各向异性路面结构力学行为及其参数智能反演研究

Subgrade and pavement materials, such as gravel and asphalt mixed material, etc., are anisotropic properties. The influence of this material's anisotropic properties on pavement structure behavior is unclear so far. Currently, the pavement structural design and analysis based on isotropic elastic system has obvious limitations. In the project, based on the anisotropy of the material system, the static and dynamic pavement structure computing model are established on the transversely isotropic material, and the corresponding calculation is given. Under various loads, the study shows the influence law of the anisotropic properties of the subgrade and pavement materials on pavement structure behavior. The failure mechanism and impact of anisotropic characteristics of the subgrade and pavement materials on road performance is revealed. The project establishes the positive operator model and calculation method of pavement structural dynamic response of transversely isotropic materials, and proposes the transversely isotropic parameter intelligent inversion method on gene expression programming algorithm. Through the research, the project is expected to reveal the law of the anisotropy factors on the performance of pavement structure. The study can correct or guide the design of the pavement structure and pavement evaluation, and provides valuable theoretical guidance to explain the pavement structure failure mechanism. So, this research has important academic significance and value of the engineering.

碎石和沥青混凝土等材料具有各向异性特性，这种材料各向异性对路面结构行为的影响机理尚不清楚，目前基于各向同性弹性体系理论的路面结构设计和分析具有明显的局限性。本项目将考虑路基路面材料的各向异性特性，建立基于横观各向同性材料的路面结构的静、动力学计算模型并提出相应的计算方法，研究各种荷载下路基路面材料各向异性特性对路面结构行为的影响规律，揭示路基路面材料的各向异性特性对路面性能的影响及破坏机理，建立横观各向同性材料的路面结构动力响应正算模型和计算方法，并提出基于横观各向同性路面结构参数智能反演方法。通过本项目的研究有望揭示材料各向异性因素对路面结构性能的影响规律，为修正或指导路面结构设计和路面评价，解释路面结构破坏机理研究提供有价值的理论指导，具有重要的学术意义和工程价值。

路基、碎石基层和沥青混凝土等材料具有各向异性特性，这种材料各向异性对路面结构行为的影响机理尚不清楚，目前基于各向同性弹性体系理论的路面结构设计和分析具有明显的局限性。本项目分别采用解析法和数值分析法研究了基层、路基及面层等材料的各向异性对沥青路面结构在静荷载和动荷载作用下的力学行为特性，分析了各层材料的各向异性对路面结构的寿命的影响规律，揭示了路基路面材料的各向异性特性对路面性能的影响及破坏机理。建立了横观各向同性材料的路面结构动力响应模型，并提出了采用神经网络等智能方法对面层各向异性参数进行反算。考虑到车辆荷载的水平荷载特性，采用有限元研究了水平荷载时材料的横观各向同性对路面弯层底拉应力和土基顶面压应变等指标的影响规律。同时，分析了各向同性时路面结构的最大剪应力特性。采用基因表达式编程方法对沥青混合的材料性能进行了预测，建立了沥青混合料和掺RAS的再生沥青混合料的动模量的基因表达式，可为沥青混合料设计和路面设计服务。考虑到面层材料的各向异性特性，研究了沥青混合料的横观各向异性特性对加铺路面结构的力学行为影响规律，并考虑了层间接触特性及水平荷载等的影响。考虑到层间接触对各向异性路面结构的影响，提出了神经网络反算路面结构接触状态的反算模型。通过本项目的研究，揭示了材料各向异性因素对路面结构性能的影响规律，为修正或指导路面结构设计和路面评价，解释路面结构破坏机理研究提供有价值的理论指导，具有重要的学术意义和工程价值。