土工夹层材料对应力强度因子影响的灰关联熵

土工夹层材料对应力强度因子影响的灰关联熵

发表时间：2018-10-01T18:55:22.290Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：胡学亮1 孙启亮2

[导读] 摘要：反射裂缝一直是半刚性基层沥青混凝土路面难以避免问题，设置土工夹层材料可以有效延缓反射裂缝出现时间，基于断裂力学相关理论采用有限元的方法，计算不同夹层材料夹层切向劲度系数、宽度、模量和厚度等参数对应力强度因子的影响，运用灰关联熵的分析方法，分析以上因素对应力强度因子的影响程度，并提出在不同荷载情况下各因素对应力强度因子影响程度的排序结果，研究结果表明：灰关联熵分析方法用于分析诸因素对应力强度因

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2.山东高速工程咨询有限公司山东济南 250031

摘要：反射裂缝一直是半刚性基层沥青混凝土路面难以避免问题，设置土工夹层材料可以有效延缓反射裂缝出现时间，基于断裂力学相关理论采用有限元的方法，计算不同夹层材料夹层切向劲度系数、宽度、模量和厚度等参数对应力强度因子的影响，运用灰关联熵的分析方法，分析以上因素对应力强度因子的影响程度，并提出在不同荷载情况下各因素对应力强度因子影响程度的排序结果，研究结果表明：灰关联熵分析方法用于分析诸因素对应力强度因子的影响能获得较好结果。

关键词：应力强度因子、灰关联熵分析

0引言

自从20世纪30年代以来，反射裂缝一直为各国道路研究者所关注，并且开展了多方面的研究。在防治半刚性基层沥青路面反射裂缝的工程实践中，我国已试验了多种防治措施，涉及整个路面结构。这些措施大致可分为三类：第一类为改善沥青混凝土罩面层性能，如增加沥青层厚度，采用改沥青及加筋材料，在混合料中添加聚酯纤维等；第二类为设置中间夹层，如土工织物、玻璃纤维格栅、SAMI层等；第三类为设置防裂结构层，如沥青碎石或级配碎石等。其中设置中间夹层对于由基层水平位移引起的张开型裂缝能起到较好的防裂作用，并在京唐(北京—唐山) 公路、京哈(北京—哈尔滨)一级公路、津沽(天津—塘沽)公路、沪嘉(上海—嘉兴) 等高速公路广泛应用，效果明显。本文从断裂力学角度，先采用有限元模拟不同荷载作用下设置土工材料路面结构应力强度因子变化规律，运用灰关联熵分析方法研究夹层切向劲度系数、宽度、模量和厚度对应力强度因子的影响程度，从而更好地指导工程实践。

一、灰关联熵分析法

灰关联熵的理论是在灰关联基础上发展的方法，有效克服了灰关联分析局部关联倾向和个性信息损失的缺点，可以更加有效对有限的、表面无规律的数据进行处理，从而找到系统本省具有的特征，并且在有限信息中，分析各种因素序列的相互关联性，找到影响系统的主要因素和次要因素。因此，本文中采用灰关联熵分析法，分析土工织物参数对应力强度因子的显著性，灰熵关联度越大，影响越显著。

1.1灰熵分析的基本步骤

首先求出关联系数，然后进行灰熵关联的密度值计算、灰熵计算，最后计算出灰熵关联度，并根据其大小确定主次因素。

根据上述方法，可以确定各种影响因素的的排序：比较列的灰关联熵越大，灰关联系数差异性越小，与参考列的吻合程度高，表明比较列对应的影响因子排序越靠前，影响的显著性越高。

二、实例分析

根据断裂力学相关理论，采用有限元软件模拟路面结构，计算了设置土工织物夹层后，应力强度因子在行车荷载及温度荷载作用下的变化规律，分析了聚酯玻纤布、土工布及玻璃纤维格栅的结构参量对裂缝尖端应力强度因子的影响。

2.1基本参数取值

沥青面层模量E1=1000-3000MPa,μ1=0.25，厚度h1=0.15-0.3m，基层模量E2=1000-3000MPa，μ2=0.25，h2=0.3-0.6m,土基模量E3=50MPa，μ3=0.25。夹层材料分别采用聚酯玻纤布、土工布及玻璃纤维格栅，模量的取值分别为917MPa、500MPa、3000MPa，层间接触条件均采用切向劲度系数表示。KS1=KS2=108MPa/m表示层间完全连续，KS1=KS2=10MPa/m表示层间完全光滑。裂缝扩展深度1～10cm。

2.2 计算结果

通过有限元软件分析计算土工夹层材料在不同影响因素条件下，应力强度因子，结果如表2.1，表2.2及表2.3所示表2.1正载作用下KI的计算

三结论

基于断裂力学原理，采用有限元软件模拟路面结构，计算了设置夹层

材料夹层后，应力强度因子在行车荷载及温度荷载作用下的变化规律，并用灰关联熵方法对各影响因素进行排序。

1、对称荷载作用下依次是：切向劲度系数>夹层宽度>夹层模量>夹层厚度;

2、非对称荷载作用下依次是夹层厚度>夹层宽度>夹层模量>切向劲度系数；

3、温度荷载作用下依次是切向劲度系数>夹层宽度>夹层模量>夹层厚度。从上面的排序结果可以看出，在对称荷载和温度荷载作用下，土工织物与基层的接触状态对应力强度因子的影响比较大。因此在施工过程中，应严格控制夹层的铺设宽度和层间接触状态。

参考文献

[1]邓聚龙.灰色系统理论教程[J].1990

[2]张岐山、郭喜江、邓聚龙灰关联熵分析方法[J]系统工程理论与实践.系统工程理论与实践.1996,(8):7-11.

[3]黄晓明公路土工合成材料应用原理[M].北京:人民交通出版社,2001,155-161.

[4]周富杰.防治反射裂缝的措施及其分析[博士学位论文][D].上海：同济大学，1998.