柔性基层沥青路面固化土路基优化设计

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对于柔性基层沥青路面,路基的力学特性对路面上部结构的使用寿命与路用性能有明显影响。由于路基土的力学性质主要依赖土粒矿物之间的相互作用,因此通过掺加外加剂等手段加强土体颗粒之间的粘结力可以提升土体强度与刚度,在工程中有较强的应用前景。路液公司生产的路液土壤固化剂,是一种以高分子共聚物为粘结剂、并掺加无机填料的复合固化剂,具有一定的抗压、抗渗性能,可有效处理各种路基土。本文通过开展固化剂稳定黏土的微观机理与力学特性的研究,并提出基于固化土的柔性基层沥青路面的设计要求。
  本文首先对路液固化土的基本性能进行分析,通过无侧限抗压强度试验进行力学性能与水稳定性分析。试验表明,固化土中合理掺入量为0.025%,最佳养生龄期在21d左右。另外,固化土经过充分养生后,其水稳定性得到一定程度的提升。
  其次,基于微观试验,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XDR)等手段对固化土加固机理进行分析。结果表明,随着固化剂的掺入,土中发生离子置换与胶凝反应,改变了土壤表面离子的吸附类型,在一定程度上使得土体结构更加密实、稳定,且不会对环境产生较大影响。
  之后,基于重复加载三轴测试,从材料、环境与施工工艺的角度,结合土体在三轴试验中的受力特性对动态回弹模量进行分析,结果表明在实际工程中应控制养生龄期、压实度与含水率。最后对土的本构模型进行研究,确定路基土与固化土的非线性材料模型用于后面的结构分析计算。
  最终基于承载力的需求,结合非线性本构模型与ABAQUS数值模拟,对固化土路基进行优化设计与路基综合回弹模量的等效计算。确定将路基整体最大压应变作为迭代指标进行反算确定路基综合等效回弹模量。对于固化土而言,加固位置越靠近路表,其加固效果越明显。且对路基最大压应变有较大影响,这表明提高路基模量会大幅度降低路基整体的压应变,对于控制道路的永久变形有重要的意义。最后,针对长寿命路面的设计要求,结合路面材料的造价分析,提出含有固化土的材料层设计的合理厚度范围。
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