梁新政[1]2000年在《路面结构层应力非线性特性反演研究》文中提出围绕落锤式弯沉仪（FWD）弯沉检测所开展的路面结构材料特性反演已有20年左右的时间，一些研究成果已在工程中得到日益广泛的应用。但是，现有的反演理论基本上都建立在层状弹性体和拟静力分析方法的基础之上，忽略了路面材料非线性特性及动荷载下的惯性力影响和粘性效应。目前，国际上仍采用多级荷载回归方法近似考虑非线性影响，未能反映非线性的本质，在某些情况下误差较大。采用合理的非线性模型和动力分析方法是路面结构层材料特性反演的必然发展方向。本文采用确定性优化反演方法，对路面结构层材料特性反演进行了系统的研究，主要成果包括： 1、改进了非线性最小二乘优化方法，将其引入到路面结构层材料特性反演分析 中，使收敛稳定性明显提高，收敛速度显著加快； 2、针对不同类型的路面材料，分别选用了考虑应力非线性的体应力模型、k_1～k_3 模型和双线性模型；采用拟静力分析方法，求解了路面结构在FWD峰值荷载 作用下的非线性变形和应力；结合非线性最小二乘优化，提出路面结构层应力 非线性特性的静力反演方法。理论弯沉盆和实测弯沉盆的反演分析表明，本文 的方法结果合理，数值稳定性好，能够较好地解决应力非线性参数的识别问题； 3、引入能够反映不同材料模量随应力状态变化的体应力模型和双线性模型，建立 了路面结构在FWD动荷载作用下的平衡微分方程，并进行了逐步积分求解， 得到了FWD动载下的表面弯沉时程；与非线性最小二乘优化相结合，研究了 结构层应力非线性参数的动态识别方法。实例分析表明，由于同时考虑了应力 非线性特性和动力效应，本文方法给出的反演结果更合理、可靠； 4、在选定的路段上，随着施工的进展，在各层位上分别进行了FWD弯沉检测和 静力线性、非线性及动力线性、非线性材料特性反演。实际应用情况表明，静 力线弹性反分析方法得到的结果在某些情况下明显不合理，而考虑材料应力非 线性和动力效应的反演方法可以给出合理的解答。本文最后还分析了各种方法 的适用性，为实际工程应用提供了借鉴和依据。
梁新政, 倪富健, 王复明, 徐宏[2]2002年在《路面结构层材料非线性特性反演》文中指出针对基于落锤式弯沉仪的路面结构层模量线弹性反演在某些情况下的不足之处 ,引入路面材料的非线性模型 ,并结合非线性最小二乘优化 ,研究路面结构层材料非线性特性有限元反演方法 ,通过实测弯沉盆的反演验证 ,表明可以较好地解决在基层或底基层上进行FWD检测 ,以识别薄弱层和监控施工质量时的模量反算问题
孙建兵[3]2002年在《土基模量的非线性反演分析及其应用研究》文中指出随着交通事业的发展，人们清楚地认识到，道路网的状况对国民经济的影响是极为重要的，世界各国在道路工程中的投资也越来越多，路网的科学化管理已成为迫切需要和研究热点。科学地管理路面，首先要科学地检测和评价路面，通过定期的检测评定，判断其未来的可能性状，为路面管理系统和养护计划提供必要的技术资料。 为了科学地检测和评价路面，近二十年来，路面无损检测和材料性能反演问题的研究在国际上受到日益广泛的重视。开展路面无损检测与材料性能反演问题研究，将在控制道路施工质量、深入认识路面长期使用性能、改善路面设计、优化道路改造方案及提高路网养护水平等方面具有重大意义。许多国家相继开发出了各种新型检测设备，并建立了较为完善的检测和评价系统。弯沉作为最普遍的路面结构状况评价指标，其检测技术和分析技术发展很快。自1953年发明梁式弯沉仪以来，路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪发展到模拟行车荷载作用的落锤式弯沉仪(FWD)，从单点最大弯沉检测发展到对路面弯沉盆的检测。而路面模量反演技术是伴随着FWD的出现而发展起来的。以FWD为代表的最新型的弯沉检测设备以其高速、可靠、无损及信息量丰富等特点，使得直接用测试弯沉反算出路面各结构层模量成为可能，从而可以进一步分析出路面结构的应力应变状态，评价路面的承载能力。因此，路面模量反演技术迅速成为国际上研究与推广的重要内容，并开发出了十几个应用软件和程序。 但是，目前应用较为广泛的路面模量反分析软件基本上都是建立在轴对称层状线弹性体理论基础上的，如Modulus、Modcomp、Wesdef、Sidmod等。这类软件的优势是与目前的设计理论相吻合，并且反演速度非常快；同时，其缺陷也较为明显，即忽略了路面材料的非线性特性，由此将必然产生误差。尤其是在进行土基材料特性反演时，如果忽略其非线性特性，将会导致反算出的土基模量偏大。因此，在进行路面材料尤其是土基材料特性反演时，进一步考虑材料的非线性性质，采用更符合实际路面的力学模型，是路面结构层材料特性反演的必然发展方向。 本文主要针对这一问题，在有限元方法和系统识别原理的基础上，采 用适当的路面力学模型，对基于土基线性考虑的路面结构层模量和土基的 非线性材料特性进行了反演分析，从而进一步对其整个路面系统作出评 价。本文研究工作的主要内容如下： l、介绍了用于计算路面材料非线性变形特性的几种非线性弹性模 型，并对它们的优缺点进行了分析。阐述了在进行土基材料非线性特性反 演时，不同的土基材料所应采用的相应的非线性特性模型。 2、系统介绍了当前一种新型的路基压实作用机械—一蓝派冲击压实 机。它凭借巨大的冲击能量和相当高的行驶速度可获得深层压实效果和极 高的压实效率，在公路、铁路和机场路基处理中得到了日益广泛的应用。 并阐述了冲击式压路机的工作原理和特点。依据冲击式压路机对土基深层 压实的实际作用倩况，引进一种新的反映士基非线性特性的力学模型。 3、在路面材料非线性模型的基础上介绍了非线性有限元的处理方 法，并对四结点、轴对称单元进行了分析，给出了相应的有限元分析方 法。 4、较系统地研究了路面材料性能反演分析的基本方法，主要包括系 统识别方法（SIDMOD）和数据库搜索法（MODULUS）。介绍了这两种方 法的原理和特点，并对这两种方法的优缺点进行了比较分析。本文主要是 在系统识别原理的基础上，完成了土基模量的非线性反演分析。 5、在基于土基线弹性体考虑的基础上，编写了用于计算三层线弹性 路面结构位移的有限元程序。并将其计算结果同通用程序BISAR计算结 果进行了比较，获得了良好的效果；在系统识别原理的基础上，编写了线 弹性路面结构层模量反算程序。通过大量数值算例，验证了系统识别方法 的稳定性、收敛性和实用性。 6、在基于土基非线性考虑的基础上，结合蓝派冲击压实土基的具体 特点，采用本文的土基非线性模型，编写了用于计算位移的静力非线性有 限元程序。经对比验证，用于计算位移是可靠的；应用系统识别方法，编 写了用于反算土基参数的反算程序。经实例验证，反算结果不受初始值影 响，且反算结果良好。较好地体现了冲击式压路机深层碾压的实际情况。 二 实测弯沉盆和理论弯沉盆的反演分析表明，由于考虑了土基材料的非线性 特性，本文反算出的土基模量分布是合理、可信的。 7、针对蓝派冲击压实问题，基于］’WD实际检测弯沉数据，对其压实 效果进行了评价分析，取得较为理想的效果。
张蓓[4]2003年在《路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究》文中研究说明路面雷达作为一种高效、快速、连续、无损的路面检测设备，其应用技术的研究自八十年代以来一直是国际上的热门课题。目前的研究成果大多局限于路面结构层厚度的检测。由于理论模型及信号采集等方面的困难，现行路面雷达厚度分析方法仅对新铺沥青混凝土路面有相对较好的检测精度，而对旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的检测精度却不能令人满意，对路面其它技术指标如压实度、含水量以及沥青含量的研究还处于探索阶段，建立在严密理论模型基础上的数据分析软件系统尚处于空白状态。 本文针对上述路面雷达应用技术存在的问题，研究路面结构层材料介电特性及其厚度的反演。基于电磁波基本理论，通过分析雷达电磁波在路面结构层介质中的传播特性，建立了雷达电磁波在路面结构体系中传播的正演模型，并依据该模型模拟合成了不同路面结构体系中雷达波的反射信号。应用该正演模型，首次将系统识别理论引入探地雷达信号分析领域，提出了路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析方法，并开发了反演分析软件SIDTHK。 本文主要研究成果和结论如下： 1．基于电磁波理论的基本原理，从Maxwell方程着手，建立了雷达电磁波在路面结构体系中传播的正演模型。该正演模型考虑了介质介电常数的虚部，理论上更为严谨，并更接近于工程实际，它不仅适用于低耗的沥青混凝土路面结构，而且也适用于高耗的水泥混凝土路面结构； 2．分析了路面结构层材料介电常数实部和虚部对雷达电磁波反射信号的影响，并得出以下结论：(1)介电常数的实部主要影响雷达反射波的时延，实部越大，时延越长；(2)虚部主要影响除路表反射波幅之外的其它结构层界面的反射波波幅，虚部越大，反射波幅越小；(3)当介质介电常数虚部较大时，忽略虚部将给分析结果带来明显的误差； 3．提出了路面结构层介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法，将奇异值分解技术应用于控制方程的病态诊断和求解，有效地解决了控制方程病态时的求解问题，建立了理论严谨、收敛快、精度高的模型参数调整算法，并开发了路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析软件SIDTHK。该软件成功地将合理的雷达波正演模型和高效稳定的参数反演方法结合起来，从根本上改变了目前路面雷达数据分析主要依赖于经验或手工试算的现状； 4．对SIDTHK软件考评结果显示：SIDTHK软件反算过程稳定，精度较高，而且反算结果在相当大范围内不受初始值的影响；不论是对新铺沥青混凝土路重庆大学博士学位论文 面，还是对旧沥青混凝土路面和水泥混凝土板，SIDTHK软件的反算精度都 明显高于现行方法的计算精度。此外，SIDTHK软件反算的路面厚度不需要 钻孔取芯标定，也基本上不受数据采集时路面结构层含水量状况的影响，与 现行方法相比具有更强的实用性;5.本文研究成果使路面雷达对新铺沥青混凝土路面的检测精度提高到一个新的 水平，并对解决旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面检测精度差这一国际性 难题作了成功的尝试，也为进一步研究复合材料的介电特性及其压实度、含 水量及沥青含量等技术指标的反演提出了全新的思路。
参考文献：
[1]. 路面结构层应力非线性特性反演研究[D]. 梁新政. 大连理工大学. 2000
[2]. 路面结构层材料非线性特性反演[J]. 梁新政, 倪富健, 王复明, 徐宏. 公路交通科技. 2002
[3]. 土基模量的非线性反演分析及其应用研究[D]. 孙建兵. 郑州大学. 2002
[4]. 路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究[D]. 张蓓. 重庆大学. 2003