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1、松散路基的力学性能测试Kornl ALMSSY道路与铁道工程匈牙利布达佩斯技术与经济大学 H-1521 收稿日期：9月5日，2001 摘要 下列文件介绍了对“薄沥青”路面结构未绑定的颗粒状基地的行为的研究。该报告介绍了非结合颗粒材料，在其弹性模量测定和永久变形，特别是关于和未结合基地的正常材料特性的机械和实用性能。为了应对非线性特性，机械特性可以通过有限元模型的计算机程序检查。 为了使网络最终结果的用户友好的，更明智去巧妙地利用普遍接受的线弹性的方法。这项研究的目的是研究如何粒状层的线状弹性建模的误差可以尽可能地规避。在第二阶段的临界应力和应变与材料特性相关，便于测量参数表面去佛罗里达州ect
2、ions和层的厚度。这些关系形成预测模型的开发的薄沥青路面公路绑定结构基地评价的基础。在这项研究中阐述了以下主题将是： 关键词：薄沥青，颗粒未绑定的基础上，非线性行为，永久变形，挠度，落锤德FL ectometer（FWD）。1. 引言1.1。概述未结合的粒状材料可以在几乎任何道路路面结构被应用，当它被用作高速公路的基础上，或作为低容量道路的位置。 因此，这是非常重要的，了解一下它的行为。此基体的主要功能是减少由TRAF音响C引起的垂直压缩应力，在副底座和路基，以在该没有不可接受的变形将发生在这些层的水平。本研究着重于基础的应力相关，是结构的最有趣，最有意义的部分。它提出未结合的粒状物的特别强
3、调其弹性模量和永久变形，这是由未结合的碱的适当的材料特性来实现的确定的机械和实用性能。Kenlayer的三层模型的开发是为了调查未结合的碱的机械和材料性质。该模型是由计算机程序Bisar3PC和美国软件Kenlayer测试。对于非线性行为进行细粒度的基础造型，Kenlayer提供了极好的机会，在不使用的那一刻匈牙利路面设计程序。2. 落锤挠度测试2.1。简介公路和航空场路面结构的许多评估程序使用的落锤德FL ectometer（FWD）无损德的一个关键要素挠度测试（NDT）。原则上，测量可在所有类型的路面（沥青混凝土，水泥混凝土和块铺路）应用。该FWD可以模拟移动的卡车车轮负载。在FWD测试的
4、冲击载荷应用到人行道上。通过落锤去佛罗里达州ections测量手段，可以判断路面及路基的承载能力的结构状况。2.2。感兴趣的领域该FWD可以在公路和航空场路面结构的路面人生各个阶段的使用： 在道路基测试或在建粘合剂过程提供了总的沥青层的所需的厚度更准确的结果。 在服务的道路测试允许残留路面的使用寿命和适当的维护和恢复措施的决心评估。 无损挠度测试是很重要的设置维护方案进行路面养护（路面管理系统PMS）。通常情况下，FWD是在项目级别评估结构状况应用，但它也可以用来在网络层面来评估所有道路的状况。2.3。在测量2.3.1 应用该FWD是一个拖车式装置，提供了一个动力的冲动在人行道上。测量的原理是
5、很简单的。该设备将使用提升到一个给定的高度与引导系统，然后下降到人行道上脚板休息的权重。挠度传感器用于记录在路面的表面上垂直位移。这些德FL ections用于backcalculate层模块，并确定临界应变和应力进行维修，改造，和未来的设计。这需要在层的厚度和材料属性的附加数据。TRAF科幻计数和轴重信息提供对残余结构路面的使用寿命基本数据。在insuf科幻cient剩余寿命的情况下，强化措施的类型和厚度可被计算。通常，这种增强可以转化为取决于覆盖层厚度，材料的再利用和估计TRAF音响C加载和强度维持和重建的措施。2.3.2 关于装置大多数FWDs，其中由以下三个主要的供应商制造的： DYN
6、ATEST（丹麦） 卡尔兄弟路面顾问（原PHONIX，丹麦） KUAB（瑞典） 他们一起控制世界市场的95以上。 图 1 给出了测量的示意性图像。图。1 。测量的原理图图象落锤撞击安装300 mm的圆脚盘，其传递的力路面一套橡胶缓冲器。薄带肋橡胶垫总是安装在底板下。Kenlayer通过改变质量的下降高度或两者，冲动负载可以变化。此负载可以为10kN之间变化，以140千牛进行常规类型的FWD的，但在某些情况下，可能上升到300千牛顿。六至九个月挠度传感器（在DYNATEST地震检波器的情况下使用）测量所造成的冲击性负荷的表面去佛罗里达州ections。 的第一个挠度传感器总是装在装载板的中心，而
7、其余的被定位在不同的空间距离高达2.5米的负载中心。 从所有德FL ections记录，峰值被存储和显示。装载板和地震检波器光束的升降后，整个安装可移动到下一个测量点。3. 在型号路面结构3.1 维度这种路面结构的力学行为是使用多层模型研究。 我分结构模型成两层，第一个是在沥青层，第二是它被细分为5次层（A，B，C，D和e）的基体层，并且第三 个是路基（参见图 2 ）。 、负载（落锤） 图。2 。维度结构潜行在路面的负荷是一个典型的FWD负荷。在底座上的5子层的想法将在本章中详细阐述。3.2 负载因为它是为使用研究改进FWD数据的分析的结果的目的，该模型中的负荷是一个FWD负载的模拟。负荷设定
8、在50千牛用直径300mm的圆形接触区。该负载不仅类似于（在峰值计）的FWD负荷，而且还与100千牛顿的轴重宽基胎的。3.3 沥青层穿着和结构的沥青基不是分别建模。只有厚度和总的沥青层的劲度模量是变化的。以下的厚度，使用1毫米，40毫米80毫米和100毫米。1mm的情况下，是典型的密封基地。沥青层劲度模量设定为2500兆帕，5000兆帕和10000兆帕。泊松比是连接在固定的0.35。3.4。基本层3.4.1 关于未绑定粒料基层材料基底层是本研究的最重要的部分。该层发送装载到路基，所以基起着在“力 - 游戏”一个非常严重的作用。在这项研究基地由绑定颗粒状材料，可从广泛的来源： 常规的一次基层材料
9、和天然砂砾 再生基层材料和碎瓦砾 沙滩 红土 只有前两种类型在这项研究中考虑。 3.4.2。基反应模型未绑定的粒状物料呈现压力依赖性反应。一般越应力施加，在该层中的较硬的材料将作出响应。各种型号Kenlayer提供可以描述这种压力相关的行为。下面的模型主要用于，因此在本研究中的应用。材料常数 1 和 2 来自以下方程，它描述了刚度和应力之间的关系：Mr = k1 (/0)k2 .（1）含义： Mr =弹性模量（千帕） =主应力的总和（千帕） 0 =基准应力（1千帕） 1 =材料参数（MPA） 2 =材料参数（ - ）适当使用这种模式，就要使用一个路面模型，将允许既在垂直和水平方向的刚度的变化。
10、只有有限元方法能够解决这个问题。由于在垂直方向上的变化可以仅满足很好在这项研究中所确定的目标，也可以使用其他的方案。Kenlayer是这样的程序。下图显示了所使用的材料及其 1 和 2 的值。的层厚度被设定在150毫米250毫米和350毫米。材料 1 2粉碎砖石/混凝土 22.6兆帕 0.44 碎石瓦砾 36.1兆帕 0.34 碎石砌筑 6.3兆帕 0.49 石灰石 37.7兆帕 0.45 3.5 路基路基被建模为自由直弹性材料制成的半半空间。这涉及到刚性也不会很大深度。这允许刚度特性的简化网络连接阳离子和用于路基使用线性弹性模型的。下面刚度模量，使用50，100和200兆帕。泊松比被设定为0
11、.35的恒定值。4. 在使用软件4.1。KenlayerKenlayer是美国的计算机程序，因此能够以得到单位英寸和帕普西或间，千帕和千牛。SI单元在该研究中使用。Kenlayer可以应用于下单，双，双串联分层系统，或双型Tridem车轮每一层表现不同，无论是线性弹性，非线性弹性，或粘弹性的。最大19层和24负载组被允许在此程序 3 。 4.2。模拟颗粒层众所周知，大多数颗粒状物料不能采取任何紧张。不幸的是，当它们被用作碱或底基层上较弱的路基在这些材料的中间或底部的水平应力是最有可能在张力。有两种方法在Kenlayer被纳入了非线性分析。在方法1中，非线性颗粒层被细分成若干层，在各层的midd
12、epth的应力被用来确定的模量。如果水平应力，包括地压应力，为负或处于张力，它被设置为0。此应力改性音响阳离子必须避免负 。在方法2中，所有的颗粒材料被认为是一个单一的层和适当的点，通常在上区和层的上三分之一之间选择来计算弹性模量。因为在层的上部的点的，负的机会 是罕见的，所以不需要应力改性音响阳离子。如果 原来是负数，任意或最小模（EMIN）分配。5. 设计模型用于颗粒状路面基层永久变形预测5.1 模型的背景5.1.1 模型的起源南非机理设计方法（SAMDM）和路面设计的某些其它部件已经被广泛地开发了在过去的几十年。南非的研究工作，以确定一个简化的机械设计方法已持续自1974年以来。该方法包
13、括路面结构设计（材料和路面状况，设计TRAF网络C，所需的服务水平，等等）的整个场。这个概念还参与了路面寿命预测。设计模型已经开发了用于路面结构的每个相符层。现在，在此研究中，我们只对未结合的粒状基础层感兴趣。该过程与负载和材料特性鉴定开始关闭。南非标准设计负载在两个轮胎和520千帕的均匀接触压力的中心之间350毫米间距40千牛双轮负荷由于允许在公共道路上的80千牛法律轴重。提供了用于粒状基础层的唯一标准是，工作应力应限于静态剪切强度或安全的工作应力的70应该由重复荷载三轴试验来确定。上述设计步骤给出了南非的形势令人满意的结果。然而，主要的设计条件是不一样的，在荷兰的情况。路基和基层通常是在南
14、非比在荷兰硬得多。除了在南非的材质是一种更高层次的领导，更好地压实，从而更好地行为和性能。同时温度和气候条件还远远没有平等的。但是，基本的模式似乎适用，因为它允许“本地”数据作为材料参数和TRAF网络C引起的应力输入。以这种方式可能存在复制的基本结构和到FI NE调模型给荷兰的情况。类似的方法可以被重复，以在模型校准匈牙利条件。因此，本研究的目的是应用南非模式，来检测传输问题，并制定适当的调整模式。5.1.2。基本参数南非研究人员开发了针对于颗粒状物料的设计方法，剪切破坏了“安全系数”的概念。针对剪切破坏的安全系数是基于莫尔 - 库仑原理为静载荷和表示的材料的剪切强度和所施加的应力引起的剪切比
15、率。用于颗粒物质的安全系数可以写成如下：F = (K (1 f xx2m)/( zz2m xx2m),（2）其中： F=安全系数K=常数0.81 f =破坏应力 zz2m=负荷下的中层深度颗粒层垂直应力 xx2m=负载下中间深度粒状层的径向（水平）的压力。恒定 已在此研究中被设为0.8。如果该层位于在水分可能会加速窘迫区域，必须使用较低的值。每材料至少有三个静态三轴试验失败进行中， 的conf 在这些测试中-level wasdifferent。三个试验的结果表明， 1 F 与增加 的conf 4 。 这种增加的 1 F 由莫尔-库仑破坏准则，这导致以下表达式说明：1 f = (1 + sin ) conf + 2 c cos )/(1 sin ) 4,，（3）其中： c =材料的凝聚力帕 材料内摩擦角= conf= CON组fi宁压力
