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1、重庆交通学院硕士学位论文水泥混凝土路面开裂机理及破坏过程研究姓名：佘汉聪申请学位级别：硕士专业：道路与铁道工程指导教师：吴国雄2003.4.18接甏r5 0 3 4 9 2摘要本文首先阐述了水泥混凝土路面的缩枸特点、材料特点和破坏特点，然后校据混凝土的材料特点和物理、化学反应特点，分析了路面板初始损伤的形成机理帮分布规律，并根据路面板农凝结过程中黝受力情况，阐明扳底初始裂缝的形成橇璞。在蘧基磁上，根据承滋、篪凝土懿壤伤演交褒霉秘貉面板在蒋戏作霆下蔑陂力分布特点，分析了水泥混凝土路面板在荷载作用下的损伤特点，井根据断裂力学的原理，建立模型，进行嶷体数值的计算，分析板戚裂缝的状态与荷载大小和裂缝深
2、度之闻弱关系。然嚣，薅这令分秘缝票与参考文羧熬实验数攘终晓较，劳蘩予水泥混凝土路面的损伤特点，分析檄底裂缝扩展柏桃理。根据裂缝扩展过程的非线性特征，建立混沌方程和渗流模烈对裂缝的扩展过程进行描述。最后，根摄裂缝的生成秘发展的机理，分析了对路鞭破琢有影响豹各种因素，并班此为依攒，篱单分褥器葺孛抗裂措施的作磊穰理。芙键讯水泥混鼍刍笋开琶箩破鼍罗抗秒施摘要A B S T R A C T2T h i sp a p e ra n a l y z e sc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fi t
3、sS t r U c a t r e ，m a t e r i a l sa n df a i l u r e B a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o n c r e t em a t e r i a l sa n di t sp h y s i e a la n dc h e m i c a lr e a c t i o n ，t h ep a p e rs t u d i e st h ef o r m a t i o nm e c h a n i s ma n dd i s t r i b u t i o nr e g u
4、 l a r i t yo f s l a bi n c i p i e n tf a i l u r e ，A c c o r d i n gt ol o a do nt h es l a bd u r i n gc o n c r e t es e t t i n g ，t h ep a p e rc l a r i f i e st h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fi n i t i a lb a s a lc r a c ki ns l a b T h e r e f o r e ，b a s e dO nt h ef a i l u r
5、 ed e f o r m a t i o nr e g u l a t i o no f c e m e n tc o l i c r e ea n ds t r e s sd i s t r i b u t i o nr e g u l a t i o no ft h es l a bu n d e rb a d ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ef a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c so fc e m e n tc o n c r e t es l a bu n d e rl o a d ，s e t s
6、u pam o d e lr e f e r r i n gf r a c t u r em e c h a n i c st h e o r yt oe a r l yo u tm a t h e m a t i c a lc a l c u l a t i o n ，a n ds t u d i e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb a s a lc r a c ks i t u a t i o na n dl o a da n dc r a c kd e p t h 。T h e s er e s u l t sa r ec o m
7、p a r e dt ot e s ts t a t i s t i c si nr e f e r e n c e T h e nt h ep a p e rs t u d i e st h em e c h a n i s mo fb a s a lc r a c ke x t e n s i o n T h ep a p e ra l s os e tu pa l le q u a t i o nr e f e r r i n gc h a o sm e c h a n i s ma n das e e p a g em o d e lt od e s c r i b et h ee x
8、 t e n d i n gp r o c e s so fc r a c ka c c o r d i n gt oi t sn o n - l i n e a r i t yc h a r a c t e r i s t i c s 。B a s e d0 i “ 1t h ef o r m a t i o na n de x t e n s i o nm e c h a n i s mo fc o n c r e t ec r a c k A tl a s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e sv a r i o u sf a c t o r sa f f
9、e c t i n gp a v e m e n tf a i l u r e ，a n dt h e ns t u d i e st h ef u n c t i o nm e c h a n i s mo fs e v e r n lk i n d sa n t i c r a c k i n gm e a s u r e s K e y w o r d s ：C e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tC r a c k i n gm e c h a n i s mF a i l u r ep r o c e s sA n t i c r a c k
10、 i n gm e a s u r e s繁一章鳍论第一章绪论1 ，1 本课题研究的背景路面怒道路结构的重要组成部分，其功能是供汽车在其上以一定的速废，安全、舒适、经济地行驶。路面的好坏直接影响到行车速度、运输成本、行车安全鼯谴鼹者煞静邋程凌。东淀混凝籍瑟侔力琴孛裔缀路蚕结擒，因冀强瘦商、穗定性耍孑、耐久性好、耐意温、赋磨糕以及养护费用少、毫剥于夜间彳亍车等忧点，而在公路和城市道路上得到了广泛的应用。目前在我国已通车的2 5 万多公里的高速公路中，有2 0 左右了铺设水混混凝土路面。这就意味者我豳有长达5 0 0 0 公墨馥土的鬻速公路栗翔永泥混凝土籍面。在黻市道路串，东混滢凝路面所占翁比例还
11、要翼毫。隧蓑社会秘经济弱发展，人 | 、l 对道鼹踺疆性携豹要求姆越来越嘉。因此，可以预言，水泥混凝土路面将会得到更加广泛的应用。从目前正在营运的水泥混凝土路面肴，开裂破坏是非常严重的破坏现象。调查发现，有许多酌东混混凝主路面还没有翔达设计使用弱就已经开聚破坏了。这蘩鼹瑟的开裂教蟒蒂采了巨大懿维掺痰力。拳淀混凝主路覆懿缝擎惫菲鬻不方便赘，必须先把已经破坏的扳块凿搏，才能浇筑新的板块。由于工序复杂，耗费的人工和机舆比较多，所以维修费用盟得比较昂贵。不但如此，由于水泥混凝土必须缀避一段时间的养护后才能形成强度，所以维修的期间对交通豹干扰时闻很长，使掰在漆段的逶彳亍髓力受到了潮弱。1 。2 路面开裂
12、机理及破坏过程研究的意义水泥混凝土路面的开裂破坏带来了瓯大绒修的维修压力，消耗了大量的人力和物力，严重地黼弱了道路的通行髓力。因藏，魏何提高永泥漏凝土鼯面的抗袭燃能，是当今邀路工程爨应当解决鼹重簧闷爨。要艉决好这个超题，篷先要对零泥混凝土路面开裂的机理进行深入，追根溯源，弄清导致路砸开裂的瘥结所在，并且运用适当的理论，揭示水泥混凝土路面开裂的规律。对于路面开裂过程的研究，怒在开裂机理研究的萋础上的避一步探索。详细分析水泥混凝土路面开裂机壤帮穰环过程，不仅有裁予完善设计、拣工、管瑾鞫养护等工作麓理论蔽攒，戳埂对癜下药地农各个环节采取搂施，从掇本上消除导致路蘧开裂的隐患，骁患予朱燃，而且有利于科学
13、评估且前工稷中所采用的抗裂措施的合理性和有效性，还有利于在纷繁复杂的现象中寻找规律，总结经验，为防治路面开裂的新材料、新技术和新工艺静开发裙应翊指鞠方商。1 。3 本课题及相关课题研究的现状第一章绪论关予承混漫凝路瑟开裂糖理黪磅突瀑题，楚综合滢懿戮究项星，它涉及裂鼹面的材料、结构、荷裁、力学、非线性科学以及计算机技术等方面的内容。因此这个课题的研究，怒在路面结构、建筑材料、汽窜行驶理论、力学理论、非线性淫论和诗赣技术等掌科研究豹纂确主逶行豹。这撩学科静稀究遴震，在校丈程度上影响本课题的研究进程。1 。3 一路露结构与材料的 l 究 水渥混凝土路颈的结构设计计算壤论经历容许应力法阶段和极限应力法
14、阶段，在运用统计理论确定计算结构承载能力的方法上获得了很大的进展。目前，我誊交遂辩立蘧熬“零混混凝主路瑟结褥可靠程毒器突”已缀宠或，霹纛度兹方法将在水泥混凝土结构设计中得到广泛应用。对结构寿命的研究方面，燕宇刚等人提出了能逡用了能遗应不同边界条件以及包括单阂素和多圜索复合作用下的有关灞凝土寿命预篱方谣的瞽适多既W e i b u l l 分布模羹，并为了该模垄静其谇应霭，采用网格剖分的手段。提出了相应的算法和编制了对应的计算程序，提出了混凝土壤稳魏寿念设诗黪鼗愚鼹彝瑟方法，可掺为痰潺瀵凝爨瑟粳震寿命滚诗熬缮蒸。赵造东、张立翔等人在对M i n e r 准则进行修正的錾础上，建立损伤动态干涉模型
15、，应用蒙特卡罗法求解动态可靠度，也可作为计算路面结构疲劳损伤的评定标准的参考。赢箍峰等学老在公路承泥混凝貉面母靠魏研究豹蒸磊窭上，努辑了承褥瀑凝土路面的耐久性殷其影响因素，探讨了水泥混凝土路面动态可靠魔，给出了水泥瀑凝鼹瑟耐久憔分据，对提离运用霹靠度理论分辑路纛醚久性黪方法起到了燕大的推幼作用。基层怒路面结构的重要层次，对基朦结构的研究是水泥混凝土路颟结构研究兹重要缓袋熬分。凌天清教授簿学者馥热弹毪力攀理瓷为蒸疆，采掰编徽分方程组的边值理论和二维奇异积分方程理论，对半刚性基层温缩裂缝进行了定量分析，攥示了半剐性基层中裂缝扩展的辊理。物锡武和辩熹权教授则对半刚健路面基屡在不同养嫩条件的收缩特桎谶
16、彳亍了研究，综合阐滚了养生条件对拳刚健路面基层收缩特性的影响。这些研究成果对分析然层的实际强度、刚度和稳定性以及基层媛麓怼路溪终穆经憝瓣影羲爨蠢重要熬终惩。近年来有研究发现，路面备层次间的结合形态对路面的力学性能和使用寿命枣非常重簧的影响，困此，路厩各层次的结合形态的道路工穰研究者关注的问题。凝国雄教授等学者程分耩承鬣混凝土辞蕊的面层警基蘑之鬻的缝合美系基穑上，分别对各种不同的结含关系建模计算，麓文论述了水泥混擞士层间结合形态与路嚣性能趋关系。材料的研究是路面结构研究的另一个重要方向。水泥混凝土是传统的建筑材料但也怒不断改避，不断变革的材料。对普通水泥混凝土性能的研究，自其诞第一章绪论3生之目起从来就没有停止过。众多的学者从物质构成、生产工艺、物理性能等方霾逆行了深入的研究，著取得了事硕的残果。近凡年来，新的水泥混凝土的外加剡、改性技术、增强技术以及薪的生产工艺不断闷世，极大姥满足了水流混凝土鼹西建设的翥要，也出现了根多掰的闳题需要在理论上给予解决。路面基层的材料丰富多样。工程中应用最为广泛的稳定类树料，是备受关注的研究对象。经过近二
