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地震作用下半填路堤的伤损评价研究

石家庄铁道大学学报（自然科学版） 2024年第2期37卷 99-105页

作者：尹腾谦司春棣凡涛涛张勇李奇轩石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室河北石家庄050043 河北省高速公路京雄筹建处河北保定071799

针对当前半填路堤动力响应问题研究成本高、参数调整不灵活、影响因素单一等问题,基于数值模拟,以四川某路段发生震害的半填路堤为例,分析不同等级地震荷载(6级、7级、8级、9级)作用下半填路堤的设施损伤。采用人工拟合地震波,引入黏弹... 详细信息

针对当前半填路堤动力响应问题研究成本高、参数调整不灵活、影响因素单一等问题,基于数值模拟,以四川某路段发生震害的半填路堤为例,分析不同等级地震荷载(6级、7级、8级、9级)作用下半填路堤的设施损伤。采用人工拟合地震波,引入黏弹性边界,分析半填路堤在不同条件下的位移变形、边坡稳定性和路堤承载力。通过强度折减法与极限平衡法评估边坡稳定性,运用Terzaghi公式计算路堤承载力。结果表明,不同工况下,强度折减法对比极限平衡法得到的安全系数误差均在4%以内,说明强度折减法可以较好地评估边坡稳定性;随着地震等级的提高,半填路堤的位移增量逐渐增大,边坡稳定性逐渐降低,路堤承载力逐渐降低;半填路堤在8级、9级地震荷载作用下处于失稳状态;在8级地震荷载作用下,半填路堤位移增量增长约20倍,安全系数下降52.8%,路堤承载力下降57.0%,同比变化幅度均最明显,表明8级地震荷载对半填路堤的破坏性更显著。

关键词：半填路堤地震位移变形边坡稳定性路堤承载力

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高速公路胶粉沥青混合料疲劳损伤细观力学分析及试验研究

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中外公路 2024年第3期44卷 53-62页

作者：李南鹏王国清王志斌张霞司春棣石家庄铁道大学交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北雄安京德高速公路有限公司河北雄安071000 石家庄铁路职业技术学院轨道交通系河北石家庄050062

为探究重载车辆作用下高速公路胶粉沥青混合料(ARHM-20)面层的疲劳损伤机理及细观力学行为,该文基于离散元方法,构建混合料的三维细观结构模型,研究从集料运动到形成宏观永久变形的损伤机理。采用Burger’s本构模型表征沥青砂浆的黏弹属... 详细信息

为探究重载车辆作用下高速公路胶粉沥青混合料(ARHM-20)面层的疲劳损伤机理及细观力学行为,该文基于离散元方法,构建混合料的三维细观结构模型,研究从集料运动到形成宏观永久变形的损伤机理。采用Burger’s本构模型表征沥青砂浆的黏弹属性,通过沥青蠕变试验获取不同温度下Burger’s模型的宏观力学参数,基于宏观与细观的转换公式得到细观建模参数;利用Solidworks软件制作不规则粗集料,使得模型更接近实际工况。该文采用分布加载方式,先让轮胎在地面滚动并提取与地面的接触力,随后将接触力施加在模型上。依据实际公路工程级配,制备车辙试验试件并进行室内车辙试验,验证三维细观结构模型的有效性和正确性。研究结果表明:离散元方法可用于研究沥青混合料的细观运动力学行为,车辙演化宏观行为主要是由沥青混合料内部粗集料的细观受力分布及运动演化产生,与未添加胶粉的沥青混合料相比,ARHM-20沥青混合料具有更好的高温抗疲劳能力。

关键词：胶粉沥青混合料离散元方法细观力学行为损伤演化机理

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中国路面工程学术研究综述·2024

中国公路学报 2024年第3期37卷 1-81页

作者：《中国公路学报》编辑部董侨杜豫川郭猛黄优贾彦顺蒋玮金娇李峰刘成龙刘鹏飞刘状壮罗雪吕松涛马涛沙爱民单丽岩司春棣王朝辉王大为肖月徐慧宁杨旭张久鹏张园朱兴一不详东南大学同济大学北京航空航天大学北京工业大学长沙理工大学石家庄铁道大学长安大学亚琛工业大学浙江大学哈尔滨工业大学华南理工大学

近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路... 详细信息

近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路技术、路面材料基因与高通量、公路数字化及智能化、公路智能检测与高性能养护等七大研究方向,系统梳理了近年来国内外路面工程的发展现状、前沿热点问题与未来发展趋势。具体围绕公路绿色化、韧性化、智能化、长寿命与交能结合等领域,遴选了20个热点研究方向,涵盖公路致灾因素及失效机理、公路韧性评估与恢复、公路韧性提升关键技术、公路长寿命路面结构足尺试验、公路结构与功能寿命增强技术、公路清洁能源采集技术、公路能源自洽设计、公路路域环境影响测试与评估方法、低环境影响路面新材料、沥青路面温拌再生技术、路面材料基因研究、路面材料跨尺度计算、路面材料基因与高通量研究、公路数字化建模技术、公路数字孪生仿真技术、公路运维数据驱动技术、公路探地雷达检测技术、路面性能轻量化检测、公路沥青路面抗滑性能检测及恢复技术、公路高性能预防养护技术等主要内容。该综述可为中国路面工程学科发展提供指引和参考,为路面工程领域研究人员与技术人员提供参考和借鉴。

关键词：综述公路韧性评估与恢复长寿命路面结构与材料公路交通能源自洽低环境影响公路技术路面材料基因与高通量公路数字化及智能化公路智能检测与高性能养护

层间粘结失效后桥面沥青铺装层细观力学行为分析

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吉林大学学报(工学版) 2023年第6期53卷 1719-1728页

作者：司春棣崔亚宁许忠印凡涛涛石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄铁道大学交通运输学院河北雄安京德高速公路有限公司

首先，通过室内单轴压缩试验、劈裂试验和斜剪试验及其数值仿真标定了沥青上面层、下面层及防水粘结层细观参数；然后，通过施加滚荷载和设置层间粘结失效区域，对各结构层材料的应力、位移、速度等力学行为进行监测。结果表明，沥青面... 详细信息

首先，通过室内单轴压缩试验、劈裂试验和斜剪试验及其数值仿真标定了沥青上面层、下面层及防水粘结层细观参数；然后，通过施加滚荷载和设置层间粘结失效区域，对各结构层材料的应力、位移、速度等力学行为进行监测。结果表明，沥青面层间的粘结失效会显著影响上面层与下面层顶部颗粒的应力和运动状态，且下面层颗粒横向应力响应明显变大；沥青面层与桥面板间的粘结失效导致下面层底部颗粒横向应力增大，层间出现横向移动趋势。通过监测层间粘结失效后不同结构层材料的力学状态变化可以预测桥面铺装层病害的发展，为桥面沥青铺装层预防性养护提供参考。

关键词：道路工程桥面铺装离散元法细观力学层间粘结失效

自修复型微胶囊在沥青路面中的受力分析及破裂机制

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材料导报 2022年第10期36卷 44-49页

作者：朱月风赵向臻司春棣闫涛李彦伟石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北省交通安全与控制重点实验室石家庄铁道大学交通运输学院河北省交通规划设计院交通运输行业公路建设与养护技术材料及装备研发中心河北交投干线公路开发有限公司

采用多尺度分析及复合材料断裂力学方法，研究了微胶囊材料在沥青路面中的力学性能需求以及微胶囊在微裂缝作用下的破裂机制。首先，应用离散元法从宏观、细观和微观三个尺度逐层确定模型和参数，构建含微胶囊的沥青路面多尺度模型，分... 详细信息

采用多尺度分析及复合材料断裂力学方法，研究了微胶囊材料在沥青路面中的力学性能需求以及微胶囊在微裂缝作用下的破裂机制。首先，应用离散元法从宏观、细观和微观三个尺度逐层确定模型和参数，构建含微胶囊的沥青路面多尺度模型，分析车辆重载作用下微胶囊的受力行为。其次，以改进扩展有限元法研究含微胶囊的沥青胶浆复合材料的裂纹扩展，考察微胶囊材料参数、相对位置等因素对裂纹扩展路径的影响，确定微胶囊能够及时破裂并发挥自修复作用的性能要求。研究表明：在1.43 MPa轮胎接地压力下，沥青混凝土中面层沥青砂浆内部的接触压力和接触拉力分别为0.347 N、0.093 N;通过微观尺度的分析可得，微胶囊所受接触压力的均值为25 mN,接触拉力的均值为7.7 mN。复合材料断裂力学分析表明，当微胶囊的弹性模量小于沥青胶浆基体的弹性模量时，微胶囊的存在对裂尖断裂参数起强化作用，微裂纹朝着微胶囊扩展，使得微胶囊及时破裂并发挥自修复功能。在微胶囊材料选择和制备时，可应用先进技术(如纳米压痕技术或原子力显微镜等)对微胶囊的力学性能参数进行测量，以使其满足沥青路面中的使用要求。

关键词：沥青路面微胶囊多尺度离散元断裂力学

水-荷耦合作用下沥青桥面铺装层裂缝扩展分析

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吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：崔亚宁司春棣凡涛涛王飞石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北省交通安全与控制重点实验室石家庄铁道大学交通运输学院

沥青混合料桥面铺装层裂缝在水-荷载作用下会进一步引发松散、坑槽等病害，为揭示荷载作用下孔隙水压力对既有裂缝扩展的影响，本文建立沥青混凝土连续箱梁桥面铺装层有限元模型，并通过现场动载试验，以桥梁动挠度及模态为指标验证有... 详细信息

沥青混合料桥面铺装层裂缝在水-荷载作用下会进一步引发松散、坑槽等病害，为揭示荷载作用下孔隙水压力对既有裂缝扩展的影响，本文建立沥青混凝土连续箱梁桥面铺装层有限元模型，并通过现场动载试验，以桥梁动挠度及模态为指标验证有限元模型正确性。然后，在桥面铺装层上面层底部预设纵向裂缝，通过分析裂缝尖端应力强度因子KI和KII的变化规律研究水-荷耦合作用下桥面铺装层既有裂缝扩展影响。研究发现，应力强度因子KI的变化反映出动水压力作用会促进铺装层张拉型裂缝扩张，水的存在导致KI值增大约50%，动水压力越大扩展速度越快，动水压力对剪切型裂缝的扩展影响较小，应力强度因子KII变化不大，但由于水的存在使得应力强度因子响应时间变长，因此水会对桥面铺装层产生持续影响。

关键词：道路工程桥面铺装层裂缝扩展水-荷载耦合应力强度因子

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沥青胶浆高温流变性能及矿粉强化效应评价

吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：李松石星星司春棣蒋继望暴斌硕石家庄铁道大学土木工程学院东南大学交通学院石家庄铁道大学交通运输学院石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄铁道大学管理学院

为定量表征矿粉对沥青胶浆的性能影响，本文采用改进的多应力蠕变恢复(MSCR)试验，评价沥青胶浆的高温流变性能，基于沥青胶浆的不可恢复柔量Jnr指标提出矿粉强化效应指标ΔJnr，并诠释矿粉强化规律。结果表明：矿粉强化效应与沥青种类... 详细信息

为定量表征矿粉对沥青胶浆的性能影响，本文采用改进的多应力蠕变恢复(MSCR)试验，评价沥青胶浆的高温流变性能，基于沥青胶浆的不可恢复柔量Jnr指标提出矿粉强化效应指标ΔJnr，并诠释矿粉强化规律。结果表明：矿粉强化效应与沥青种类有关，其中SBS改性沥青胶浆矿粉强化作用呈两阶段趋势，即先随矿粉掺量的增加而线性增强，随后不再受矿粉掺量的影响。两阶段临界值可作为沥青胶浆的推荐矿粉掺量，计算得到3.5%和4.0% SBS改性剂掺量的改性沥青胶浆的推荐矿粉掺量分别为120%和100%。构建矿粉强化效应的多元线性回归模型，进一步阐明应力等级、改性剂掺量和矿粉掺量对矿粉强化效应的影响。

关键词：道路工程沥青胶浆高温流变性能矿粉强化效应推荐矿粉掺量多应力蠕变恢复试验

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土石坝渗流安全监测的遗传支持向量机方法

水利学报 2007年第11期38卷 1341-1346页

作者：司春棣练继建郑杨天津大学建筑工程学院天津300072

为了有效地根据土石坝地原型观测资料来分析坝体和坝基中存在的渗流问题,本文在对建模因子进行分析的基础上,充分利用支持向量机的结构风险最小化原则和遗传算法快速全局优化的特点,通过支持向量机模型对非线性监测数据进行拟合,并利用... 详细信息

为了有效地根据土石坝地原型观测资料来分析坝体和坝基中存在的渗流问题,本文在对建模因子进行分析的基础上,充分利用支持向量机的结构风险最小化原则和遗传算法快速全局优化的特点,通过支持向量机模型对非线性监测数据进行拟合,并利用遗传算法优化支持向量机的模型参数,建立了基于GA-SVM的土石坝渗流监测模型。实例分析表明,该模型与传统的多元线性回归模型和神经网络模型相比,具有预测精度高、泛化能力强等优点,对土石坝安全监控具有实用价值。

关键词：土石坝渗流安全监测支持向量机遗传算法

复杂移动轮胎力作用下沥青路面黏弹性力学行为模拟研究

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振动与冲击 2017年第15期36卷 181-186页

作者：王扬王丽娟路永婕司春棣石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室石家庄050043

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法... 详细信息

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法则宜采用应变硬化率关系式;在轮胎力反复作用下,路面内部的应力分布趋于均匀,中面层承受较大的Tresca应力;在轮胎工作状态相同的条件下,单轮组对路面永久变形的贡献与双轮组同等重要,双轴组对路面的破坏效应比单轴组更加显著。

关键词：沥青路面黏弹性力学行为复杂移动轮胎力有限元分析