1反射裂缝的扩展原因
裂缝扩展可以分为3种基本类型，如图1所示，张开型裂缝（I型），滑开型裂缝（II型），撕开型裂缝（III型）[5]。在旧混凝土路面加铺沥青层改造的复合结构路面设计中，假定临界破坏状态为沥青加铺层产生反射裂缝[6]。荷载作用于裂缝一侧，即在偏荷载作用情况下，沥青加铺层底部剪切应力最大，旧水泥混凝土路面板裂缝处只能承担部分剪切应力，大部分剪切应力需要沥青加铺层承担，在这种剪切应力的周期性作用下，易产生荷载型反射裂缝，该裂缝对应于断裂力学中的滑开型裂缝(II型裂缝)[7]。
2有限元计算模型
ABAQUS是有效的可用于工程模拟的有限元软件，具有较强的分析能力，且模拟复杂系统可靠性高。依据《城镇道路路面设计规范》（CJJ169-2012），结合马鞍山市湖南路旧混凝土路面加铺沥青层改造实例,运用ABAQUS建立有限元模型[8]，基于J-积分值计算应力强度因子KII。
2.1面层结构及材料参数
路面结构模型(图2)中土工格栅采用满铺形式，文中采用偏荷载形式，该形式为最不利荷载形式[9]。材料参数见表1。
2.2基本假定
旧水泥混凝土板上加铺沥青面层，在裂缝处的计算模型与弹性层状体系不同，为便于分析，采用如下假设：1)土工格栅为一层独立壳单元结构，其余各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体；2)各层层间竖向、水平位移均连续；3)不计路面结构的自重影响；4)横向裂缝间距是均匀的，裂缝宽度假设为1cm，且裂缝处无传荷能力。计算时，选取裂缝尖端面结点来计算II型应力强度因子，作为该裂缝尖端的应力强度因子KII．
2.3有限元模型建立及裂缝的设置
1)模型尺寸地基采用扩大尺寸进行模拟，拟定为5m×10m，其他参数见表1；轮胎内压0.7~1.4MPa，单个轮压作用范围18.6cm×18.6cm，接触面积为349.96cm2，双轮等效间距为12.8cm。文中假设有一初始裂缝，它处于水泥混凝土路面横向裂缝处的沥青混凝土层底，宽度为1cm，其示意图如图3。2)单元选取在计算模型中考虑到土工格栅与实体模型的接触问题及接缝处的变形，实体部分的单元选用适用于大变形和接触问题的C3D10M单元；由于土工格栅为比较柔软的中间夹层复合材料，在模型中采用考虑剪切作用的厚S8R单元；裂缝处采用奇异性单元(如图4所示）。图5AC层底反射裂缝处网格划分示意图Fig.5MeshgenerationofthereflectioncrackonthebottomofAClayer3)模型边界约束条件模型上表面是自由的；模型底面是固定的，基础底面各向位移为零；AC层底反射裂缝处网格划分，如图5所示。4)应力强度因子由于本模型是建立在二维模型的基础上，考虑到裂缝产生的方式，计算分析II型的应力强度因子KII，并规定应力强度因子KII左上右下剪切的为正，反之为负。
3计算结果与分析
按照设定的基本参数，建立有限元模型，通过变换汽车轮压，基于J-积分值方法计算在裂缝发展不同阶段有、无土工格栅下的应力强度因子KII。1)裂缝发展初期图6为裂缝前期(1cm)有、无土工格栅情况下轮压对KII值的影响。由图6可知：在裂缝扩展初期(1cm)有、无土工格栅情况下轮压，随着轮压的增加，KII值不断增加；道路结构中铺设土工格栅的KII值比没有土工格栅的KII值明显低，且随着荷载的增大，二者之间的差值愈来愈大。表明土工格栅在裂缝扩展初期具有良好的防治反射裂缝产生和扩展的效果。2)裂缝发展中期裂缝中期(4cm)对有、无土工格栅情况下，轮压对KII值的影响如图7。由图7可知：在裂缝扩展中期(4cm)，随着轮压的增加，KII值显著增加；道路结构中铺设土工格栅的KII值比没有土工格栅的KII值低，且随着荷载的增大，二者之间的差值愈来愈大。表明土工格栅在裂缝扩展中期同样具有良好的防反效果，且在重载作用下的效果更加明显。3)裂缝发展中后期裂缝中后期(8cm)有、无土工格栅情况下，轮压对KII值的影响如图8。由图8可以看出，在裂缝扩展的中后期(8cm)，随着轮压的增加KII值不断增加，土工格栅仍具有一定的防反效果，但是随着轮压的增加其对反射裂缝的抑制效果与裂缝扩展中期相比相差很大。4)裂缝发展后期裂缝后期(12cm)对有、无土工格栅情况下，轮压对KII值的影响如图9。由图9可以看出，裂缝扩展后期，随着轮压的增加，KII值不断增加，在标准轴载作用下土工格栅仍具有一定的防反效果，随着轮压的不断增加，铺设土工格栅层的应力强度因子KII值比无土工格栅层的情况下大。这说明在裂缝扩展后期，土工格栅没有起到减缓应力集中的作用，反而增加了裂缝处的应力集中，导致尖端KII值增加，加速裂缝的发展。
4结论与建议
在裂缝发展前期，土工格栅具有良好的抑制反射裂缝发展的效果，特别是在重载作用下裂缝扩展的中期效果更加明显；在裂缝发展的中后期，土工格栅对抑制反射裂缝还有一定的抑制效果，但其抑制效果与前期相比减弱很多；在裂缝发展的后期，土工格栅已经失去了其抑制反射裂缝的功能，土工格栅由于增加了接缝处的应力集中，反而加速了裂缝的发展。因此，在旧混凝土板与新铺沥青路面之间铺设土工格栅，对反射裂缝的发展有一定的抑制作用，但是其抑制效果是有限的。为尽量减少反射裂缝的产生，建议采取如下措施：1)在对旧水泥混凝土路面进行加铺沥青层改造前，应对老路面进行严格修补，选择合理的材料填补旧混凝土板块之间的接缝，并修补裂缝，以减少因接缝传荷能力不足或原有裂缝的存在导致反射裂缝进一步扩大，缩短复合路面的使用寿命。2)复合路面改造完成后，在道路运营阶段，及时修补改造后路面上出现的各种裂缝，以避免路动物医学论文表水随着裂缝进入基层，加速基层的区域性破坏而大大缩减复合路面寿命。
作者：余修平 蒋育红 姜守亮 单位：安徽工业大学 马鞍山市公路管理局
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