低温AC路面基层反射裂缝的扩展研究

凌升河 刘 琪 秦周傲宇

（1.绍兴市城投再生资源有限公司，浙江绍兴 312000；2.绍兴文理学院土木工程学院，浙江绍兴 312000）

沥青混凝土路面经常出现结构性方面的破坏，反射裂缝是造成破坏的主要原因，也是亟待解决的问题。我国有许多高寒地区，这些地区的道路具有道路建设成本高、日后的维护困难等特点，有必要研究减少沥青混凝土路面形成反射裂缝可能性的方法。在低温情况下，沥青呈脆性，类似脆性材料，低温沥青也具有抗压不抗拉的性质。

徐世法等[1]利用现场实际调查法得出道路表层和面层的温度关系。石名磊等[2]利用其在现场的实际调查，总结道路的裂缝机制，其中包括两种失去稳定的种类，第一种为道路基层失衡，第二种为道路强度失衡。孙迪[3]研究软土地基裂纹的产生原因和扩展机理，根据研究结果提出预防方法，加强对地质条件差的地基道路的预防预报。郑建龙等[4]在沥青表面温度章节以大范围的冷却效果计算，研究不同裂纹宽度和不同冷却速度对温度应力的影响。周富杰等[5]采用计算机软件进行有限元计算，研究裂纹端部在气温变化下的变化。范植昱[6]采用计算机软件进行有限元计算，研究道路存在的裂纹情况。张起森[7]采用相关的力学运算对裂纹进行归纳，对反射裂缝进行分析。刘善平等[8]运用力学相关模型理论，研究道路的裂纹问题。

在一些高寒地区，沥青路面结构表面常出现一些等间距的裂缝，裂缝距离近似，裂缝方向垂直于路面行进方向，贯通整个路面结构，道路裂纹的间隔代表道路的性能强弱[9]。

沥青路面结构中等间距裂缝现象如图1所示。

图1 沥青路面结构中等间距裂缝现象

文章研究高寒地区不同S/T值（裂缝间距与面层厚度的比值）对沥青混凝土路面的影响，通过应力与声发射分析以及累计声发射的分析，研究高寒地区的声发射裂缝的扩展规律，为相关工程提供参考。

1 数值模型的建立及边界条件

在AC路面结构基层的上表面处预设3条等间距且深度相同的裂缝。裂缝间距分别为250、500、750、1 000 mm，对应的S/T的值分别为1.25、2.50、3.75、5.00。预制模型的实际长、厚分别为5 000、1 200 mm，上表层厚度为200 mm，下层结构厚度为1 000 mm。模型面层未施加约束，其他部位施加固定约束。从0开始，每一加载步下降1℃，一直下降至-40℃。

多单元应力分析位置如图2所示。

图2 多单元应力分析位置

材料力学参数如表1所示。

表1 材料力学参数

2 应力与声发射分析

研究裂缝间距为250、500、750、1 000 mm时，在气温的影响下，模型应力与声发射的情况。

不同S/T下拉应力-加载步曲线如图3所示。

图3 不同S/T下拉应力-加载步曲线

不同S/T加载步-声发射曲线如图4所示。

图4 不同S/T加载步-声发射曲线

由图3、图4可知，不同S/T值下，加载步-声发射曲线和拉应力-加载步曲线裂缝间距为250、500、750、1 000 mm时，有一个暴涨点出现，在两幅曲线中的加载步值约为21。加载步-声发射曲线和拉应力-加载步曲线中，声发射与拉应力均在21加载步附近出现最大值。

随着加载步持续加载，其拉应力与声发射出现断崖式下跌。在裂缝间距分别为250、500、750、1 000 mm情况下，曲线基本呈相似趋势变化，其拉应力与声发射的最大值也出现在相近的加载步，但最大值不同。将裂缝间距为250、500、750、1 000 mm时的最大拉应力进行汇总整理画图，对S/T和峰值应力数据进行拟合。

S/T与最大应力曲线如图5所示。

图5 S/T与最大应力曲线

由图5可知，最大拉应力呈波动下降趋势，在裂缝间距不断增大的情况下，道路结构中反射裂缝所需要的最大拉应力呈波动下降趋势，表明在裂缝间距不断增加的情况下，更容易出现反射裂缝。S/T=3.75时，最大水平应力69.5 MPa，高于S/T为2.5与5.0时的最大拉应力水平。

3 结语

在裂缝间距不断增大的情况下，道路结构中反射裂缝所需最大拉应力呈波动下降，更容易出现反射裂缝。S/T值为3.75时，最大水平拉应力为69.5 MPa，高于S/T值为2.5与5.0时的最大拉应力水平，低温沥青材料抗压不抗拉。AC路面工程中，应在基层预制一定间隔的裂缝，可以获得较好的抗反射裂缝效果，具体的间隔裂缝间距根据具体的工程参数计算。