重塑黄土黏弹特性试验研究与模型参数分析

讨论了20℃时,重塑黄土在3种加载应力下的单轴蠕变试验.采用Burgers模型对其黏弹性进行分析.利用Origin7.5软件对模型参数进行拟合,得到重塑黄土黏弹性本构方程的一般表达式.对比模型预测值与试验结果,并分析模型参数对蠕变过程的影响.结果表明,Burgers模型能较好地反映重塑黄土的黏弹特性,且应力-应变等时曲线表明重塑黄土的流变表现出较明显的非线性特征,而模型的弹性参数E1确定了蠕变过程的初始位置(t=0),弹性参数E2控制了第一阶段曲线范围,黏性系数η1确定了第二阶段蠕变曲线的斜率,黏性系数η2控制了第一阶段蠕变曲线弯曲程度.     

沥青混合料低温抗裂性能研究

以低温弯曲试验为基础,得出沥青混合料破坏能的函数关系。采用Burgers模型作为本构模型,对低温弯曲蠕变试验结果进行非线性分析,得出材料模型的粘弹性参数。通过模拟路面降温条件,采用粘弹性方法以Burgers模型为基础得出温度应力的计算公式,以及温度应力产生的应变能的计算方法,进而以能量为判据,提出将温度应力产生的应变能与沥青混合料的破坏能相比较,从而判断沥青路面是否发生低温开裂的预估方法。     

沥青砂粘弹性模型参数的试验研究

进行了沥青砂在40 ℃、5种加载应力下单轴压缩蠕变试验,选择Burgers模型分析其粘弹性,通过模型参数与加载应力相关性分析,得到了沥青砂粘弹性本构方程的一般表达式,进行模型预测值与试验结果对比,并分析模型参数对蠕变过程的影响.结果表明,Burgers模型能够描述沥青砂粘弹特性,且模型的弹性系数E1确定了蠕变曲线的初始位置(t=0),弹性系数E2控制了第一阶段蠕变曲线范围,粘性系数η1确定了第二阶段蠕变曲线斜率大小,粘性系数η2主要控制了第一阶段蠕变曲线的弯曲程度.     

矿粉掺量对沥青胶浆低温黏弹特性影响研究

为了探究粉胶比的变化对沥青胶浆体系低温黏弹性能的影响,通过小梁弯曲蠕变试验测试了不同矿粉掺量下4种不同类型沥青胶浆体系的低温性能,引入低温系数λ进一步评价胶浆体系的低温性能;基于黏弹性理论,结合Burgers黏弹性本构模型方程,对-18℃温度下沥青胶浆的蠕变柔量曲线进行非线性拟合,得出Burgers模型4个黏弹参数的变化规律。结果表明:粉胶比增大,各沥青胶浆体系的劲度模量S及低温系数λ增大,蠕变速率m及黏弹比RV减小,说明体系的黏性特征减弱,低温抗裂性能降低,弹性特征增强,抵抗变形的能力提高。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;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及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

SMA-13沥青混合料的永久变形研究

针对SMA-13沥青混合料在高温地区的永久变形问题,采用旋转压实成型(SGC)试件,使用COOPER公司CRT-NU14材料试验机对试件进行三轴重复荷载蠕变试验,研究温度和偏应力对SMA-13沥青混合料重复荷载下蠕变性能的影响,在蠕变试验数据基础上利用1stopt软件基于修正Burgers模型拟合出SMA-13永久变形预估模型,并采用Origin绘制不同温度下SMA-13沥青混合料的"温度-偏应力-作用次数"三维曲面。     

基于黏弹原理的热再生沥青低温抗裂性分析

针对目前沥青低温性能评价指标的不足,从黏弹力学原理出发,对热再生沥青在不同温度及再生剂掺量下进行沥青弯曲蠕变试验,试验采用应力松弛时间、耗散能比及m/S值指标进行分析,结果表明:基于Burgers模型推导出的应力松弛时间、耗散能比、m/S指标均可以反映沥青的低温性能,虽然各指标所采用的黏弹性参数并不一致,但结果相一致.再生剂改变了沥青黏弹比例,使其蠕变行为及抗裂性能发生变化,随着温度降低,热再生沥青松弛时间增加,耗散能比减小,m/S值减小,沥青低温抗裂性变差;随着再生剂掺量的增加,沥青松弛时间减少,耗散能比增加,m/S值增大,沥青的低温抗裂性能显著增强.随着温度降低,再生剂对沥青m/S及耗散能比的影响随其掺量的增加而呈降低趋势,应当根据区域气候特点及经济性选择再生剂掺量.     

沥青混合料粘弹特性分析

选择沥青混合料AC-13C,通过UTM进行室内静态蠕变试验,用线粘弹本构模型Burgers模型进行粘弹特性分析,并通过构建经验的双曲线和幂函数进行数据拟合,发现尽管Burgers模型物理意义比较清晰,但其精度较经验本构模型低。因而在对于描述沥青混合料本构特点时,经验本构方程是比较适用的。     

沥青混合料细观粘弹性参数获取方法及蠕变特性研究

针对细观状态下分析沥青混合料蠕变及粘弹性能时缺乏细观粘弹性参数的问题,给出了利用质量比与比表面积不变的原则,采用将沥青混合料的矿料及其粘附的沥青逐级去除成型等效沥青混合料试件的方法,并运用不同模型来得到粘弹性参数。把剩余材料设计成等效基体试件并与标准级配AC-13C混合料进行了不同温度、不同应力下的蠕变对比实验。用Burgers模型对实验数据进行了拟合,来获取沥青混合料细观粘弹特性参数并分析了其蠕变特性,结果表明随着材料最大公称粒径的逐渐减小各级等效基体所组成的沥青混合料蠕变变形呈逐步增加的趋势,且粘弹性方程中表征瞬时弹性的弹性参数呈逐步减小的趋势。油砂比越大,瞬时弹性及粘性参数越小。随着试验温度的升高,这类等效基体材料的4个粘弹性参数均有降低,砂浆材料变软,其模量呈现降低趋势。当其他条件保持不变时,仅考虑应力变化,蠕变柔量并不总是随应力增大而增大,蠕变柔量随应力变化而变化的规律不是很突出,这些特性与参数为进一步细观分析沥青混合材料提供了试验参数获取方法和理论依据。     

振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性研究综述

沥青作为一种典型的黏弹材料,其黏弹性与路用性能密切相关,20世纪研究者们就开始关注并研究沥青的黏弹性。全面表征复杂条件下沥青的黏弹性,对于准确评价沥青路用性能具有重要的意义。实际应用中,沥青路面不可避免承受小幅及大幅振荡剪切荷载,沥青线性黏弹性与非线性黏弹性的研究同等重要,仅研究沥青线性黏弹性会导致沥青路用性能评价不准确。目前,基于稳态蠕变试验的沥青非线性黏弹性研究已基本成熟,但车辆对路面的实际作用模式为振荡剪切荷载,针对振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性的研究尤为重要。大幅振荡剪切试验是材料非线性黏弹性测试的主要方法,已成功应用于胶体、悬浮液等领域,而关于大幅振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性的研究则刚刚起步。为促进沥青非线性黏弹性的研究,综述了国内外大幅振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性的测试方法、分析方法及本构模型,指出了现有大幅振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性研究存在的问题,提出了未来沥青非线性黏弹性研究的建议。研究可为沥青非线性黏弹参数的确定、路用性能的评价及预测提供理论依据,同时为其他黏弹材料的非线性黏弹性研究提供一定参考。     

基于三维黏弹有限元法的沥青路面结构力学响应分析

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究。采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应。利用有限元分析软件ABAQUS,建立了基于实测参数的典型半刚性基层沥青路面三维黏弹有限元仿真模型,分析路面结构在不同加载位置下的力学响应,并与加速加载实测结果对比,验证模型的可行性;同时,对路面结构内部的力学响应规律进行分析。结果表明:所建立的仿真模型能较合理地模拟路面结构内部力学响应;沥青混合料黏弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点。对于沥青层,中面层和下面层上部剪应力和剪应变较大,为车辙发生的薄弱部位;对于沥青层底、水泥稳定碎石层底,控制疲劳开裂的力学响应为水平纵向拉应力和拉应变。     

沥青路面沥青层偏应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用BISAR软件计算分析沥青路面不同温度区间沥青层偏应力沿深度方向的分布规律;并通过计算大量路面结构,分析总结出沥青层偏应力分布随行车速度、基层模量、基层厚度和面层厚度改变的变化规律。研究结果表明:全温域条件下,不同温度区间和不同轴载等级的沥青层偏应力分布呈现一定的相似性,均先增大后减小,且均在距路表0.06m~0.10m范围内出现最大偏应力,中面层是最大偏应力作用的主要集中区域。沥青层最大偏应力随泊松比的增大而减小,且随着温度的增大,泊松比对偏应力的影响有降低的趋势。在固定评价基准的情况下,给出了不同温度区间行驶速度、基层模量、基层厚度、面层厚度变化时沥青层偏应力变化系数。行车速度、基层模量和面层厚度在温度区间为(35~40]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,分别达到7.74%、7.08%和25.76%。基层厚度在温度区间为(25~30]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,达到12.92%。根据伽玛分布曲线概率密度函数建立了沥青路面沥青层偏应力分布预估模型,拟合得到不同面层厚度不同温度区间的偏应力分布预估模型参数,从而可以求出沥青层不同温度区间任意深度处的偏应力分布。     

沥青混凝土低温粘弹性破坏准则

根据沥青混凝土低温直接拉伸蠕变试验结果，认为可以近似地采用Burgers流变模型描述低温下沥青混凝土流变性能；并由此模型分析了沥青混凝土在不同温度下和不同应力水平下的弹性应变能，耗散和总应变能的变化规律，提出了应变能可以作为沥青混凝土的低温粘弹性破坏准则。     

基于Bodner-Partom模型的水泥乳化沥青混合料黏弹塑压实特性

为揭示水泥乳化沥青混合料压实过程中的黏弹塑性变形特性及其变形机理，结合现场路面压路机的施工工艺参数，采用万能试验机压缩试验模拟该混合料的压实过程。针对试验循环荷载力学响应曲线变形特征，引入有效平均应力构建混合料压实变形的Bodner-Partom本构模型。通过对应变-时间的非线性拟合识别出该混合料的B-P模型参数值，进而揭示压实过程中混合料的黏弹塑性动态流变特性及变形机理。试验结果表明：压缩试验可充分反映混合料压实过程中的力学响应变形特性；随着循环荷载次数的增加，混合料塑性和黏塑性变形减小而弹性和黏弹性变形增大。据混合料复压阶段的黏塑性变形规律导出试样空隙率的计算式，进而获得有效平均应力随试样空隙率的变化规律。B-P本构模型分析结果表明：黏性参数η随荷载作用次数的增加而逐渐增大，说明混合料在压实过程中黏性增强；应变率敏感系数n₁基本保持不变，表明压实过程中混合料温度相对稳定；参数值Z，D₀随荷载作用次数的增加分别呈递增、递减的规律，前者显示随着混合料被进一步压实其非弹性变形抵抗力增大，进而导致塑性和黏塑性应变逐渐减小，后者显示塑性应变率减小，表明单次循环荷载下塑性变形占总变形量的比例逐渐减小。B-P模型参数值可准确表征水泥乳化沥青混合料与时间和荷载相关的黏弹塑性流变特性，重构后的B-P本构模型可有效揭示混合料压实过程中的黏弹塑性变形机理，可为深入研究其压实流变性能和路面压实工艺奠定基础。     

沥青高温蠕变变形的粘弹性组成研究

选用8种沥青材料,根据AASHTO MP19所规定进行了多级应力重复蠕变恢复试验(MSCR),通过Burgers模型对沥青进行了粘弹性参数分析。沥青在46℃以上温度时弹性变形很小,基质沥青的变形以粘性变形为主导;聚合物改性沥青在相对较低温度时以变形延迟弹性变形为主,随温度进一步升高其粘性变形增大、弹性变形下降;聚合物改性沥青的延迟弹性变形比例可以在一定的温度区间内维持稳定,这个稳定区间的大小与加载应力相关。     

高模量沥青结合料流变特性

为提高沥青路面的耐久性,丰富长寿命路面结构组合方案,急需对沥青结合料高模量技术开展深入研究。研究围绕2种高模量技术手段,采用常见的高模量剂HM-A制备改性沥青以及20号硬质沥青,分别采用差示扫描量热（DSC）试验研究2种结合料的物质组成特性,采用动态剪切流变（DSR）试验和多应力蠕变恢复（MSCR）试验分析热氧老化前后沥青流变性能及高温流变性能,开展了黏弹物理模型参数分析,最后运用汉堡车辙试验、动态模量试验进行比较。研究结果表明：硬质沥青老化前后温度敏感性低于高模量改性沥青;老化沥青的相位角δ较老化前下降,车辙因子G^*/sinδ较老化前升高;同温度下,随着应力增大不可恢复蠕变柔量J_nr增大、蠕变恢复率R减少,在相同应力下随着温度增大J_nr增大、R减小;Burgers模型说明温度对沥青结合料的黏弹性影响显著,HM-A对基质沥青高温性能提升明显,最佳掺量为8%。其中,高模量剂与基质沥青标号匹配方可发挥出高模量沥青的优势。     

重复荷载下粉性路基土永久变形特性和预估模型

以动三轴试验模拟行车荷载下沥青路面路基土长期受力状态,测试加载104次粉性路基土在3种含水量、2种压实度和3种偏应力条件下的永久塑性应变曲线,量化其对路基永久变形的影响程度。大量调研和试验数据拟合分析表明Tseng-Lytton本构模型可预估粉性路基土累计永久应变。利用上述试验结果进一步回归给出了该本构模型中参数与粉性土基本指标含水量和回弹模量的计算公式,从而得到粉性路基土的永久应变预估模型,该本构模型可用于柔性基层沥青路面车辙分析。     

基于DMA方法的沥青砂浆动态弯拉黏弹特性

为了研究沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性及其影响因素,提出了一种基于动态力学分析方法(DMA)的沥青砂浆动态弯拉试验方法,并对7种沥青砂浆进行了不同条件下的动态应变和频率扫描试验,分析加载频率、温度、油石比、沥青种类和矿料级配对沥青砂浆线黏弹性应变范围及黏弹性能的影响。基于时温等效原理,采用非线性最小二乘法绘制参考温度为20℃的沥青砂浆动态弯拉模量和相位角主曲线。研究结果表明:基于DMA方法的动态弯拉扫描试验,是一种能够有效、可靠评价沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性的测试方法;沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与加载频率成正比,与温度成反比;增加油石比,会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和高温低频条件下的动态模量,增大相位角峰值及温度敏感性,而对低温高频条件下的动态模量与相位角影响较小。相比于普通基质沥青,采用SBS改性沥青和橡胶沥青,均能增加沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与动态模量,减小其相位角峰值与温度敏感性,大幅改善沥青砂浆在高温低频条件下的动态弯拉黏弹特性。矿料级配是影响沥青砂浆体积参数与动态黏弹特性的重要因素,较粗的矿料级配会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和动态模量,增大相位角峰值和温度敏感性。