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技术论文
更好地考虑路基和无粘结层对路面性能影响的力学经验模型
罗雪a,*，范谷b ，张玉清c，Robert L. Lytton d，Dan Zollinger e
a德克萨斯A＆M大学系统基础设施更新中心，3135 TAMU，CEOB 508B，大学城，德克萨斯州77843，美国
b奥本大学国家沥青技术中心，科技园路277号，奥本，阿拉巴马州36830，美国
c阿斯顿大学工程与应用科学学院，阿斯顿三角，伯明翰B4 7ET，英国
d德州农工大学扎克里土木工程系，3136 TAMU，CEOB 503A，大学城，德克萨斯州77843，美国
e德州农工大学扎克里土木工程系，3136 TAMU，CEOB 501D，大学城，德克萨斯州77843，美国
文章信息
文章历史：
2017年2月28日收到
2017年6月5日修订
2017年6月6日接受
于2017年6月9日在线可用
关键字：
力学经验模型弹性模量
永久变形剪切强度
侵蚀
摘 要
据报道，由当前的力学-经验路面设计预测的路面性能显示出对路基和无粘结层的敏感性低或没有敏感性。这个问题引起了广泛关注。针对这个问题，本文总结了作者用来寻找更好的模型的过程，该模型更好地模拟了路基和无粘结的基层对柔性和刚性路面性能的影响。首先进行全面的文献综述，并对发现结果进行分类。发现弹性模量，永久变形，剪切强度和侵蚀是关键因素。特别地，提供更高灵敏度的特性是：（1）模量，剪切强度和永久变形的湿度相关性；（2）模量与永久变形的应力相关性；（3）模量的各向异性。已经找到了许多无粘结的层/路基模型并进行了分类。根据敏感性程度，准确性程度和开发难易程度，开发了三个标准来确定候选模型。前两个标准用于评估收集的无粘结层/路基模型，而相关的开发和实施问题则作为后续工作进行规划。选择作者先前开发的两个模型作为示例来说明性能预测的改进，包括无粘结层的湿敏，应力依赖和横观各向异性模量模型以及应力依赖的力学-经验永久变形模型。无粘结的基础层。通过实验室测试和数值模拟验证了这两个模型。此外，它们与AASHTOWare路面ME设计中的同类产品进行了比较。精度和对操作条件（例如湿度，交通压力以及负载引起的/颗粒引起的各向异性）敏感的优点是显而易见的。除了这两个模型，还概述了剪切强度模型和侵蚀模型的开发。候选模型需要进一步开发和实施，以解决诸如分层输入，校准/验证和实施等问题。这些是有关此主题的正在进行和计划中的工作，以更好地整合路基和无粘结层的影响，从而有助于改善路面设计。
copy;2017 Elsevier Ltd.保留所有权利。
*通讯作者。
电子邮件地址：xueluo@tamu.edu (X. Luo), fzg0014@auburn.edu (F. Gu), y.zhang10@aston.ac.uk (Y. Zhang), r-lytton@civil.tamu.edu (R.L. Lytton), d-zollinger@tamu.edu (D. Zollinger).
http://dx.doi.org/10.1016/j.trgeo.2017.06.002
2214-3912 /copy;2017 Elsevier Ltd.保留所有权利
介绍
路面是一种复合结构，通常由面层，基层和垫层组成。面层可以是用于柔性路面的沥青混凝土，或用于刚性路面的水泥混凝土。基层可以是无粘结层，也可以由胶结材料稳定。众所周知，路面的性能在很大程度上取决于面层的性能。例如，研究了沥青混凝土在反复交通荷载下或在各种环境条件下的性能，以表征和预测不同的路面应力，例如疲劳裂纹和永久变形。还已经认识到，柔性和刚性路面的性能与无粘结层和路基的特性密切相关。但是，最近的研究表明，AASHTOWare路面ME设计所预测的性能显示出对这些底层的敏感性很低或没有敏感性（Schwartz等，2011).路面ME设计中使用的特定性能指标包括（AASHTO, 2008）：（1）挠性路面的整体车辙，与载荷有关的开裂，热开裂和光滑度；（2）刚性路面的横向开裂，断层，冲孔，裂缝宽度和光滑度。Schwartz等，2011 研究了无粘结层和路基对这些性能指标的敏感性。柔性人行道的性能包括：（1）无粘结层的弹性模量，厚度，土壤水分特征曲线（SWCC）和泊松比；（2）弹性模量，SWCC，泊松比，液体极限，可塑性指数，200％通过的百分比以及路基的地下水深度。刚性路面的性能检查包括：（1）弹性模量，厚度，可蚀性指数，载荷传递效率（LTE）和无粘结层的基础平板摩擦力；（2）路基的弹性模量和地下水深度。定义每个属性的敏感度以反映性能指标如何受此属性影响。最终结果表明，路面ME设计所预测的性能通常显示出对路基和无粘结层输入的敏感度较低或没有。特别是以下情况成为主要问题：
柔性路面的总车辙仅对无粘结层和路基的弹性模量和SWCC敏感，对无粘结层的厚度不敏感。
●
柔性路面中与荷载有关的开裂对无粘结层的SWCC不敏感，对路基的SWCC稍有敏感性。
●
节理型普通混凝土路面（JPCP）的断层对弹性模量和易蚀性略有敏感，对无粘结层的厚度不敏感。JPCP中的横向裂纹对无粘结层的弹性模量，厚度和易蚀性略有敏感。
●
●
针对这些问题，本文的目的是找到这种低/无灵敏度的可能原因，并
提出了一种确定候选解决方案的方法，以改善路基和无粘结层对柔性和刚性路面性能的影响模型。为了实现这一目标，以下部分首先对现有文献中这些基础层的建模进行全面回顾。列出了影响路面性能的因素和可用于解决这些影响的模型。然后使用评估和筛选标准来确定候选模型，以更好地整合这些影响。作为选择过程的示例，我们选择，审查了两个无粘结层/路基的模型，并将它们与“路面ME设计”的以下几部分进行了比较。注意，本文中回顾的模型是先前开发的，因此将对其进行简要讨论，并在相关文献中找到更多详细信息。之后，提出了未来模型开发和实施的路线图。最后，结论和推荐部分总结了这些结果。
柔性和刚性路面中无粘结层和路基的建模
在本节中，将进行文献综述以找出引言部分中指出的问题的可能根本原因。更具体地说，分别在以下两个小节中收集和讨论与路面性能相关的无粘结层和路基的因素，以及为解决这些因素而开发的模型。最后，讨论了如何评估和筛选候选模型以供进一步考虑。
无粘结层和路基对柔性和刚性路面性能的影响
简介部分列出了路面ME设计中用于预测柔性和刚性路面性能所需的无粘结层和路基的输入。但是，除了这些参数之外，最近的研究还确定了路面性能会受到基础层其他特征的显着影响。根据全面的文献综述，这些因素可以分为以下几类：
材料特性（例如，模量，剪切强度）
●
●
对交通和环境(温度和湿度)条件(如永久变形和侵蚀)作出反应的材料行为
结构特征（例如，无粘结层的厚度）
●
表1-4 简要概述每个性能指标如何受到未约束层和路基因素的影响。这些表中也提供了相关文献中的一些缩写。表1-4 在此定义：IRI是国际粗糙度指数，CRCP是连续钢筋混凝土路面。
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表格1
无粘结层对柔性路面性能的影响因素。
|
性能 |
材料特性 |
材料特性永久变形 |
厚度 |
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|
指标 |
模量 |
剪切强度 |
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大小 |
交叉各向异性 |
水分敏感性 |
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总车辙 |
总车辙随着模量减少 而增加（Shahji, 2006; Masad and Little, 2004) |
使用各向异性特性时，大量的永久变形显着增加 (Masad et al., 2006) |
模量对基质吸力的变化具有较高的敏感性。水分变化大，导致模量下降（Witczak et al., 2000; Butalia et al., 2003; Wolfe and Butalia, 2004; Gupta et al., 2007; Cary and Zapata, 2011) |
剪切强度直接影响总强度，车辙随着剪切强度降低而增加（Brown, 1996; Theyse et al.,2007; Nuacute;ntilde;ez et al., 2004; Zhou et al., 2010; Gabr and Cameron, 2012; Chow et al., 2014) |
总车辙量随永久变形量的增加而增加(Cerni et al., 2012) |
车辙随基层厚度的增加而减小(Masad and Little, 2004) |
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与载荷有关的开裂 热裂 |
载荷相关的裂纹很容易在模量降低的情况下发生（Cerni et al., 2012; Masad and Little, 2004) 热裂纹由于模量的损失而加速 (Sahin et al., 2013) IRI随着基底模量的增大而减小(Masad and Little, 2004) |
利用非约束基层的交叉各向异性，可以减少疲劳开裂寿命的估算值（Adu-Osei et al., 2001) N/A |
较大的抗剪强度可改善支撑层的整体性，并提高抵抗载荷引起的开裂的能力（AASHTO, 2008) N/A |
N/A N/A |
厚的无粘结层会增加抗荷载开裂的能力(Shahji, 2006; Masad and Little, 2004) 较厚的基层可能有助于缓解热裂纹的严重程度 (Carpenter and Lytton, 1977) |
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平滑度（IRI） |
交叉各向异性影响总车辙和开裂，导致 IRI的变更(Masad and Little, 2004) |
高剪切强度导致IRI |
无约束基底的永久变形是导致表面粗糙度增大的主要问题(Zhou et al., 2007) |
IRI的变化随基层厚度的增加而减小(Masad and Little, 2004) |
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