基于安定理论的粒料层永久变形安定行为和控制模型研究

At present, unbound granular materials were widely used in pavement base or subbase .But the design index and the controlling model of permanent deformation of unbound granular materials were not created. At the same time , the determination method of shakedown limit loads of permanent deformation of unbound granular materials is still a blank, and it is questionable that the existing prediction models of permanent deformation are directly used in china. Firstly, based on repeated load triaxial tests,the shakedown behavior of unbound granular materials will be researched, and the prediction models of shakedown limit loads and the prediction models of permanent deformation will be created in the project. Secondly, the elastic-plastic mechanics theory will be used to build up numerical simulation methods when shakedown theory is used in the analysis of pavement structure mechanics；Finally, design index for controlling permanent deformation of unbound granular materials will be put forward, and the regression formulation between design index and design axis loading times will be created. Research achievements of the project will be beneficial to revision and improvement of design indexes and design methods in china.

目前，用于路面基层或者底基层的粒料永久变形在路面设计时没有设计指标和控制模型，而作为研究基础的粒料永久变形安定极限荷载的确定方法仍是空白，已有永久变形预估模型是否适用于我国的实际情况有待于商榷。本项目首先利用重复荷载三轴试验，研究粒料的永久变形安定行为，在此基础上建立粒料永久变形安定极限荷载的预估模型和粒料的永久变形预估模型；其次利用弹塑性力学理论，建立安定理论在路面结构力学分析中的数值模拟方法；最后，提出控制粒料层永久变形的设计指标，建立设计指标与设计轴载作用次数相关关系的控制模型。本项目所取得的研究成果对于我国沥青路面设计指标和设计方法的完善与修订具有重要的现实意义。

粒料材料具有受温度和水分的影响小，且不产生裂缝等优点，被广泛应用于沥青路面基层和底基层。但是粒料材料属于弹塑性材料，在车辆荷载反复作用下会产生较大永久变形，影响路面结构使用寿命。目前，我国沥青路面结构设计方法没有限值粒料层永久变形的设计指标和控制模型，研究粒料的永久变形特性，提出设计指标和建立控制模型已是势在必行。.粒料的永久变形具有安定性行为，在不同围压和偏应力组合的反复作用下，粒料永久变形具有塑性安定、塑性蠕变和增量性破坏三种不同状态。在路面结构设计时，增量性破坏阶段是不允许出现的；塑性蠕变阶段会有较大的车辙产生，但路面结构是安全的，需要根据破坏准则计算使用寿命；在塑性安定阶段，路面结构是安定的，但与实际情况不符。因此只有在塑性蠕变状态下建立粒料层的永久变形设计指标和控制模型，才具有实际意义。首先选取三种基层用级配碎石，利用重复荷载三轴试验研究了每种级配碎石在不同围压、压实度和含水量下的塑性蠕变安定极限荷载，建立了塑性蠕变安定极限荷载预估模型。其次，在此基础上又对三种基层用级配碎石和三种底基层用级配碎石分别进行了重复荷载三轴试验，建立了基于安定理论的粒料基层和底基层永久变形预估模型。最后基于安定理论和三种基层用级配碎石的永久变形重复荷载三轴试验，提出了控制粒料基层永久变形的顶面压应力设计指标，建立了粒料基层顶面压应力和荷载作用次数之间的统计回归模型。.建立的塑性蠕变安定极限荷载预估模型可用于不同影响因素下粒料塑性蠕变安定极限荷载的计算。建立的粒料层永久变形预估模型可用于特定路面结构层下的粒料层永久变形量预估，预测路面结构使用寿命。提出的控制粒料基层永久变形的顶面压应力设计指标和建立的控制模型，可为路面结构层厚度和设计参数的选取提供依据，方便沥青路面结构设计时的应用。上述研究成果进一步丰富和完善了我国沥青路面结构设计方法的指标体系，可为规范修订提供参考。