一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法
阅读：722发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出了一种 沥青 路面结构层最佳模量组合确定方法，首先将上、中、下 面层 看成一个整体，根据规范中 弹性模量 的取值范围的要求，以模量中值作为面层统一模量，选出n组 基层 面层模量比；然后将面层模量、n组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元 软件 ，得到沥青路面在不同基层面层模量比下的设计指标的 力 学响应影响，确定最佳基层面层模量比；最后根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，在保证上、中、下三个面层均值为整个面层模量中值下，改变上面层、下面层模量梯度，调整上面层、下面层的模量，取m组上、中、下三个面层模量组的组合；本方法实现了最优基层面层模量比以及最优的面层模量组的组合。，下面是一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法专利的具体信息内容。
1.一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据现有沥青路面结构组合，先将上、中、下面层看成一个整体，根据规范中对于无机结合料稳定类材料在20℃条件下弹性模量的取值范围的要求，以模量中值作为面层统一模量，选出n组基层面层模量比；
步骤2、将面层模量、n组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到沥青路面在不同基层面层模量比下的设计指标的力学响应影响，根据力学响应结果确定最佳基层面层模量比；
步骤3、根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，在保证上、中、下三个面层均值为整个面层模量中值下，改变上面层、下面层模量梯度，调整上面层、下面层的模量，取m组上、中、下三个面层模量组的组合；
步骤4、输入各结构层厚度和m组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在上、中、下不同面层模量梯度下的力学响应，根据模量梯度对控制指标的影响程度，确定最终的上、中、下面层、基层的最佳模量组合。
2.根据权利要求1所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，设计指标包括基层沥青路面最大剪应力、最大沥青层层底拉应变、最大无机结合料层层底拉应力、最大路基顶面竖向压应变。
3.根据权利要求1所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，n≥3，m≥3。
4.根据权利要求1所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，还包括，
步骤5、首先将最佳模量组合及不同基层面层模量比输入有限元软件，得到不同基层面层模量比下的设计指标的数值，将设计指标的数值利用灵敏度指数公式，得到基层面层模量比对设计指标的影响，对影响程度进行排序得到最终最佳的基层面层模量比。
5.根据权利要求4所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，采用局部灵敏度分析方法，将各个设计指标作为评价指标，灵敏度指数Sη计算公式如下：
令：ηi＝f(Xi)
则：
式中：
f(Xi)—各设计指标函数表达式；
Sη—各指标对应的灵敏度指数；
ΔXi—参数变化量；
Δηi—ΔXi对应的各设计指标变化量。
6.根据权利要求1所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，步骤1中，模量中值10000作为面层统一模量，上面层、中面层、下面层、基层、底基层厚度分别为40mm、60mm、80mm、360mm、200mm；n＝6；基层面层模量比分别为1.0、1.3、1.5、1.8、2.0、
2.5。
7.根据权利要求6所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，m＝4；上、中、下三个面层的模量取四组：(7000、10000、13000)，(9000、10000、11000)，(11000、10000、9000)，(13000、10000、7000)。
8.根据权利要求7所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，最优的基层与面层模量比为1.2，最优的模量组合为(9000、10000、11000)。
9.根据权利要求1所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，步骤1中，模量中值10000作为面层统一模量上面层、中面层、下面层、基层、底基层厚度分别为，步骤1中，模量中值10000作为面层统一模量，上面层、中面层、下面层、基层、底基层厚度分别为20mm、80mm、80mm、360mm、200mm；n＝6；基层面层模量比分别为1.0、1.3、1.5、1.8、
2.0、2.5。
10.根据权利要求9所述的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，其特征在于，m＝4；上、中、下三个面层的模量取四组：(7000、10000、13000)，(9000、10000、11000)，(11000、10000、9000)，(13000、10000、7000)。
一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法
技术领域
[0001] 本发明属于公路路面设计技术领域，特别是一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法。
背景技术
[0002] 目前我国广泛应用的无机结合料类稳定类基层沥青混凝土路面结构,无机结合料类稳定基层具有一定的板体性、刚度、扩散应力强，具有一定的抗拉强度、抗疲劳强度、良好的水稳定特性。及由此引起沥青路面的反射性裂缝。
[0003] 我国已经建成通车的高等级公路中，90％以上是以无机结合料类稳定类材料为基层、沥青混凝土为面层的无机结合料类稳定类基层沥青路面。无机结合料类稳定类基层具有较高的强度与承载力、良好的整体稳定性和耐久性，为实现“强基薄面”的结构提供了可靠保证。鉴于半刚性基层材料自身固有的特性，半刚性基层沥青路面几乎不可避免的会在使用过程中会因为无机结合料层底拉应力过大会导致无机结合料类稳定基层的开裂产生反射裂缝，进而影响沥青路面的质量，降低沥青路面的使用寿命。
[0004] 为了有效减少无机结合料稳定类基层沥青路面反射裂缝，人们从多个方面展开了系统的研究，给出了许多处理措施，例如：增加基层材料中的粗骨料含量并严格设计级配，增加沥青面层厚度等，但是这些方法的效果都不是很理想。
发明内容
[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，以减少无机结合料类稳定基层的开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0007] 一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1、根据现有沥青路面结构组合，先将上、中、下面层看成一个整体，根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，以模量中值作为面层统一模量，选出n组基层面层模量比；
[0010] 步骤3、根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，在保证上、中、下三个面层均值为整个面层模量中值下，改变上面层、下面层模量梯度，调整上面层、下面层的模量，取m组上、中、下三个面层模量组的组合；
[0011] 本发明与现有技术相比，其显著优点：
[0012] (1)本发明所提出的沥青路面各结构层最佳模量组合设计方法，实现了最优基层面层模量比以及最优的面层模量组的组合；实现了减少无机结合料类稳定基层的开裂及由此引起的沥青路面反射性裂缝，从而延长了路面结构的使用寿命。
[0013] (2)使用灵敏度分析，有效指导无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计时对关键路面结构设计模量的选取。
附图说明
[0015] 图1为本发明方法的流程图。
[0016] 图2为路面结构示意图。
[0018] 图4为实施例1中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大沥青层底拉应变的有限元分析图。
[0019] 图5为实施例1中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大无机结合料层层底拉应力的有限元分析图。
[0020] 图6为实施例1中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大路基顶面竖向压应变的有限元分析图。
[0021] 图7为实施例1中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面剪应力的有限元分析图。
[0022] 图8为实施例1中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面最大沥青层层底拉应变的有限元分析图。
[0023] 图9为实施例1中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面最大无机结合料层层底拉应力的有限元分析图。
[0024] 图10为实施例1中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面最大路基顶面竖向压应变的有限元分析图。
[0025] 图11为实施例1中设计参数波动幅度与基层面层模量比波动幅度的有限元分析图。
[0026] 图12为实施例2中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面剪应力变化趋势的有限元分析图。
[0027] 图13为实施例2中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大沥青层底拉应变的有限元分析图。
[0028] 图14为实施例2中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大无机结合料层层底拉应力的有限元分析图。
[0029] 图15为实施例2中不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大路基顶面竖向压应变的有限元分析图。
[0030] 图16为实施例2中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面剪应力的有限元分析图。
[0031] 图17为实施例2中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面最大沥青层层底拉应变的有限元分析图。
[0032] 图18为实施例2中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面最大无机结合料层层底拉应力的有限元分析图。
[0033] 图19为实施例2中不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面最大路基顶面竖向压应变的有限元分析图。
[0034] 图20为实施例2中设计参数波动幅度与基层面层模量比波动幅度的有限元分析图。
具体实施方式
[0035] 为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0036] 本发明的一种沥青路面结构层最佳模量组合确定方法，包括以下步骤：
[0037] 步骤1、根据现有沥青路面结构组合，先将上、中、下面层看成一个整体，根据2017年《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)中对于常用沥青混合料在20℃条件下动态模量的取值范围要求，取取值范围中的模量中值作为面层统一模量。根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，初选出n组基层模量(即确定n组基层面层模量比)，优选的n≥3。n越大，得到的最佳基层面层模量比越好。
[0038] 步骤2、将面层模量、n组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到沥青路面在不同基层面层模量比下的设计指标的力学响应影响，根据力学响应结果确定最佳基层面层模量比。
[0039] 步骤2.1、分析n组基层面层模量比下的基层沥青路面最大剪应力变化趋势；
[0040] 步骤2.2、分析n组基层面层模量比比下的最大沥青层层底拉应变变化趋势；
[0041] 步骤2.3、分析n组基层面层模量比比下的最大无机结合料层层底拉应力变化趋势；
[0042] 步骤2.4、分析n组基层面层模量比下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势；
[0043] 综合考虑基层面层模量比对沥青结合料类基层沥青路面的面层剪应力、沥青混合料层层底拉应变、无机结合料层底拉应力和路基顶面竖向压应变四个设计指标的影响，从而得到最佳基层模量。
[0044] 步骤3、根据2017年《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)中对于常用沥青混合料在20℃条件下动态模量的取值范围要求，保持中面层模量取整个面层模量中值不变，在保证上、中、下三个面层均值为整个面层模量中值下，改变上面层、下面层模量梯度，调整上面层、下面层的模量，取m组上、中、下三个面层模量组的组合。优选的m≥3。m越大，最后得到的最佳模量组合越好。
[0045] 步骤4、输入各结构层厚度和m组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在上、中、下不同面层模量梯度下的力学响应，根据模量梯度对控制指标的影响程度，确定最终的上、中、下面层、基层的最佳模量组合。
[0046] 步骤4.1、分析m组不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面剪应力变化趋势；
[0047] 步骤4.2、分析m组不同面层模量梯度下沥青层层底拉应变变化趋势；
[0048] 步骤4.3、分析m组不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层层底拉应力变化趋势；
[0049] 步骤4.4、分析m组不同面层模量梯度下路基顶面竖向压应变变化趋势；
[0050] 综合考虑面层模量梯度对无机结合料稳定类基层沥青路面的面层剪应力、沥青混合料层层底拉应变、无机结合料稳定类基层层底拉应力和路基顶面竖向压应变四个设计指标的影响，确定最终的上、中、下面层、基层的最佳模量组合。
[0051] 步骤5、通过灵敏度分析研究基层面层模量比对典型的无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计指标的影响程度，从而指导无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计时对关键路面结构设计模量的选取。
[0052] 首先将最佳模量组合及不同基层面层模量比输入有限元软件，得到不同基层面层模量比下的设计指标的数值，将设计指标的数值利用灵敏度指数公式，得到基层面层模量比对设计指标的影响，对影响程度进行排序得到最终最佳的基层面层模量比。
[0053] 灵敏度分析包括局部灵敏度分析和全局灵敏度分析。由于以上步骤只分析了单个参数变化对各设计指标的影响规律，而其他参数则选择了规范中的数值，这与局部灵敏度分析方法相吻合，因此采用局部灵敏度分析方法，使用因子变化法对设计指标进行变换，即将各个设计指标作为评价指标，分别得出其与关键设计参数Xi的关系表达式，设预分析的设计指标Xi变化量ΔXi，从而计算出各设计指标的变化量Δηi，最后采用不同ΔXi对应下的Δηi值，或者采用灵敏度指数来评价各参数对设计指标的影响程度。Δηi的计算公式如式4-2所示，灵敏度指数Sη计算公式如式4-3所示。
[0054] 令：ηi＝f(Xi)
[0055] 则：
[0056]
[0057]
[0058] 式中：
[0059] f(Xi)—各设计指标函数表达式；
[0060] Sη—各指标对应的灵敏度指数；
[0061] ΔXi—参数变化量；
[0062] Δηi—ΔXi对应的各设计指标变化量。
[0063] 通过灵敏度分析将基层面层模量比对典型沥青路面各设计指标影响程度进行排序，得到受基层面层模量比影响最大的设计参数，从而在无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计时，控制基层面层模量比使得各设计指标相对较优。
[0064] 下面以两种常用、相对较优的两组路面结构厚度作为实施例，对本方法实施方式具体说明：其中基层统一采用36cm水泥稳定碎石，基层底基层采用200mm二灰稳定土，上面层、中面层、下面层、分别采用SMA-13、SUP-20、SUP-25级配。
[0065] 实施例1、上面层、中面层、下面层、基层、底基层厚度分别为40mm、60mm、80mm、360mm、200mm。
[0066] 步骤1、根据现有沥青路面结构组合，先将上、中、下面层看成一个整体，根据规范中动态模量的取值范围，取其模量中值10000作为面层统一模量。根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，初选出六组基层面层模量比(即n＝6、基层面层模量比分别为1.0、1.3、1.5、1.8、2.0、2.5)；其中土基层统一采用36cm水泥稳定碎石，底基层采用20cm二灰稳定土，上面层、中面层、下面层、分别采用SMA-13、SUP-20、SUP-25级配。
[0067] 步骤2、将面层模量、六组基层模量及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到沥青路面在不同基层面层模量比下的设计指标的力学响应影响，根据力学响应结果确定最佳基层面层模量比。
[0068] 表1不同基层面层模量比下的不同基层的模量
[0069]
[0070] 步骤2.1、分析六组基层面层模量比下的基层沥青路面最大剪应力变化趋势：
[0071] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大剪应力随路表深度变化的影响。
[0072] 从图3中可以看出，不同基层面层模量比条件下沥青路面结构面层最大剪应力沿深度方向总体趋势是先增大后逐渐减小。具体变化趋势为沿深度方向剪应力值先增大后减小再增大最后逐渐减小，其中最大剪应力值都出现在距离路表10mm处，位于沥青路面上面层；在深度范围10mm～100mm范围内剪应力值较大。六种不同基层面层模量比的沥青路面结构剪应力变化趋势基本一致，但在距离路表10mm处的最大剪应力值随着模量比的增大而增大。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中最大剪应力值有一定的影响。
[0073] 步骤2.2、分析六组基层面层模量比下的最大沥青层层底拉应变变化趋势：
[0074] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下的最大沥青层底拉应变的变化趋势。
[0075] 从图4中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大沥青层层底拉应变随着基层面层模量比的增大先减小后增大，但数值相差较小。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大沥青层层底拉应变值影响不大。
[0076] 步骤2.3、分析六组基层面层模量比下的最大无机结合料层层底拉应力变化趋势；
[0077] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下的最大无机结合料层层底拉应力的变化趋势。
[0078] 从图5中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大无机结合料层层底拉应力随着基层面层模量比的增大而增大，且增长趋势较大。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中无机结合料层层底拉应力值影响较大。
[0079] 步骤2.4、分析六组基层面层模量比下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势；
[0080] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势。
[0081] 从图7中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大路基顶面竖向压应变随着基层面层模量比的增大而减小，且减小幅度较大。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中路基顶面竖向压应变值影响较大。
[0082] 综合考虑基层面层模量比对沥青结合料类基层沥青路面的面层最大剪应力、沥青混合料层层底拉应变、最大无机结合料层层底拉应力和路基顶面竖向压应变四个设计指标的影响，发现沥青结合料类基层沥青路面的沥青层层底拉应变受基层面层模量比变化影响最大，控制其数值不宜过大的情况下，得到最优的基层与面层模量比为1.2。
[0083] 步骤3、根据2017年《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)中对于常用沥青混合料在20℃条件下动态模量的取值范围要求，保持中面层模量取整个面层模量中值不变，在保证上、中、下三个面层均值为整个面层模量中值下，改变上面层、下面层模量梯度，调整上面层、下面层的模量，取m组上、中、下三个面层模量组的组合。取m＝4，即上、中、下三个面层的模量取四组：(7000、10000、13000)，(9000、10000、11000)，(11000、10000、9000)，(13000、10000、7000)，如表2所示。
[0084] 表2各层模量
[0085]
[0086] 步骤4、输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在上、中、下不同面层模量梯度下的力学响应，根据模量梯度对控制指标的影响程度，确定最终的上、中、下面层、基层的最佳模量组合。
[0087] 步骤4.1、分析四组不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面剪应力变化趋势；
[0088] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在不同面层模量梯度组下无机结合料稳定类基层沥青路面最大剪应力随路表深度变化的影响。
[0089] 从图7中可以看出，不同面层模量梯度条件下沥青路面结构面层剪应力沿深度方向总体趋势是先增大后逐渐减小。具体变化趋势为沿深度方向剪应力值先增大后减小再增大最后逐渐减小，其中最大剪应力值都出现在距离路表10mm处，位于沥青路面上面层；在深度范围10mm～100mm范围内剪应力值较大。四种不同面层模量梯度的沥青路面结构剪应力变化趋势基本一致，但在距离路表10mm处的最大剪应力值有较大差异，模量梯度组a最小，模量梯度组d最大。因此，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中最大剪应力值影响较大。
[0090] 步骤4.2、分析m组不同面层模量梯度下沥青层层底拉应变变化趋势；
[0091] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在不同面层模量梯度组下最大沥青层底拉应变的变化趋势。
[0092] 从图8可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大沥青层层底拉应变随着面层模量梯度的变化差异很大，两种路面结构在面层模量梯度组b的条件下其最大沥青层层底拉应变都较小，模量梯度组d的最大沥青层层底拉应变是模量梯度组b的7倍。因此，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大沥青层层底拉应变值有很大影响。
[0093] 步骤4.3、分析m组不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层层底拉应力变化趋势；
[0094] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到不同面层模量梯度组下的最大无机结合料层层底拉应力的变化趋势。
[0095] 从图8中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大无机结合料层层底拉应力随着面层模量梯度的变化差异很小，且结构一和结构二的变化规律完全相反，结构一在面层模量梯度组a情况下最大无机结合料层层底拉应力最大，结构二在面层模量梯度组d情况下最大无机结合料层层底拉应力最大，但其数值相差很小。因此，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大无机结合料层层底拉应力值影响很小。
[0096] 步骤4.4、分析m组不同面层模量梯度下路基顶面竖向压应变变化趋势；
[0097] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到不同面层模量梯度组下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势。
[0098] 从图10中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大路基顶面竖向压应变随着面层模量梯度的变化差异较小，在面层模量梯度a情况下最大路基顶面竖向压应变最大，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大路基顶面竖向压应变值影响很小。
[0099] 综合考虑面层模量梯度对无机结合料稳定类基层沥青路面的面层剪应力、沥青混合料层层底拉应变、无机结合料稳定类基层层底拉应力和路基顶面竖向压应变四个设计指标的影响，发现面层剪应力和沥青层层底拉应变受面层模量梯度变化影响较大，控制两个指标不至于过大的情况下，推荐面层模量梯度组b为最佳组合方案
[0100] 步骤5、通过灵敏度分析研究基层面层模量比对典型的无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计指标的影响程度，从而指导无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计时对关键路面结构设计模量的选取。
[0101] 5.1、首先将最佳模量组合及不同基层面层模量比输入有限元软件，得到不同基层面层模量比下的设计指标的数值；
[0102] 将模量梯度组b、六组基层面层模量比输入有限元软件，得到不同基层面层模量比下的设计指标的数值，如表3所示：
[0103] 表3模量梯度组b下不同层面层模量比的不同设计指标值
[0104] 基层面层模量比 1 1.3 1.5 1.8 2 2.5最大剪应力/MPa 0.194 0.1986 0.204 0.21 0.2121 0.2286
沥青层层底拉应变/με 3.517 1.749 1.973 2.268 2.469 2.958
无机结合料层层底拉应力/MPa 0.2279 0.2538 0.2688 0.2889 0.301 0.3276路基顶面竖向压应变/με 55.44 49.69 46.79 43.33 41.42 37.6
沥青层层底拉应变/με 3.517 1.749 1.973 2.268 2.469 2.958
无机结合料层层底拉应力/MPa 0.2279 0.2538 0.2688 0.2889 0.301 0.3276路基顶面竖向压应变/με 55.44 49.69 46.79 43.33 41.42 37.6
[0105] 5.2、将设计指标的数值利用灵敏度指数公式，得到基层面层模量比对设计指标的影响，对影响程度进行排序得到最终最佳的基层面层模量比：
[0106] 将表3得到的设计指标的数值带入公式4-3，得到基层面层模量比对设计指标的影响，如图11所示。
[0107] 通过灵敏度分析将基层面层模量比对沥青路面结构设计指标的影响程度进行排序分析，从图11可看出，基层面层模量比对于这两种典型沥青路面结构的路基顶面竖向压应变影响程度最大，其次是沥青层层底拉应变，因此在沥青路面结构组合设计时需要注重基层材料的厚度和模量，选用较优的基层材料。基层材料模量需要大于面层材料模量，无机结合料稳定类基层沥青路面的最佳基层面层模量比为1.3～1.5。
[0108] 实施例2、上面层、中面层、下面层、基层、底基层厚度分别为20mm、80mm、80mm、360mm、200mm。
[0109] 步骤1、根据现有沥青路面结构组合，先将上、中、下面层看成一个整体，根据规范中动态模量的取值范围，取其模量中值10000作为面层统一模量。根据规范中对于无机结合料稳定类材料弹性模量的取值范围的要求，初选出六组基层面层模量比(即n＝6、基层面层模量比分别为1.0、1.3、1.5、1.8、2.0、2.5)；其中土基层统一采用36cm水泥稳定碎石，底基层采用20cm二灰稳定土，上面层、中面层、下面层、分别采用SMA-13、SUP-20、SUP-25级配。
[0110] 步骤2、将面层模量、六组基层模量及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到沥青路面在不同基层面层模量比下的设计指标的力学响应影响，根据力学响应结果确定最佳基层面层模量比。
[0111] 表4不同基层面层模量比下的不同基层的模量
[0112]
[0113] 步骤2.1、分析六组基层面层模量比下的基层沥青路面最大剪应力变化趋势：
[0114] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下无机结合料稳定类基层沥青路面最大剪应力随路表深度变化的影响。
[0115] 从图12中可以看出，不同基层面层模量比条件下沥青路面结构面层最大剪应力沿深度方向总体趋势是先增大后逐渐减小。具体变化趋势为沿深度方向剪应力值先增大后减小再增大最后逐渐减小，其中最大剪应力值都出现在距离路表10mm处，位于沥青路面上面层；在深度范围10mm～100mm范围内剪应力值较大。六种不同基层面层模量比的沥青路面结构剪应力变化趋势基本一致，但在距离路表10mm处的最大剪应力值随着模量比的增大而增大。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中最大剪应力值有一定的影响。
[0116] 步骤2.2、分析六组基层面层模量比下的最大沥青层层底拉应变变化趋势：
[0117] 将面层模量、基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下的最大沥青层底拉应变的变化趋势。
[0118] 从图13中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大沥青层层底拉应变随着基层面层模量比的增大先减小后增大，但数值相差较小。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大沥青层层底拉应变值影响不大。
[0119] 步骤2.3、分析六组基层面层模量比下的最大无机结合料层层底拉应力变化趋势；
[0120] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下的最大无机结合料层层底拉应力的变化趋势。
[0121] 从图14中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大无机结合料层层底拉应力随着基层面层模量比的增大而增大，且增长趋势较大。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中无机结合料层层底拉应力值影响较大。
[0122] 步骤2.4、分析六组基层面层模量比下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势；
[0123] 将面层模量、六组基层面层模量比及各结构层的厚度输入到有限元软件，得到不同基层面层模量比下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势。
[0124] 从图15中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大路基顶面竖向压应变随着基层面层模量比的增大而减小，且减小幅度较大。因此，基层面层模量比对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中路基顶面竖向压应变值影响较大。
[0125] 综合考虑基层面层模量比对沥青结合料类基层沥青路面的面层最大剪应力、沥青混合料层层底拉应变、最大无机结合料层层底拉应力和路基顶面竖向压应变四个设计指标的影响，发现沥青结合料类基层沥青路面的沥青层层底拉应变受基层面层模量比变化影响最大，控制其数值不宜过大的情况下，得到最优的基层与面层模量比为1.2。
[0126] 步骤3、根据2017年《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)中对于常用沥青混合料在20℃条件下动态模量的取值范围要求，保持中面层模量取整个面层模量中值不变，在保证上、中、下三个面层均值为整个面层模量中值下，改变上面层、下面层模量梯度，调整上面层、下面层的模量，取m组上、中、下三个面层模量组的组合。取m＝4，即上、中、下三个面层的模量取四组：(7000、10000、13000)，(9000、10000、11000)，(11000、10000、9000)，(13000、10000、7000)，如表5所示。
[0127] 表5各层模量
[0128]
[0129] 步骤4、输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在上、中、下不同面层模量梯度下的力学响应，根据模量梯度对控制指标的影响程度，确定最终的上、中、下面层、基层的最佳模量组合。
[0130] 步骤4.1、分析四组不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层沥青路面剪应力变化趋势；
[0131] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在不同面层模量梯度组下无机结合料稳定类基层沥青路面最大剪应力随路表深度变化的影响。
[0132] 从图16中可以看出，不同面层模量梯度条件下沥青路面结构面层剪应力沿深度方向总体趋势是先增大后逐渐减小。具体变化趋势为沿深度方向剪应力值先增大后减小再增大最后逐渐减小，其中最大剪应力值都出现在距离路表10mm处，位于沥青路面上面层；在深度范围10mm～100mm范围内剪应力值较大。四种不同面层模量梯度的沥青路面结构剪应力变化趋势基本一致，但在距离路表10mm处的最大剪应力值有较大差异，模量梯度组a最小，模量梯度组d最大。因此，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构中最大剪应力值影响较大。
[0133] 步骤4.2、分析m组不同面层模量梯度下沥青层层底拉应变变化趋势；
[0134] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到无机结合料稳定类基层沥青路面在不同面层模量梯度组下最大沥青层底拉应变的变化趋势。
[0135] 从图17可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大沥青层层底拉应变随着面层模量梯度的变化差异很大，两种路面结构在面层模量梯度组b的条件下其最大沥青层层底拉应变都较小，模量梯度组d的最大沥青层层底拉应变是模量梯度组b的7倍。因此，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大沥青层层底拉应变值有很大影响。
[0136] 步骤4.3、分析m组不同面层模量梯度下无机结合料稳定类基层层底拉应力变化趋势；
[0137] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到不同面层模量梯度组下的最大无机结合料层层底拉应力的变化趋势。
[0138] 从图18中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大无机结合料层层底拉应力随着面层模量梯度的变化差异很小，且结构一和结构二的变化规律完全相反，结构一在面层模量梯度组a情况下最大无机结合料层层底拉应力最大，结构二在面层模量梯度组d情况下最大无机结合料层层底拉应力最大，但其数值相差很小。因此，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大无机结合料层层底拉应力值影响很小。
[0139] 步骤4.4、分析m组不同面层模量梯度下路基顶面竖向压应变变化趋势；
[0140] 输入各结构层厚度和四组动态模量输入到有限元软件，得到不同面层模量梯度组下的最大路基顶面竖向压应变变化趋势。
[0141] 从图19中可以发现，无机结合料稳定类基层沥青路面结构的最大路基顶面竖向压应变随着面层模量梯度的变化差异较小，在面层模量梯度a情况下最大路基顶面竖向压应变最大，面层模量梯度对于无机结合料稳定类基层沥青路面结构最大路基顶面竖向压应变值影响很小。
[0142] 综合考虑面层模量梯度对无机结合料稳定类基层沥青路面的面层剪应力、沥青混合料层层底拉应变、无机结合料稳定类基层层底拉应力和路基顶面竖向压应变四个设计指标的影响，发现面层剪应力和沥青层层底拉应变受面层模量梯度变化影响较大，控制两个指标不至于过大的情况下，推荐面层模量梯度组b为最佳组合方案
[0143] 步骤5、通过灵敏度分析研究基层面层模量比对典型的无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计指标的影响程度，从而指导无机结合料稳定类沥青路面结构组合设计时对关键路面结构设计模量的选取。
[0144] 5.1、首先将最佳模量组合及不同基层面层模量比输入有限元软件，得到不同基层面层模量比下的设计指标的数值；
[0145] 将模量梯度组b、六组基层面层模量比输入有限元软件，得到不同基层面层模量比下的设计指标的数值，如表6所示：
[0146] 表6模量梯度组b下不同层面层模量比的不同设计指标值
[0147] 基层面层模量比 1 1.3 1.5 1.8 2 2.5最大剪应力/MPa 0.194 0.1986 0.204 0.21 0.2121 0.2286
沥青层层底拉应变/με 3.517 1.749 1.973 2.268 2.469 2.958
无机结合料层层底拉应力/MPa 0.2279 0.2538 0.2688 0.2889 0.301 0.3276路基顶面竖向压应变/με 55.44 49.69 46.79 43.33 41.42 37.6
沥青层层底拉应变/με 3.517 1.749 1.973 2.268 2.469 2.958
无机结合料层层底拉应力/MPa 0.2279 0.2538 0.2688 0.2889 0.301 0.3276路基顶面竖向压应变/με 55.44 49.69 46.79 43.33 41.42 37.6
[0148] 5.2、将设计指标的数值利用灵敏度指数公式，得到基层面层模量比对设计指标的影响，对影响程度进行排序得到最终最佳的基层面层模量比：
[0149] 将表3得到的设计指标的数值带入公式4-3，得到基层面层模量比对设计指标的影响，如图20所示。
[0150] 通过灵敏度分析将基层面层模量比对沥青路面结构设计指标的影响程度进行排序分析，从图20可看出，基层面层模量比对于这两种典型沥青路面结构的路基顶面竖向压应变影响程度最大，其次是沥青层层底拉应变，因此在沥青路面结构组合设计时需要注重基层材料的厚度和模量，选用较优的基层材料。基层材料模量需要大于面层材料模量，无机结合料稳定类基层沥青路面的最佳基层面层模量比为1.3～1.5。
[0151] 通过本发明的方法，通过abaqus软件分析，可以确定出无机结合料稳定类基层沥青路面各结构层的最佳模量组合，实现了减少无机结合料类稳定基层的开裂及由此引起的沥青路面反射性裂缝，从而延长了路面结构的使用寿命。
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