多孔瀝青路面微觀力學(xué)特性與空隙衰變行為研究.pdf

1、多孔排水瀝青路面的主要特征是空隙率較高，一般在20％左右，高空隙率帶來的路用性能表現(xiàn)為降噪效果良好、表面抗滑能力強(qiáng)、透水性好、安全性高。然而，高空隙率引起的不良結(jié)果為荷載作用后，該類型路面中的空隙會產(chǎn)生空間形態(tài)上的衰變，導(dǎo)致混合料中的結(jié)構(gòu)空隙出現(xiàn)兩種結(jié)果：一、結(jié)構(gòu)空隙總量和分布均發(fā)生衰變；二、結(jié)構(gòu)空隙總量未發(fā)生變化，而結(jié)構(gòu)空隙的分布發(fā)生變化，前一種情況主要發(fā)生在施工階段，后一種情況主要發(fā)生在運(yùn)營階段。尤其對于多孔排水路面，后一種情況更為

2、重要，直接關(guān)系到其排水能力和功能的持續(xù)性問題，因此揭示多孔瀝青路面中的空隙空間形態(tài)及分布、研究多孔瀝青路面微觀空隙的力學(xué)特性、分析空隙在荷載作用后的衰變行為具有重要意義。 本文以多孔瀝青路面的空隙衰變?yōu)橹骶€，從微觀角度給出了空隙的概念模型，借鑒多孔固體力學(xué)分析了簡化空隙模型的力學(xué)形態(tài)，根據(jù)Betti互等定理推導(dǎo)了應(yīng)用于多孔瀝青路面的空隙體積模量，采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法結(jié)合龔帕斯“生長”模型研究了空隙的衰變規(guī)律。此外，利用離散元方法

3、數(shù)字重構(gòu)了瀝青結(jié)合料、骨料及混合料，數(shù)值模擬了有限空隙的衰變特性，分析了形成空隙結(jié)構(gòu)的骨料顆粒的位移矢量及接觸力矢量，從微觀角度明確了空隙變形機(jī)理。 經(jīng)理論推導(dǎo)和離散元方法數(shù)值模擬，本文取得的具體成果如下： (1)提出了多孔瀝青混合料的概念模型，并闡明了針對多孔瀝青混合料的體積模量的概念，包括混合料的體積模量及空隙體積模量，完整推導(dǎo)了用于解釋多孔瀝青混合料體積模量的方程，包括干燥及飽和兩種狀態(tài)的求解過程，研究了空隙體積模

4、量與溫度之間的關(guān)系； (2)簡化了多孔瀝青混合料中的空隙模型，并對簡化后的空隙模型進(jìn)行了力學(xué)分析，根據(jù)具體實(shí)例得出了簡化空隙模型的變形為0.05mm； (3)根據(jù)龔帕斯預(yù)測模型研究了空隙體積模量的衰變規(guī)律，比較了理論值與預(yù)測值之間的差異，誤差率最大僅為9.25％，從而驗(yàn)證了龔帕斯模型在預(yù)測空隙體積模量方面具有可行性； (4)利用離散元方法對瀝青結(jié)合料、集料及瀝青混合料進(jìn)行了數(shù)字重構(gòu)，分別選取不同的微觀接觸模型，給

5、出了不同空隙率下的骨架接觸力矢量； (5)利用離散元方法數(shù)值模擬了三種空隙模型在荷載作用下的變形特性，其中等邊三角形平行粘結(jié)模型的空隙模型變形最小、最穩(wěn)定，并給出了組成空隙結(jié)構(gòu)顆粒的位移和接觸力矢量變化特征； (6)以三種瀝青混合料結(jié)構(gòu)模式(Fine Resolution Parallel-Bonded Material A(Afp)、Coarse Resolution Parallel-Bonded Material

6、A(Acp)、Gross Resolution Parallel-BondedMaterial A(Agp))數(shù)值模擬了各自的間接拉伸試驗(yàn)，Afp模式的劈裂抗拉強(qiáng)度最大，內(nèi)部產(chǎn)生的微裂縫最多，并分析了組成瀝青混合料試件顆粒的接觸力及位移矢量變化規(guī)律； (7)通過對Acp不同加載速率下間接拉伸試驗(yàn)的模擬，得到隨著加載速率的增加劈裂抗拉強(qiáng)度增大的結(jié)論； (8)數(shù)值模擬了多孔瀝青路面在荷載作用下路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，得出了路面結(jié)