多车道排水沥青路面排水性能实验研究

发布时间：2017-06-12 07:05

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【摘要】：排水沥青路面具有排水性能好,噪声低、抗滑性能好、减轻眩光、缓解热岛效应、节约材料等优良性能,逐渐成为公路建设的一个重要发展方向。排水沥青路面具有大空隙结构可以使降落到路面的雨水迅速入渗到排水面层内,通过横向渗流排走,减少雨天行车引起的水雾,提高行车能见度,提高雨天行车安全性。除此之外,还可以减少由于雨水进入路面结构内部不能及时排除而引起的水损害。本文依托交通运输部公路行业标准制修订项目《多车道排水沥青路面的排水功能设计方法研究》,对多车道排水沥青路面的排水性能进行实验研究。本文采用正交试验方法得到5个主要孔径筛孔通过率与混合料空隙率之间的经验公式。对排水沥青混合料空隙率与渗透系数之间的关系进行了研究,得到空隙率、连通空隙率以及渗透系数三者之间的关系表达式,并得到竖向渗透系数与连通空隙率以及横向渗透系数与连通空隙率之间的经验公式。根据拟定的路面设计参数铺筑室内多车道试验段,在室内架设降雨模拟系统模拟不同的降雨强度,实测了多车道试验段在不同降雨强度下的路表水膜厚度值及退水时间,并与理论计算值进行对比分析,发现不同降雨强度下的水膜厚度理论计算值和实测值之间具有很好的线性相关关系,相关系数达到0.95以上,这说明理论计算能够很好的反映多车道排水沥青路面水膜产生的实际情况,水膜厚度理论计算公式得到验证。利用Abaqus有限元软件模拟多车道排水沥青路面的降雨入渗,得到了多车道试验段在不同降雨强度下的路表水膜厚度模拟值。模拟值与理论计算值之间存在较明显的线性相关关系,相关系数达到0.9以上。模拟值与理论计算值总体变化趋势基本一致,在降雨强度较小时,模拟值要小于理论计算值,但随着降雨强度的增大,模拟值逐渐趋近于理论计算值并最终基本保持一致,甚至会略高于理论计算值,但整体趋势变化不大。对设置横向排水沟的多车道排水沥青路面和双层排水结构的多车道排水沥青路面在降雨时的水膜情况进行了有限元数值模拟验证,模拟结果显示:⑴在多车道排水沥青路面上设置较为密集的横向排水沟(间距小于2m)能起到一定的降低路表水膜厚度效果,但如果排水沟间距过大(间距大于2m),对路表水膜的降低作用就不明显;⑵在同样的降雨时间内,排水沥青路面厚度在达到10cm(即双层排水结构厚度)后,路面不容易产生径流。
【关键词】：多车道排水沥青路面 配合比设计 渗流模型 数值模拟 试验段验证
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景及意义9
• 1.2 国内外研究概述9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容及技术路线12-15
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 预期目标13-15
• 第二章 排水沥青混合料组成设计15-39
• 2.1 原材料性能检测15-20
• 2.1.1 沥青胶结料15-16
• 2.1.2 高粘度改性沥青16-17
• 2.1.3 粗集料17-18
• 2.1.4 细集料18-19
• 2.1.5 填料19-20
• 2.1.6 纤维20
• 2.2 主要筛孔通过率与混合料空隙率关系的研究20-29
• 2.2.1 试验方案20-22
• 2.2.2 试验结果回归分析与模型验证22-28
• 2.2.3 排水沥青混合料合理级配范围28-29
• 2.3 排水沥青混合料配合比设计29-36
• 2.3.1 排水沥青混合料配合比设计方法29-30
• 2.3.2 混合料配合比设计30-34
• 2.3.3 排水沥青混合料稳定性检验34-36
• 2.4 本章小结36-39
• 第三章 排水沥青混合料空隙率与排水效率关系的研究39-55
• 3.1 试验方案39-42
• 3.2 混合料空隙率与排水功能关系的研究42-47
• 3.2.1 混合料空隙率与渗透系数关系的研究42-44
• 3.2.2 混合料空隙率与连通空隙率关系的研究44-46
• 3.2.3 连通空隙率与渗透系数关系的研究46-47
• 3.3 横向渗透系数、竖向渗透系数与连通空隙率关系的研究47-53
• 3.3.1 试验方案47-49
• 3.3.2 竖向渗透系数与连通空隙率关系的研究49-51
• 3.3.3 横向渗透系数与连通空隙率关系的研究51-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 多车道排水沥青路面排水性能实验验证55-73
• 4.1 排水沥青路面的排水机理分析55-62
• 4.1.1 降雨入渗的物理过程55-56
• 4.1.2 降雨入渗的水力学分析56
• 4.1.3 排水沥青路面降雨时的产流机制56-58
• 4.1.4 排水沥青路面渗流计算模型58-62
• 4.2 铺筑多车道试验段进行排水性能实验62-69
• 4.2.1 试验方案62-63
• 4.2.2 试验段的铺筑63-64
• 4.2.3 多车道试验段数据测试及分析64-69
• 4.3 渗流模型的验证69-72
• 4.3.1 渗流模型理论计算70-71
• 4.3.2 渗流模型验证71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 多车道排水沥青路面排水性能的数值模拟73-81
• 5.1 用Abaqus有限元软件对多车道试验段进行模拟73-76
• 5.2 用Abaqus有限元软件对设置横向排水沟的排水沥青路面进行模拟76-78
• 5.3 用Abaqus有限元软件对双层多车道排水沥青路面进行模拟78-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 结论与展望81-84
• 6.1 主要结论与创新点81-82
• 6.1.1 主要结论81-82
• 6.1.2 创新点82
• 6.2 进一步研究展望82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果88

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