黃河沖積平原區(qū)大面積的分布有黃河沖積粉土，這是我國特有的一種土質(zhì)，這些地區(qū)很難以其它筑路材料作為路基替代填料。山東是我國開始建設(shè)高速公路較早且里程較長的省份，也是典型的黃河沖積平原粉士分布地區(qū)。該粉土土基是一種容易失穩(wěn)的土基，易產(chǎn)生路基路面病害，這些病害的過早出現(xiàn)嚴(yán)重影響了公路的使用性能和使用壽命。黃河沖積平原區(qū)高速公路的路基強度衰減造成的路面早期病害與路面大修加鋪改造問題十分突出，因此，圍繞該問題開展相關(guān)研究顯得十分必要和迫切。
本文從黃河沖積平原區(qū)路面結(jié)構(gòu)早期破壞嚴(yán)重的實際問題出發(fā)，通過對多條道路的路面病害、路基不均勻沉降及路基含水量分布狀態(tài)等問題進行較充分的現(xiàn)場調(diào)查與研究，在室內(nèi)外試驗及數(shù)值計算分析的基礎(chǔ)上，揭示了黃河沖積平原區(qū)半剛性基層瀝青路面在正常荷載條件下早期結(jié)構(gòu)性損害依然發(fā)生的原因，主要是由于路基含水量變化引起的路基強度衰減及不均勻沉降造成，而重載交通則加劇了病害的發(fā)展速率和幅度。基于該地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)的這一工程特點，本文針對大修改造典型結(jié)構(gòu)的選擇，提出了對上部路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求、依據(jù)及應(yīng)采取的措施。在對地基與路基進行相應(yīng)的病害預(yù)防與處治的前提下，從功能性角度和結(jié)構(gòu)性角度初步探討了適合的大修加鋪特殊結(jié)構(gòu)，提出基于路基強度衰減下的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，選取了“復(fù)合式”基層結(jié)構(gòu)來控制瀝青路面結(jié)構(gòu)早期病害的發(fā)生，并通過數(shù)值分析與計算對這一新型路面結(jié)構(gòu)進行了驗證。
首先，本文通過大量的室內(nèi)外試驗，如現(xiàn)場含水量測試、室內(nèi)回彈模量測試、滲透規(guī)律測試、抗剪強度指標(biāo)測試等，系統(tǒng)研究了黃河沖積平原區(qū)擊實粉土的土質(zhì)特性以及在不同水分來源時的滲透規(guī)律，揭示了擊實粉土的強度(模一最)變化規(guī)律:其次，本文采用gisar計算程序，計算分析了路基強度衰減、重載交通兩種因素對半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)的影響，提出路基強度衰減對基層層底拉應(yīng)力影響最大的觀點。同時，計算分析了兩種因素聯(lián)合作用下對基層疲勞壽命的影響規(guī)律，從而揭示了黃河沖積平原區(qū)路面結(jié)構(gòu)使用壽命短的主要原因;第三，現(xiàn)場實測了黃河沖積平原區(qū)路基不均勻沉降規(guī)律，提出不均勻沉降沿橫向分布為近似拋物線分布規(guī)律，沿縱向主要分布在橋頭連接處路段�；�于有限元軟件Ansys，選取典型路段，基于平面應(yīng)變假定，分別分析了橫向不均勻沉降和縱向不均勻沉降對路面結(jié)構(gòu)受力的影響，分析說明半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)對橫向不均勻沉降非常敏感。建立三維有限元模型，分析了實際不均勻沉降對路面結(jié)構(gòu)的影響:最后，綜合考慮由于路基強度衰減與不均勻沉降的影響導(dǎo)致的傳統(tǒng)半剛性路面結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)黃河沖積平原區(qū)粉土路基的特點，提出了“復(fù)合式基層”路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，并以級配碎石層和大粒徑透水性瀝混合料(LSPM)結(jié)構(gòu)層為例，采用數(shù)值模擬手段，分析了該類復(fù)合式基層路面結(jié)構(gòu)對路基強度衰減、不均勻沉降及重載交通的適應(yīng)性，從而為該地區(qū)舊路大修改造的路面加鋪層結(jié)構(gòu)新的典型結(jié)構(gòu)形式提供了相應(yīng)的理論依據(jù)與支持。
總之，本論文在黃河沖積平原區(qū)高速公路路基強度衰減與路面結(jié)構(gòu)特性方面所做的研究工作，對我國的公路工程建設(shè)與維護將有著重要的理論和實踐意義。