动态贯入下浇注式沥青混合料的永久变形研究

基于修正Burgers模型推导出动态贯入下浇注式沥青混合料永久变形的模型,用该模型对浇注式沥青混合料(GA-10)在动态贯入试验下的永久变形试验数据进行了回归分析,获得了不同温度、荷载应力峰值和间歇时间下的模型参数.试验结果表明:高温重载是使浇注式沥青混合料产生永久变形的重要因素,永久变形经历了快速增长和缓慢增长两个阶段;高温使黏弹性变形恢复的能力下降,黏弹性残余应变量增大,同时加速永久变形量的产生;由于混合料硬化松弛的影响,间歇时间越长,混合料产生的永久变形量越大,在不同间歇时间下,黏度和非线性增长速度值基本保持不变;较大的荷载应力峰值使混合料的内应力变大,黏弹性变形恢复能力变强,但重载会加速永久变形量的增长.     

重复荷载下沥青混合料变形的粘弹性有限元分析

沥青混合料是典型的粘弹性材料,广义Maxwell粘弹模型能很好地描述沥青混合料的变形规律。通过拟合AC-13C基质、改性沥青混合料的静载蠕变试验数据获得广义Maxwell模型的Prony系列系数,采用加载0.1s、卸载0.9s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,对重复荷载作用下的沥青混合料进行粘弹性有限元分析,预测出重复荷载作用下AC-13C基质、沥青混合料的变形,与实测变形相比具有很好的一致性。粘弹性有限元方法预测出的应变包括弹性应变和蠕变应变,而蠕变应变直接导致永久变形的产生,通过分析蠕变应变可以判别沥青混合料的弹性恢复能力。     

沥青混合料永久变形的弹黏塑-损伤力学模型

对Burgers模型中串联黏壶进行了改进,并将改进模型看成是由三单元Van Der Poel模型与黏塑性元件串联组成.综合运用黏塑性力学和损伤力学理论,同时引入应变硬化变量和损伤软化变量,建立了基于应变硬化理论的沥青混合料损伤蠕变模型.再采用半正矢波间歇荷载模拟实际路面轮载作用,推导了重复荷载作用下沥青混合料永久变形的弹黏塑性损伤力学模型.根据室内重复荷载永久变形试验结果,运用最小二乘法原理,得到了弹黏塑性损伤力学模型的相关参数,并对该模型进行了验证.验证结果表明,该模型可以全面、统一地描述沥青混合料永久变形的三阶段特性.     

沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性变形

为了研究沥青混合料在不同温度、不同应力下黏弹性变形响应,提出了基于三轴重复荷载试验评价沥青混合料抗车辙能力的方法,并对沥青路面车辙发展规律进行了分析。采用半正弦波荷载来模拟路面实际车辆荷载,基于黏弹性五单元八参数模型,推导了能够适用于三轴重复荷载试验的力学模型。结合三轴重复荷载试验的试验结果,利用Origin 8.5软件,对三轴重复荷载试验数据进行拟合,得到了相应的黏弹性参数。对比计算流动数和实测流动数,分析沥青混合料黏弹性变形特性。研究结果表明,温度越高、应力越大,混合料黏弹性变形越大,流变性越小;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合相关系数达到95%以上,表明该模型可以有效地反映沥青混合料黏弹性变形特性。     

重复荷载作用下浇注式沥青混合料黏弹特性

对浇注式沥青混合料进行了3种温度和3种荷载水平下的三轴重复荷载试验,利用Burgers模型推导了浇注式沥青混合料在重复荷载作用下的总应变公式.对理论应变公式和实验数据进行非线性拟合得到了浇注式沥青混合料在3种温度下的黏弹性参数,并分析了浇注式沥青混合料的永久变形和黏弹性变形的发展特性.研究结果表明:在半正弦重复荷载作用下,浇注式沥青混合料的变形规律与Burgers模型变形公式吻合较好,其永久变形随荷载作用呈线性增长,黏弹性变形先增长后趋于稳定,永久变形比例逐步上升;流动黏度随温度上升而迅速下降,延迟时间随温度上升而增加.     

单轴贯入重复剪切试验研究沥青混合料永久变形

沥青路面车辙变形越发严重,降低路面使用寿命的同时大大影响行车安全.通过对比分析,提出运用单轴贯入重复剪切试验研究沥青混合料的永久变形.对高速公路沥青路面上中面层最常用的4种沥青混合料进行了不同荷载水平下的单轴贯入重复剪切试验,得到如下结论:单轴贯入重复剪切试验可以做出沥青混合料的三阶段变形;荷载越大混合料永久变形的速率越大,剪切疲劳寿命或流动数越小,当荷载大于或等于1.3MPa时改性沥青混合料在较小的荷载次数内变形过大,发生剪切破坏,而当荷载小于或等于1.1MPa时变形增加极慢,稳定地处于变形的第二阶段而不破坏;抗剪强度较大的沥青混合料抵抗剪切变形的能力较强,改性沥青混合料抵抗剪切变形的能力远大于普通沥青混合料;荷载应力水平和作用次数具有等效性.     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一.利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响.通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较.研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征.     

基于永久变形试验的沥青混合料损伤分析

为分析沥青混合料的损伤特性,进行了两种沥青混合料的重复荷载永久变形试验,采用Kachanov损伤律推导了沥青混合料的损伤演化方程,并根据试验结果确定了损伤参数.结果表明,耦合损伤的力学模型较好地描述了沥青混合料三阶段的变形特性.在荷载作用下,沥青混合料损伤单调增加,而接近破坏时损伤会急速发展;在较高的应力和温度条件下,损伤值较大,且损伤发展较快.荷载作用次数达到流动数时,2种沥青混合料的损伤值基本介于0.14～0.15之间,表明在永久变形的迁移期和稳定期同样存在损伤,只是损伤值较小,并且可以近似看成线性损伤,但将其忽略是不合理的.     

基于动态蠕变试验的沥青混合料黏弹性分析

基于沥青混合料Burgers模型的黏弹性理论,通过动态蠕变试验进行AC-20黏弹性分析,得到不同温度及应力下的混合料变形特征曲线及Burgers模型4个参数的变化规律.结果表明:在同一温度下,随应力水平增加,永久变形随之增大,稳定期永久应变发展速率增大且破坏期提前到来,Burgers模型参数中E1、E2增大,η1、η2减小;在同一应力水平下,永久变形会随温度升高而增大,同时E1、E2减小,η1、η2增大.因此应力及温度对沥青混合料黏性及弹性影响程度不同,随着应力增加,弹性增强而黏性降低;随温度升高,则弹性降低而黏性增加,该结论与路面实际使用状况一致.     

混合式基层沥青路面动态响应测试结果特征分析

依托遂广高速公路沥青路面动态响应试验段,进行了系统采集数据的有效性分析,并基于沥青混合料、级配碎石和土体经典力学理论,评价了单后轴和双后轴货车作用下路面结构内部水平应变和竖向力学指标时程曲线的力学基本特征.研究结果表明:移动荷载作用下,沥青层层底纵向应变先后出现压—拉—压循环交变应变,沥青层层底横向应变表现为压—拉两个过程,沥青层层底纵向和横向应变应分别采用应变幅值和拉应变峰值作为路面在荷载作用下实际应变变化值,且沥青层层底横向应变测值受轮胎作用位置影响较大;同时,荷载驶离传感器后,沥青层层底水平应变响应存在明显残余应变,而土基顶面竖向压应力并不存在残余应力;双后轴货车后轴对应的路基顶面竖向压应力和沥青层层底横向应变叠加效应显著高于其他指标.现场试验证实,路面结构动态计算分析中,路基可简化为弹性体,沥青混合料材料应考虑其黏弹性特征,级配碎石过渡层应考虑其永久变形特性.     

重复荷载作用下粘性路基土的永久变形预估

利用室内重复荷载三轴试验,研究了在含水量、压实度和偏应力影响下粘性路基土的永久变形特性,并以Tseng-Lytton路基土永久变形预估模型形式为基础,对Tseng-Lytton模型进行了改进和标定,建立了粘性路基土的永久变形预估模型;最后利用分层应变总和法,并结合一个典型粒料柔性基层沥青路面结构实例,计算了路基土的永久变形量.     

基于分数阶导数的盐岩流变本构模型

盐岩流变特性的研究对诸多地下工程如战略能源储备、CO2封存、高放废物处置等具有十分重要的意义.本文从分数阶导数出发,在常黏性系数Abel黏壶基础上,提出了一种新的变黏性系数的Abel黏壶元件.通过将分数阶Abel黏壶代替经典西原模型中Newton黏壶的方法,构建了基于分数阶导数的盐岩流变本构模型,并给出了流变本构模型的解析解.论文进一步应用程控流变仪进行了湖北江汉油田王储1井盐岩试件的单轴流变实验,基于盐岩流变实验数据,对分阶导数流变本构模型的参数进行了拟合分析,确定了模型中的参数.论文还进行了分数阶流变模型中的参数敏感性分析,揭示了应力水平、分数阶导数阶数、黏性系数对流变应变的影响规律,并验证了分数阶流变本构模型在特殊条件下可退化为经典西原模型.研究发现,本文提出的分数阶流变本构模型可以更好反映盐岩流变的三阶段尤其是加速流变阶段.     

重复列车荷载作用下多年冻土路基长期变形分析

在青藏铁路北麓河段选取素填土路基断面开展列车通过实时振动测试,得到车载作用下路基路肩处的加速度时程曲线,并将该动力荷载转化为作用在路基表面的等效均布荷载.基于冻土三轴流变实验结果,对典型的青藏铁路多年冻土路基进行了重复列车荷载作用下的蠕变分析,得到了机车荷载作用下冻土路基所产生的长期变形量,量化了该部分变形在路基总变形中所占比例.研究结果表明,机车荷载作用下路基两侧坡脚产生较大的剪应变,并且逐渐向上扩展,垂直方向变形占总变形量的10%左右.     

黏质路基土永久变形改进计算方法

通过室内重复荷载三轴试验,测试了36种工况下黏质路基土永久应变与试验加载次数之间的关系;采用统计回归的方法对黏质路基土永久变形预估模型进行了标定与修正.以分层应变总和法为基础,结合道路渠化交通的考虑,提出了分条分层总和法作为柔性路面路基土在车辆重复荷载作用下永久变形的改进计算方法,并详细说明该方法的计算原理及步骤.结合典型柔性路面结构实例,计算了黏质路基土的永久变形量,并通过对比分析,验证了该方法的合理性.     

间断级配橡胶沥青混合料抗车辙性能

采用我国现行车辙试验、重复加载蠕变试验、动态模量试验等室内试验和工程验证,通过对比间断级配橡胶沥青混合料ARAC13与苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物改性沥青(SBS改性沥青)混合料SMA13的性能指标,研究ARAC13的抗车辙性能.室内试验结果表明,在初期压密阶段,ARAC13压缩变形大、模量低;初期压密以后,ARAC13模量增大,抗车辙能力增强.我国现行车辙试验不能模拟围压作用下沥青混合料的压密过程,不能反映ARAC13混合料抗车辙性能在压密前后的变化;重复加载蠕变试验可以反映其性能变化.4年的工程应用表明,重复加载蠕变试验2 000次后的应变次数曲线斜率可以用于评价ARAC13的抗车辙性能,ARAC13的抗车辙性能优于对比的SMA13.     

基于黏弹性理论的沥青罩面层力学响应研究

 根据黏弹性理论构建沥青罩面层三维黏弹性有限元模型,运用大型有限元软件ABAQUS进行动态荷载试验,研究了沥青罩面层的力学响应。结果表明,沥青罩面层由于其本身的黏弹性,在动态载荷作用下会产生与弹性材料不同且更为复杂的应力响应,应力状态随加载和卸载而不断变化,加载时其表面为压应力,底层为拉应力,卸载时则相反,其表面为拉应力,底层为压应力;循环载荷下沥青罩面层受压应力和拉应力的交替重复作用,其表面和层底会产生残余应力,随温度的升高,其松弛模量增强,黏弹性减弱,残余应力逐渐减小。相对于把沥青罩面层作为弹性材料的方法,基于黏弹性的分析方法能够更准确地描述沥青罩面层的力学行为特征。     

钢筋混凝土板式楼梯的非线性有限元分析

采用ABAQUS软件建立了某混凝土板式楼梯的精细化三维有限元模型,并对其进行了竖向载荷和水平载荷作用下的非线性分析.结果表明,通过简化计算设计的混凝土板式楼梯完全满足结构的承载力和变形要求;在竖向载荷和水平载荷共同作用下,休息平台处的梯柱形成了短柱,其受力明显大于楼层处的梯柱,钢筋极易进入屈服状态;设计中应加强楼梯结构的抗震计算和分析.