沥青路面表面纵向与横向疲劳裂缝扩展研究

王宏畅，茅建校，陈旭东

(南京林业大学土木工程学院，南京210037)

裂缝是沥青路面最主要的结构破损形式之一，过去对传统上的从面层底部向上扩展的疲劳裂缝及反射裂缝作了较多的研究和评价，最近许多研究已证实了因荷载引起的疲劳裂缝可能发生在路表并向下 扩 展 贯 穿 整 个 沥 青 面 层。 如 Gerritsen［1］、Dauzats［2］、 Myers［3］、 Uhlmeyer［4］、 Geoffrey Rowe［5］、Nunn［6］等都发现在轮迹带区域的内部和外侧出现表面纵、横向裂缝向下扩展的现象。虽然表面裂缝初期对路面结构的承载力影响较小，但后期它们对路面的功能耐久性有着极大的影响，而且提供了水分进入路面结构内部的通道，加剧裂缝尖应力集中，加速裂缝扩展。本文基于断裂力学和奇异等参元法，利用有限元软件ABAQUS，建立20结点等参立方体单元的有限元模型，数值计算交通荷载作用下路面表面纵、横向裂缝疲劳扩展，分析探讨了表面纵、横向裂缝疲劳扩展的规律。

1 表面疲劳裂缝的形成

沥青路面表面疲劳裂缝可定义为起始裂缝发生在路面的表面并且向沥青面层内扩展。从路面钻取的试样或切槽断面显示出表面裂缝扩展贯穿了表面层和部分中面层，严重的甚至贯穿整个沥青面层。产生表面裂缝的原因复杂，综合分析表面疲劳裂缝的产生机理有两种基本观点如图1所示:

图1 表面向下裂缝 (纵、横向)扩展受力示意Fig.1 Top-down crack(longitudinal and transverse)extension

一是在轮胎前缘和边缘路表或靠近路表区产生了较高的水平拉应力，使得路表首先产生开裂，并向下扩展，其初期表现为轮迹带区域单一短小的裂缝;随之发展进入第二阶段，短裂缝扩展变长并在开始裂缝的0.3～1.0m的范围内形成裂缝簇;最后进入第三阶段，平行纵向裂缝簇通过短的横向裂缝相互连接形成龟裂。……