论文总字数：30041字

摘 要

论文作者签名： 姜 浩 导师签名： 倪富健 日期： 2018年5月30日

路基不均匀沉降对路面结构影响分析

21714120 姜 浩

指导老师 倪富健

摘要

路基不均匀沉降会导致路面病害的产生，这在道路运营期间是很常见的现象。我国的道路与路面工程设计主要是根据交通荷载等级来进行，并考虑气候条件和降水量的影响，但是对于路基不均匀沉降的影响缺乏深入考虑。为了减少路基的不均匀沉降带来的路面结构损坏、优化不同路基上路面结构的设计、提高沥青路面的使用寿命，本文将进行路基的不均匀沉降对沥青路面结构影响的研究与分析。

本文主要是根据江苏省沿海高速公路的沉降监测工程，结合沉降观测报告，选取合适的路基不均匀沉降差值。主要的研究手段为ABAQUS有限元软件，结合江苏省典型高速公路路面结构建立层状有限元模型。再分别在两侧沉降、一侧沉降和中心沉降三种路基不均匀沉降形式下进行模型的运行，根据运行结果数据分析来确定路面结构参数和不均匀沉降差值的影响。总结处沥青路面结构层在路基发生横向不均匀沉降下的力学响应规律，从而更好地指导设计与施工。

关键词：路基不均匀沉降、路面结构、有限元软件、数值模拟、影响分析

Analysis of the influence of subgrade uneven settlement on pavement structure

21714120 Jiang hao

Supervised by Ni fujian

ABSTRACT

Uneven settlement of subgrade will cause pavement distress, which is a common phenomenon during road operation. The road and pavement engineering design of our country is mainly based on the grade of traffic load, and the influence of climate conditions and precipitation is considered, but the influence of the subgrade uneven settlement is not considered in depth. In order to reduce the damage of pavement structure caused by uneven settlement of subgrade, optimize the design of pavement structure on different subgrade and improve the service life of asphalt pavement, this paper will study and analyze the influence of uneven settlement of subgrade on the structure of asphalt pavement.

This article is mainly based on the settlement monitoring project of the Coastal Expressway in Jiangsu Province, and choose the appropriate differential settlement of the subgrade combined with the settlement observation report. The main research method is ABAQUS finite element software. Combined with the typical expressway pavement structure in Jiangsu Province, a layered finite element model is established. Then the model is run under the different settlement of three subgrade settlement, including one side settlement and central settlement. The influence of the pavement structure parameters and the difference of uneven settlement is determined according to the data analysis of the operation results. Summarize the response law of asphalt pavement structure layer under uneven settlement of subgrade, so as to better guide design and construction.

KEWORDS: different settlement of subgrade, pavement structure, finite element software, numerical simulation, influence analysis

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究内容 2

1.4拟采用的研究方法和技术路线 3

第二章 路基不均匀沉降 4

2.1路基沉降机理 4

2.1.1土体固结 4

2.1.2土体的沉降组成 4

2.2路基沉降的计算 5

2.2.1分层总和法 5

2.2.2应力历史法 5

2.2.3利用实际沉降观测推算后期沉降量（经验法） 5

2.3江苏省沿海高速公路实际沉降观测与分析 6

2.4本章小结 8

第三章 路面层状结构有限元模型的建立 9

3.1有限元法的基本力学原理 9

3.1.1最小势能原理 9

3.1.2最小余能原理 10

3.1.3有限元法求解问题的基本步骤 10

3.2路面层状结构模型的建立 11

3.2.1路面结构模型几何尺寸 11

3.2.2路面结构层的本构关系 11

3.2.3单元划分类型 13

3.2.4路面结构材料 13

3.2.5边界条件 13

3.2.6加载方式 13

3.3本章小结 14

第四章 沥青混凝土路面结构层接触模拟分析 15

4.1ABAQUS中的接触对与内聚力模型 15

4.1.1接触对 15

4.1.2双线性内聚力本构模型 15

4.2不考虑接触的模型及分析结果 16

4.2.1截面材料属性及结构层厚度 16

4.2.2网格划分 16

4.2.3位移函数文件的选取 17

4.2.4模型运行结果 17

4.3考虑面层与基层间的接触 17

4.3.1层间接触模型图 18

4.3.2运行结果 18

4.4模型结果数据对比分析 18

4.5本章小结 20

第五章 路基中心沉降对路面结构的影响 21

5.1路基中心沉降引起的路面结构相应 21

5.1.1模型沉降函数 21

5.1.2模型运行结果图 22

5.2各个结构层材料的模量影响分析 23

5.2.1上面层模量 23

5.2.2中面层模量 24

5.2.3下面层模量 26

5.2.4基层模量 27

5.2.5结果整理 28

5.3各个结构层厚度影响分析 29

5.3.1上面层厚度 29

5.3.2中面层厚度 30

5.3.3下面层厚度 32

5.3.4基层厚度 33

5.3.5路面结构层厚度结果整理 35

5.4不均匀沉降量的影响 35

5.5本章小结 37

第六章 路基两侧或一侧沉降对路面结构的影响 38

6.1路面结构层模量影响分析 39

6.1.1上面层模量 39

6.1.2中面层模量 40

6.1.3下面层模量 41

6.1.4基层模量 43

6.1.5路面层模量影响结果整理分析 44

6.2路面结构层厚度 44

6.2.1上面层厚度 45

6.2.2中面层厚度 45

6.2.3下面层厚度 45

6.2.4基层厚度 46

6.2.5路面层厚度影响结果整理 46

6.3不均匀沉降差值 47

6.4 本章小结 47

第七章 结论和展望 48

7.1结论 48

7.2不足和展望 48

参考文献 49

致 谢 52

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

路基作为公路工程建设的基础，对公路的质量有着直接的影响。我国的道路交通网络虽说发达，但是超载现象十分严重，普通的基层材料不足以支撑庞大的交通量，所以我国高等级公路的基层形式大多为半刚性基层。半刚性基层的使用有利也有弊，它的承载能力强，但是它的协同变形能力较差，即路基不均匀沉降可能会导致路面结构层中产生复杂的应力状态。过大的路基不均匀沉降导致的危害有^[1]：路基整体或者部分下沉，或者出现滑动；路面开裂破坏；路面平整度降低。

路基发生不均匀沉降直接的原因是路基土的残余变形逐渐累加，而累加的速率不一致从而形成同一条水平线上的差异沉降。而导致残余应变的原因有两个：一是交通荷载的压实作用；二是土体本身的固结作用。路基的不均匀沉降会直接导致路面结构层产生附加应力，当应力过大就会造成路面的损坏^[2]。路基不均匀沉降在路面结构中引起的应力状态是极为复杂的，传统的计算方法不仅费时费力，而且具有很大的局限性。

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