沥青混合料单轴压缩试验的离散元仿真

沥青混合料是一种具有非连续性特征的道路材料,而当前的道路设计理论却将其处理成连续均质体系,这使得材料的细观力学性质得不到应有的考虑。为突破常规数值方法基于连续性的理想假设,进行了某级配的沥青混合料单轴压缩试验的离散元模拟,并将模拟试验与室内试验进行了比较。结果表明,离散单元数值方法能够通过改变计算模型中颗粒单元的性质给出与实际试验相符的本构行为。此外,还针对离散元仿真试件的细观力学特征对沥青混合料本构行为的影响进行了初步的参数研究,并揭示了一些规律,这对于离散元方法今后在道路材料和结构工程中的实际应用提供了有益的指导。     

沥青混合料三维离散元虚拟单轴蠕变试验

为了从沥青混合料不连续特征的角度研究其永久变形行为,采用离散元方法进行了沥青混合料三维离散元虚拟单轴蠕变试验,生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料三维离散元虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,并采用基于时温等效原理的方法对粘弹性离散元模型的计算效率进行了优化,最后将三维虚拟试验结果与二维虚拟试验及室内试验结果进行了比较.研究表明:时温等效原理能够大大减少粘弹性离散元模型的计算时间;三维虚拟试验结果与室内试验结果相差无几,二维虚拟试验结果大于三维虚拟试验及室内试验结果,且随着荷载的增大差异也随之增大.     

研究沥青混合料的离散单元法

沥青混合料具有典型的黏弹性能,首先对离散单元法进行了简要介绍,提出了采用这种方法分析沥青混合料粘弹性能的理论以及分析路线和方法,并对黏弹性能分析迭代过程中关键的时间间隔Δt的取值进行了重点的分析和讨论。最后通过实例,验证了应用离散单元法分析沥青混合料的优点。     

沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律

基于沥青路面分析仪疲劳试验,通过调整试件的宽跨比来增强试件尺寸对路面结构的代表性,研究沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律.制备原状、短期老化和长期老化3种板式试件,用往复移动的试验轮加载,使对边简支的板式试件内产生双向弯拉应力,测量疲劳过程中的挠度变化,观察裂缝开展过程,测定试件破坏时的疲劳寿命.板式试件疲劳试验显示了具有初始局部缺陷的有限宽度板在双向弯拉应力下的开裂过程.板底裂缝既呈现出从下至上的垂直扩展,又在板底水平方向呈现出长度的增加.板式试件的裂缝发展、裂缝形态及挠度变化均有别于梁式试件.     

用粘弹性理论预测沥青混合料的劈裂疲劳寿命

基于粘弹性理论,用拟应变来代替实际应变,建定了劈裂疲劳的破坏标准,推导了沥青混合料的劈裂疲劳寿命预测模型.通过劈裂蠕变试验确定了蠕变柔量、斜率、松驰模量以及拟应变等模型参数,预测了AC13沥青混合料在0.1和0.15应力比下的劈裂疲劳寿命.最后经劈裂疲劳试验验证,修正了预测模型.结果表明:预测模型可以较为准确地预估劈裂疲劳寿命,其离散性小于传统的劈裂疲劳试验,并可以大幅度减少试验量,节约试验时间.文中还给出了一个推荐的修正系数值,即0.713～0.757.     

用虚拟试验方法评价沥青混合料的级配类型

级配对于沥青混合料的性能具有至关重要的影响，而现有手段评价这些影响又具有相当大的难度，本研究尝试采用基于离散单元方法的虚拟试验对沥青混合料的级配类型进行了评价，结果表明，使用这种方法不仅实现了可视化级配设计，而且所得结论可以指导沥青混合料级配设计和施工。     

基于粘弹性理论的沥青混合料劈裂疲劳寿命预测

以粘弹性理论为基础,用拟应变来代替实际应变,建定了劈裂疲劳的破坏标准,推导了沥青混合料劈裂疲劳寿命预测模型。通过劈裂蠕变试验确定了蠕变柔量、m值、松驰模量以及拟应变等模型参数,预测了AC13沥青混合料在0.1和0.15应力比下的劈裂疲劳寿命。最后经劈裂疲劳试验验证,修正了预测模型。结果表明,预测模型可以较为准确预估劈裂疲劳寿命,其离散性小于传统的劈裂疲劳试验;可以大幅度减少试验量,节约试验时间;推荐的修正系数k为0.757~0.713,可供今后研究参考。     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合...     

基于离散单元法的环氧沥青混凝土虚拟断裂试验研究

为明晰环氧沥青混凝土的断裂力学行为特征,基于数字图像处理技术,采用离散元方法建立了切口小梁二维模型,开展了环氧沥青混凝土的虚拟弯曲断裂试验.从细观角度分析了环氧沥青混凝土断裂过程中的力学响应,探讨了其断裂机理及裂纹扩展路径,并与室内试验结果进行了对比.结果表明,采用离散元方法可较好地反映环氧沥青混凝土的断裂力学特性,数值模拟过程中虚拟试件的力学响应与理论结果相符.虚拟试验获取的材料强度参数与室内试验的测试结果接近,误差仅为0.25%,但前者所得的劲度模量因破坏挠度偏大,较后者低16.56%.在裂纹扩展过程中,破坏易产生于黏结较为薄弱的集料-砂浆界面.虚拟试验与室内试验的对比分析结果验证了离散元模型以及参数取值的正确性.     

沥青混合料疲劳损伤试验表征综述

针对沥青混合料疲劳损伤细观形态难以与宏观力学性能表征联系起来的现状,从损伤机理、表征模型及疲劳性能试验方法三方面综述了沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题,预测了其未来的发展方向。研究表明：由于沥青混合料是一种多相、多组分、多尺度的黏弹性材料,在评价其疲劳性能时,宏观的疲劳试验需要结合计算机断层扫描、数值模拟和数字图像相关技术等细观分析方法。沥青混合料疲劳性能试验方法目前应用最为广泛的是室内小型试件疲劳试验,由于不同试验方法中设置的试验条件各不相同,故其试验结果和性能参数呈现出显著的差异性。应重点研究沥青混合料抗疲劳开裂性能的细观结构损伤开裂形态与宏观性能表征的联系;改进现有疲劳试验方法的试验条件、开发先进的三维应力状态的加载设备,并增加试验的尺度以反映真实荷载环境下的疲劳性能;基于能量理论和黏弹性连续损伤揭示沥青混合料疲劳特性和历史荷载条件下的疲劳损伤规律。     

水泥改善沥青混合料水稳定性的疲劳试验研究

提高沥青混合料的水稳定性是提高沥青混合料抗水害性能的重要难点之一,沥青路面常因抗剥离性能不足而出现剥离性破坏,主要表现为路面坑槽。通过试验研究在沥青混合料中掺加少量的水泥可以提高沥青混合料的水稳定性,同时也能提高沥青混合料的抗疲劳性能。     

基于耗散能原理的沥青混合料疲劳特性分析

耗散能原理在沥青混合料疲劳特性的研究中已获得应用,本文通过实验验证了沥青混合料累积耗散能与疲劳寿命之间的唯一对应关系,并根据Schapery相关法则对混合料疲劳特性问题中的粘弹性及非线性因素进行了分析。耗散能法基于粘弹性理论将伪变量的概念应用到混合料疲劳性能研究中,对于疲劳破坏的标准定义更为准确,是分析混合料疲劳特性的一种有效方法。     

基于离散元方法的沥青混合料虚拟三轴剪切试验三维模拟

基于离散元方法建立了沥青混合料的细观力学结构模型,并通过虚拟三轴剪切试验,模拟验证了该模型的合理性.首先,开发了基于方孔筛工作机制的粗集料生成算法,建立了不规则形状的颗粒,使得粗集料的形状控制多样化和精确化.然后,将具有实际纵向分布特征的空隙相引入到沥青混合料的细观结构模型中,取代了传统方法中空隙随机分布的处理模式.结合室内试验和虚拟试验,获取了中高温条件下的沥青砂浆接触本构模型参数.虚拟三轴剪切试验的模拟结果以及对沥青混合料抗剪强度的预测结果验证了建立的细观结构力学模型的合理性,离散元虚拟试件产生的剪切破坏和实际试件破坏形态一致,由虚拟试验得到的抗剪强度和实际结果基本吻合.     

石灰岩沥青混合料疲劳试验研究

目前沥青路面设计以应力为控制指标,使用高强度材料导致沥青路面早期破损严重。通过石灰岩AC-13级配疲劳试验分析,提出应变控制方式下沥青混合料的疲劳性能预估模型。     

沥青混合料小梁疲劳试验的有限元模拟

小梁重复弯曲试验是评价沥青混凝土抗疲劳性能的一项重要室内试验。根据断裂力学原理,采用有限元方法,模拟计算小梁疲劳试验。结果表明,这种方法的计算结果可以与实际试验结果取得较好的一致性。在深入研究计算模型中的材料参数后,该方法可用于评价沥青混合料的抗疲劳性能。     

季冻区沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性研究

沥青混合料的疲劳裂缝是导致沥青路面面层破坏的主要原因之一,也是加速引起沥青路面水损害、老化等的重要原因。采用应力控制模式加载下的小梁弯曲试验,研究了不同温度或应力比下沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性。研究发现,沥青混合料的疲劳全寿命随温度的升高而缩短;相同温度时,沥青混合料的疲劳全寿命随着应力比的增大而缩短。当温度偏高时,沥青路面疲劳拓展寿命占据疲劳全寿命的比例较大;当温度偏低时则相反。疲劳全寿命的对数值与温度、应力比均成反比。裂纹拓展寿命占疲劳全寿命的百分比和温度呈指数关系。     

内聚力模型在泡沫沥青混合料离散元模拟中的应用

为研究内聚力本构模型对泡沫沥青冷拌混合料的适用性,基于内聚力本构模型,结合Matlab软件"凸包法"和三维ODEC算法,建立了泡沫沥青冷拌混合料的三维模型试件.同时,对不同级配的混合料进行模拟劈裂试验,用对比分析和统计分析的方法观察数值模拟与室内试验的结果.研究结果表明:"凸包法"和三维ODEC算法相结合能够模拟泡沫沥青冷拌混合料中的粗集料棱角性,数值模拟的劈裂试验强度-变形曲线发展趋势和实际的劈裂试验规律基本相符.模拟数据与试验数据具有良好的相关性,表明内聚力本构模型的三维离散元模拟能有效应用于泡沫沥青冷拌混合料设计.     

相同条件下大样本沥青混合料的疲劳性能

采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验研究,分析了沥青混合料试件疲劳寿命、初始模量和累计耗散能的分布规律,探讨了疲劳寿命与初始模量和累计耗散能的关系,以及疲劳寿命、初始模量和累计耗散能与试件空隙率之间的关系.试验结果表明:应变控制疲劳寿命数据的离散性大;沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈三参数W eibull分布和对数三参数W eibull分布,三参数W eibull分布可以用于分析沥青混合料的疲劳数据;相同条件下,试件的疲劳寿命与初始模量数据线性和对数线性负相关,与累积耗散能数据呈现非常良好的线性正相关,疲劳寿命对数和累积耗散能对数与空隙率负相关性较好;初始模量与空隙率的相关性不明显.文中的研究结果验证和揭示了沥青混合料的应变控制疲劳破坏规律.     

老化对沥青混合料疲劳性能的影响

为了得到老化对沥青混合料疲劳寿命的影响规律,通过对SHRP沥青混合料长期老化试验方法的改进,提出了对沥青混合料进行长期老化的试验方法,利用MTS（Material Test System-810）进行了不同老化程度下的疲劳试验,通过对疲劳试验结果的分析,得到了不同老化程度下的沥青混合料S-N疲劳方程,为分析老化对沥青混合料疲劳特性的影响提供了依据：分析结果表明：老化并不改变沥青混合料S-N疲劳方程在双对数坐标系中的线性关系,随着老化程度的增加,其疲劳耐久性变得越来越差,因此在沥青路面施工及运营过程中应采取适当措施减少或延缓其老化。     

沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,文中基于能耗的观点,研究了沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律.试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了3种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料的裂纹起裂点和疲劳破坏点.研究结果表明:具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有很好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积疲劳破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性.通过拟合VanDijk能耗公式参数而建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以方便地预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命.