，可以形成新的层间接触模型，简化碎石层的“分层”材料模型，分别可以得到材料的各向同性线性、各向同性非线性、横观各向同性线性和非线性的统一模型，基于状态空间理论等建立了新的沥青路面设计理论，并编制了相关程序；.2、提出了路表弯沉反映路面结构整体强度、沥青层底拉应变反映沥青路面疲劳破坏、路基顶部压应变反映车辙破坏的综合沥青路面设计体系；.3、对于含碎石垫层和倒装式沥青路面的表面弯沉修正系数进行了系统研究，得到了土基强度、沥青层厚、碎石层强度及厚度在各向异性特性影响下的路表弯沉修正值；.4、对碎石基层沥青路面的结构研究，影响其破坏的主要指标为路基顶部的压应变，而路表弯沉反而影响就少，故在此未与讨论，这也反映了路面设计指标多样性的益处。