瀝青路面動態(tài)模量及裂縫擴(kuò)展研究.pdf

1、不管是基礎(chǔ)理論還是工程實(shí)踐，瀝青路面動態(tài)模量和路面內(nèi)部各種裂縫都是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。全面掌握瀝青路面動態(tài)模量變化規(guī)律、正確認(rèn)識瀝青路面內(nèi)部裂縫擴(kuò)展機(jī)理，使得道路工作者能夠進(jìn)一步理解路面力學(xué)行為，這將促使和完善瀝青路面的設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)工作。本文研究了基于動態(tài)模量的瀝青路面力學(xué)響應(yīng)和路面疲勞裂縫的擴(kuò)展問題，并通過試驗(yàn)研究及數(shù)值分析的方法對上述問題進(jìn)行論述，主要工作及結(jié)論如下：
　?。?）利用瀝青混合料基本性能試驗(yàn)儀（SPT）對SMA-13、

2、AC-20、AC-25和ATB-25四種瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)動態(tài)模量試驗(yàn)研究，分析了溫度、加載頻率影響下的動態(tài)模量和相位角的變化規(guī)律；基于分?jǐn)?shù)階積分理論，引入能夠用于描述瀝青混合料動態(tài)特性的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)粘彈性模型，對瀝青混合料動態(tài)粘彈性采用分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)三元件固體模型進(jìn)行研究，并分析了擬合效果。結(jié)果顯示：通過使用較少的試驗(yàn)參數(shù)就能夠得到用于描述瀝青混合料動態(tài)特性模型，且擬合效果更好；分?jǐn)?shù)階參數(shù)r與相位角的相關(guān)性較好，具有一定的物理意義，可用于描

3、述瀝青混合料的動態(tài)粘彈性，它體現(xiàn)的是瀝青混合料所處的粘彈性比例，對于瀝青混合料它的值一般在0.30～0.50之間。
　?。?）利用已經(jīng)建立的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，基于動態(tài)模量參數(shù)研究了瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同車速、溫度等因素下的力學(xué)響應(yīng)，選取路表彎沉、瀝青面層底拉應(yīng)變及土基頂面壓應(yīng)變等指標(biāo)進(jìn)行分析，并與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的靜態(tài)抗壓回彈模量路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行對比；其次，基于斷裂力學(xué)基本理論，在有限元方法中利用動態(tài)模量主曲線和時溫轉(zhuǎn)化因子確

4、定行車速度下的瀝青混合料力學(xué)性質(zhì)，采用移動荷載模式，考慮行車速度、荷載及溫度對含多裂紋的瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力特性分析。
　?。?）在有限覆蓋無網(wǎng)格法的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的移動最小二乘插值構(gòu)造的形函數(shù)處理位移邊界條件，使得有限覆蓋無網(wǎng)格法可用于處理連續(xù)與非連續(xù)性問題，并通過算例表明本方法的可行性。
　?。?）將斷裂力學(xué)引入有限覆蓋無網(wǎng)格法，并編制了相關(guān)程序。通過程序模擬了三點(diǎn)彎曲試件裂紋的擴(kuò)展情況，并與已有研究成果進(jìn)行對比，結(jié)果

5、表明該方法能夠較好的模擬混合料的擴(kuò)展情況。通過試驗(yàn)成果與程序計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，可以看出裂紋的擴(kuò)展路徑趨勢基本相同，對于裂紋擴(kuò)展時出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象程序能夠較準(zhǔn)確的體現(xiàn)，并能夠獲得較精確的應(yīng)力強(qiáng)度因子，因此程序能夠用于裂縫的擴(kuò)展行為。
　?。?）通過有限覆蓋無網(wǎng)格法模擬了瀝青路面結(jié)構(gòu)中裂紋的擴(kuò)展路徑。詳細(xì)的評價了路面厚度、設(shè)計(jì)模量、行車荷載等因素影響下路面結(jié)構(gòu)裂縫的擴(kuò)展。采用灰色關(guān)聯(lián)優(yōu)勢分析法分析了各影響因素對參數(shù)KⅠ、KⅡ及θ的影