季节性冻土地区公路易在冻土融沉、渗水、恶劣气候环境和超载重载等复杂因素耦合作用下产生病害[1-3]，导致正常使用性能和寿命受到很大程度影响。现有研究表明[4-7]，该地区大多数路面病害的产生，都与其特殊环境下引发的路基不均匀变形有直接关系。
季冻区公路路基在使用过程中，由于频繁剧烈的冻融作用与渗水等原因，导致含水率不均匀，加之超载重载现象严重，进而在冻融与重载耦合作用下产生沉陷，形成不均匀变形。季冻区公路一直广泛采用的半刚性基层沥青路面结构，易在耦合作用下，产生诸如结构层断裂等严重结构性破坏[8-10]，造成交通堵塞，影响通行能力。因此在该地区，针对路基不均匀变形，半刚性基层沥青路面结构存在耐久性不足问题，有必要开展优化型路面结构研究，提高季冻区公路使用寿命。
本文基于川藏公路柔性加固基层沥青路面结构的真实工作状态，建立路面结构二维弹性模型，开展有限元数值模拟研究，分析长寿命路面结构在路基不均匀变形状态下的力学响应和变形破坏发展规律，揭示该路面结构的力学性能。
一、二维弹性模型的建立
通过BISAR计算软件建立川藏公路柔性加固基层沥青路面结构模型，其中加固基层是由土工格室+级配碎石组成的加固层，和两层碎石保护层共同构成。其中加固层的厚度，格室尺寸确定为20cm，碎石保护层厚度为5cm。柔性加固基层弹性模型的材料参数主要选择回弹模量E和泊松比，土工格室+级配碎石结构层的回弹模量根据该层所处位置的不同取值划分为300~650MPa之间，若该层处于基层位置则取值较大，而底基层则取值较小，本文中该层处于基层位置，因此模量应选取较大值650MPa，泊松比为0.3。
二、力学响应分析
根据试算反推法，通过改变施加的荷载值和土基模量值，计算沥青面层层底拉应力，并与容许值进行比较，判断是否发生结构破坏。直到沥青面层层底拉应力超过容许值，路面结构发生破坏，此时的路基顶部竖向位移值即为路面结构不均匀变形临界破坏值。
计算结果如表1所示：
表1 路面结构不均匀变形容许值计算结果表
根据表1所示计算结果分析可知，当荷载和土基模量分别选用0.95MPa和30MPa时，下面层层底拉应力为0.302MPa，超过其容许拉应力值，路面结构会发生破坏。此时的土基顶部变形值为1.12mm，即该结构的不均匀变形容许值。
按照计算得出的结构层处于不均匀变形临界破坏值时的荷载和土基模量值，计算该路面结构的沥青层层底拉应力。计算结果如表2所示：
表2 路面结构不均匀变形临界破坏值下不同路面力学响应对比表
根据以上数据可知，在半刚性基层沥青路面结构不均匀变形临界破坏值的条件下，柔性加固基层沥青路面结构的面层层底拉应力，较半刚性基层结构沥青面层要小，不会发生结构破坏。因此说明了，同等不均匀变形条件下，柔性加固基层路面结构具有更好的适应能力。
三、结语
本文基于弹性模型下，通过BISAR计算软件，建立了柔性加固基层沥青路面结构的弹性模型，通过改变荷载和土基模量的大小，进行了路面结构的层底拉应力计算，进而得出不均匀变形临界破坏值。并通过对计算结果的对比分析，有土工格室加固的沥青路面结构，其层底拉应力值则远远小于容许值。由此可说明，土工格室对于柔性碎石基层具有良好的加固效果，可以显著提高其抗变形能力。
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