MLS66重载-高频加载下沥青路面应变行为分析

为考察半刚性基层沥青路面在超重高频动载及环境温度交互作用下的力学响应状况,采用MLS66在高温及常温条件下进行半轴超载50%的足尺加速加载试验。结合加载次数、温度、模量等参数,分析了可控荷载条件下路面结构层底部三向瞬时及累积应变响应的空间分布及时程变化,并对实测值与计算值进行了对比分析。结果表明：面层底部瞬时应变实测值大于计算值,基层中两者较吻合;纵向瞬时应变比为1/5~1/2,且温度越高,应变比越小;高温下瞬时应变幅值为常温下的2~6倍;面层纵向应变温度系数约为横向的2倍,基层(底基层)的三向应变温度系数大致相同;瞬时应变幅值和应变温度系数与路面深度分别呈幂指数、负线性关系;加载次数与累积应变、地震波模量呈双对数线性关系,可用于沥青面层疲劳预估。     

开级配大粒径沥青碎石混合料劈裂试验的离散元数值分析

为了弥补现有沥青路面结构设计理论中将沥青混合料当作完全弹性体进行计算分析的不足,以AC-16,AC-20,开级配大粒径沥青碎石混合料OLSM-25的劈裂强度为研究对象,采用离散元方法,运用二维颗粒流程序(PFC2D),从细观角度入手,对AC-16,AC-20,OLSM-25的劈裂(间接拉伸)试验进行数值模拟,对比分析AC-16,AC-20,OLSM-25圆柱体试件内部集料颗粒之间的接触力、位移矢量、微裂缝数量及其分布规律.结果表明:在峰值轴向力作用下,当沥青混合料圆柱体试件开裂破坏时,随着沥青混合料公称最大粒径、空隙率的增大以及油石比的减小,试件内部集料颗粒之间的接触力由基本均匀趋于相对离散分布,位移矢量存在显著差异,微裂缝数量逐渐减少.与AC-16,AC-20相比,OLSM-25的间接拉伸抗裂效果显著.     

基于数值模拟的半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展路径分析

为了深入研究半刚性基层沥青路面反射裂缝的破损机理,应用离散元软件建立了半刚性基层复合结构模型,计算分析了裂缝尖端处的应力场,研究了在荷载作用下沥青路面裂缝的扩展规律,以及集料及空隙等沥青混合料细观结构因素对反射裂缝扩展路径的影响机理。结果表明:随着加载次数增加,裂缝尖端处应力降低,应变增加,黏结刚度下降,黏结损伤逐渐累积致使裂缝开展;规则对称的粗集料裂缝扩展会围绕集料对称地向上开裂,形状及相对位置不对称的集料反射裂缝会趋向于从损伤速率较快的一侧向上开裂;空隙会加剧裂缝尖端处的应力集中,裂缝会趋于向着空隙开展。     

粉胶比对开级配大粒径沥青碎石路用性能的影响

为了分析粉胶比对开级配大粒径沥青碎石路用性能的影响,采用室内试验,探索粉胶比与开级配大粒径沥青碎石体积参数、强度及路用性能的关系。发现粉胶比与开级配大粒径沥青碎石技术特性显著相关,随着粉胶比的逐渐增大,其强度、抗车辙能力和抗水损坏能力先提高后降低,抗裂能力逐渐提高。结果表明:70~#沥青下,粉胶比为1.0~1.4时,开级配大粒径沥青碎石各项技术性能良好;在进行开级配大粒径沥青碎石配合比组成设计时,建议70~#沥青下,夏热区粉胶比取1.2~1.4,冬寒区粉胶比取1.0~1.2。     

AC+CRC复合式路面温缩反射裂缝的疲劳扩展

为了深入研究AC+CRC复合式路面在温缩应力作用下的反射裂缝疲劳扩展规律,基于扩展有限元(XFEM)方法和能量释放率改进型Paris公式,对AC+CRC复合式路面温缩型反射裂缝疲劳扩展过程和影响因素进行了动态模拟和分析,得到了温缩应力循环作用次数与沥青面层内裂缝长度的关系和裂缝尖端能量释放率变化规律。结果表明,连续配筋混凝土基层温度变化较小时,可降低裂缝尖端能量释放率,延长面层疲劳寿命;沥青面层疲劳寿命随着基层配筋率提高而延长,有效抵抗裂缝扩展的面层厚度增加;能量释放率极限值较高的沥青面层疲劳寿命较长,抵抗反射裂缝扩展的能力增强。     

半刚性基层沥青路面反射裂缝建模分析

反射裂缝是半刚性基层沥青路面的主要病害之一。通过对反射裂缝有限元模型的分析,面层与基层的厚度、模量、温缩系数等参数均对抑制反射裂缝的扩展有一定影响。从材料和结构方面提高抗裂性能,并采用加铺土工合成材料、增加柔性基层和应力吸收层,能够使半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治达到良好的效果。     

超薄沥青混凝土面层配合比设计混合正交分析

针对超薄沥青混凝土厚度小、集料粒径小,同时要求达到传统面层的密实程度、较好的构造深度及其他使用性能的特点,试验采用混合正交方法,选取粉胶比、沥青类型、集料类型、填料类型、粗集料含量等5个关键影响因素,按粉胶比取4个水平、其余各取2个水平的方案进行配合比试验,考察空隙率、马歇尔稳定度、劈裂强度、动稳定度、冻融劈裂强度比(TSR)等5个关键控制指标,对超薄沥青混凝土进行对比分析研究。试验及分析结果表明:当为粉胶比1.3 辉绿岩 SBS改性沥青 水泥 粗集料含量65%的组合时,超薄沥青混凝土的工程性能最好。     

橡胶-水泥稳定碎石持强增韧特性研究

为了增加水泥稳定碎石半刚性基层材料的韧性，有效提高其抗裂性能，以减少因基层开裂引起的路面反射裂缝，以粒径为2.36~4.75 mm的橡胶颗粒等体积替换同粒径的集料，制备了持强增韧型橡胶-水泥稳定碎石材料。橡胶颗粒掺量分别为该粒径集料总体积的38%、57%、76%和95%。采用材料试验系统（MTS）开展了7 d无侧限抗压强度试验、四点弯曲强度试验和劈裂强度与模量试验，揭示了无侧限抗压强度、最大劈裂与弯拉应变及劈裂动态模量随橡胶颗粒掺量的变化规律，提出了一种强度满足规范要求、模量可调控的水泥稳定碎石材料制备方法。研究结果表明：橡胶-水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而减小，且两者呈幂函数关系，当掺量在80%以下时可满足规范中的强度要求；最大劈裂应变随橡胶颗粒掺量的增加而逐渐增大，在保证强度的基础上，极限应变最大可达到传统水泥稳定碎石的1.9倍，而弯拉应变则先增大后减小，在保证设计强度的前提下，极限应变最大可达到传统水泥稳定碎石的3.79倍；劈裂动态模量随橡胶颗粒掺量的增加而减小，两者呈幂函数关系；橡胶-水泥稳定碎石的韧性较传统水泥稳定碎石显著增强，从而提高了其作为半刚性基层材料的抗裂性能；橡胶颗粒的掺入使水泥稳定碎石在保证强度的前提下，实现了破坏应变显著增大（即断裂能显著增大）、模量可调可设计的功能。     

超薄沥青混凝土配合比关键因素正交试验研究

针对超薄沥青混凝土的厚度小、粒径小、同时要求达到传统面层的密实程度和较好的构造深度及其他使用性能的特点,采用正交试验方法,先选取沥青类型、集料类型、填料类型、粗集料含量、粉胶比等五个重要的影响因素并各取两个水平进行正交组合,再对各拟定组合的最佳沥青含量进行确定,最后在最佳沥青含量下展开正交试验,考察孔隙率、马歇尔稳定度、劈裂强度、动稳定度、冻融劈裂强度比五个关键控制指标,对超薄沥青混凝土配合比进行研究。试验结果及分析表明:组合辉绿岩 SBS改性沥青 硝石灰 粉胶比1.2 粗集料含量62%对于武汉天兴洲长江大桥及南北岸引桥道路工程性能最好。     

沥青路面防水抗裂功能层缓解反射裂缝的数值分析

沥青路面的反射裂缝,主要是由半刚性基层无法避免的温缩及干缩裂缝导致应力集中过大而引起的,车辆荷载、较大的环境温差变化以及渗水导致反射裂缝道面破坏的不利因素。在半刚性基层和柔性面层之间设置防水抗裂功能层,可以有效缓解路面结构的应力集中现象,延缓反射裂缝的产生与扩展速度。采用有限元方法模拟易发反射裂缝的实际环境,对设置及未设置防水抗裂功能层的路面结构进行温度-荷载耦合力学对比分析,发现沥青路面下面层的荷载应力、温度应力以及应力强度因子都有较大幅度的降低,并且计算了防水抗裂功能层厚度、模量对路面结构应力、弯沉和强度因子的影响。结果表明：一般防水抗裂功能层的模量越小,效果更加明显;在合理范围内增加防水抗裂功能层的厚度能够更加有效地预防反射裂缝病害;适当控制基础模量可以防止反射裂缝的产生。     

应力吸收层热再生混合料力学性能与路用性能试验研究

RAP中细集料的老化沥青含量大,再生利用价值高,将RAP应用于应力吸收层混合料,可最大资源化提升RAP再生利用价值,降低应力吸收层混合料建设成本。采用车辙试验、小梁弯曲试验、预切缝半圆弯拉试验、复合梁试件扭剪试验、拉拔试验、扭剪疲劳试验、Over Test评价热再生应力吸收层混合料的高低温性能、层间抗剪切性能、抗剪切疲劳性能和抗反射裂缝性能。结果表明:随着RAP掺配比例增大,热再生应力吸收层混合料的油石比降低、高温性能增强,但增大RAP掺量导致热再生应力吸收层混合料低温弯曲应变、断裂能、扭剪强度、拉拔强度、扭剪疲劳寿命和抗反射裂缝性能均降低。在50 %RAP掺量下,热再生应力吸收层混合料的动稳定度3604次/mm,低温弯曲应变4890 με,且Over Test（OT）加载达到了1200周期,聚合物胶粉复合改性沥青热再生料应力吸收层混合料具有优异的高温韧性和低温延展性与抗反射裂缝性能。     

半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,根据实际情况,选取了不同的层厚、模量和裂缝深度,对半刚性基层沥青路面温度应力裂缝问题进行了数值分析。从理论上分析控制基层开裂的重要意义,建议降低基层水泥含量,同时,面层厚度的增加,对抵抗结构层的温度开裂并不明显,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面温度开裂提供依据。     

泡沫沥青冷再生混合料抗反射裂缝性能研究

基于Overlay Tester试验研究RAP掺量及RAP料源性质、水泥掺量、矿料级配、基质沥青标号四因素对泡沫沥青冷再生混合料抗反射裂缝性能的影响规律,探讨泡沫沥青冷再生混合料抗反射裂缝性能的评价标准。结果表明:Overlay Tester试验的第一个加载周期内的最大拉力、最大荷载损失率、最大荷载加载次数、总断裂能可作为泡沫沥青冷再生混合料抗反射裂缝性能的评价指标。推荐面层用泡沫沥青冷再生混合料Overlay Tester试验第一个加载周期内的最大拉力不小于1075 N、总断裂能不小于900 N·m,用于基层或底基层时,泡沫沥青冷再生混合料第一个加载周期内的最大拉力不小于700 N、总断裂能不小于900 N·m。     

基于DIC技术的老化作用下温拌胶粉改性沥青胶浆低温抗裂性能研究

沥青胶浆对沥青混合料性能具有重要影响。为研究热氧老化作用对温拌胶粉改性沥青胶浆（WCRM）低温抗裂性能的影响，以热拌胶粉改性沥青胶浆（HCRM）作为对比试件，采用数字图像相关（DIC）技术对单边切口弯曲梁试验（SENB）中2种试件的开裂全过程进行图像采集，利用Vic-3D软件计算加载过程中试件的水平应变，从宏细观相结合的角度定量分析沥青胶浆的抗裂性能。对比分析沥青胶浆的荷载-位移（L-D）曲线和水平应变-时间（E_xx-t）曲线，通过在细观尺度下胶粉改性沥青胶浆裂纹萌生和发展的规律来解释沥青胶浆宏观力学行为。通过弯曲梁流变试验（BBR）分析老化前后WCRM和HCRM的低温流变性能，并对沥青胶浆低温性能评价指标进行相关性分析。结果表明：随热氧老化程度的加深，HCRM和WCRM的水平应变密度D_E值（细观层面）和临界断裂韧度J_IC值（宏观层面）均减小，证明热氧老化会降低2种胶粉改性沥青胶浆的抗裂性能；相同条件下，WCRM的D_E值和J_IC值均大于HCRM，即与HCRM相比，WCRM具有更好的抗开裂和抗老化性能；在沥青胶浆开裂过程中，微裂纹形成时的荷载、峰值荷载及最大水平应变对应荷载并非同一荷载值；老化后，2种胶粉改性沥青胶浆的低温流变性能降低，同一条件下，WCRM具有更加优异的低温流变性能；沥青胶浆低温流变参数（S/m）与宏细观开裂指标（J_IC，D_E）均具有较好的相关性，即将DIC技术应用到SENB试验来分析老化作用及温拌剂对胶粉改性沥青胶浆宏细观开裂特性的影响具有较好的可靠性。     

氯盐渗透下钢拱架锈蚀与喷射混凝土间锈胀力研究

为研究海底隧道初期支护中工字钢在氯离子渗透下严重锈蚀时对结构耐久性的影响，采用室内试验研究工字钢在不同混凝土保护层厚度下锈胀力与锈蚀率的关系以及锈胀的发展过程，再通过数值模拟研究锈胀力作用下的混凝土裂缝、混凝土应力、应变分布规律及胀裂应力变化情况。研究结果表明： 1）相同保护层厚度下，锈胀力随着锈蚀率的增加而增大；锈蚀率相同时，锈胀力随着保护层厚度的增加而增大； 2）工字钢混凝土构件锈胀开裂，裂缝集中于翼缘中部和2个角点区域，翼缘中部的裂缝由外向内发展，2角点区域的裂缝由内向外发展； 3）数值计算得出的混凝土胀裂应力大于试验得到的混凝土胀裂应力。     

考虑初始缺陷的水泥基复合材料细观开裂研究

为了研究微观初始缺陷对水泥稳定碎石基层材料（CTB）细观开裂的影响，基于离散元法（DEM）和随机算法构建了细观非均质随机骨料数值模型，结合参数反演确定了模型细观参数，并引入裂隙网络（DFN）来表征水泥砂浆内部的微观初始缺陷。通过虚拟半圆弯曲（SCB）试验模拟了细观开裂过程，比较分析了数值模拟结果和试验结果，并进一步研究了裂隙密度和宽度对结构细观开裂的影响。结果表明：细观断裂模型的数值模拟结果和试验结果基本吻合，模型能较好地表征细观随机开裂行为；材料的宏观开裂是由于细观损伤的累积导致，宏观裂纹的产生经历了平稳扩展和快速贯通的过程；张力是裂纹演化的驱动力，裂纹通常沿着砂浆与骨料的界面薄弱区进行扩展；微观缺陷显著影响水泥基材料的力学性能和断裂行为，初始裂隙通过诱导微裂纹的扩展与贯穿，降低结构整体强度，但是在一定程度上增大了结构的容许形变，其中20~40 m·m^-2的裂隙密度和0.3~0.45 mm的裂隙宽度对材料强度影响最为显著，施工过程中合理控制裂隙密度和宽度对于提高材料抗裂能力有益。所构建的细观模型可以很好地捕捉微裂纹的扩展和贯穿过程，能够实现对细观断裂的精确模拟，为探索水泥基复合材料的破坏过程和机理提供了一种新的研究手段。     

水泥混凝土路面加铺沥青面层结构抗裂缝扩展性能研究

该文介绍了水泥混凝土路面加铺沥青面层结构抗裂缝扩展性能的研究。为了解不同措施延缓水泥混凝土路面加铺沥青层结构反射裂缝的效果,建立了考虑接缝传荷能力的水泥混凝土路面加铺沥青面层结构三维有限元分析模型,以Paris裂缝扩展寿命描述反射裂缝扩展。研究发现各种措施扩展寿命大小差异与接缝弯沉差有关。防裂贴与应力吸收层组合结构的扩展寿命最大,土工布与防裂贴扩展寿命接近。不同防反措施扩展寿命随接缝弯沉差的衰减速率大小为:防裂贴加应力吸收层,应力吸收层,玻纤格栅,土工布,直接加铺。     

沥青混合料级配离析评价指标研究

为弥补沥青混合料配合比设计过程中级配离析评价方法方面的不足,选取SMA-13沥青混合料进行基准配合比以及离析配合比设计,同时采用沥青有效油膜厚度相等的原则设计离析配合比,对级配分形维数指标进行修正,结合分形维数值对SMA-13级配离析进行评价。研究结果表明:基于原分形理论对SMA-13离析级配曲线进行拟合,其拟合结果的相关性差,得到整体的分形维数并不适用于最大粒径小于16 mm的级配。通过有效沥青油膜厚度相等的原则,能够准确计算出不同离析级配对应的油石比,且更加贴近现场的实际情况。采用分段计算级配的分形维数,再按比例计算总的级配的分形维数的方法,解决了由于SMA-13最大粒径过小和自身离析级配的原因而使曲线拟合相关性不高的问题,同时提出了对于SMA-13级配离析的评价标准。     

沥青混凝土超声波检测的衰减特征与影响因素研究

为有效获得沥青混凝土的超声波检测结果，基于压电换能器模拟和沥青砂浆Burgers黏弹性模型，建立三相介质的沥青混凝土有限元模型，在20~100 kHz频段范围内，比较9种入射频率下沥青混凝土中超声波细观的衰减特征及宏观的振幅变化，分析3种集料粒径（13.2，19.0，26.5 mm）及不同温度（-10℃~60℃）对沥青混凝土中超声波衰减的影响；针对数值模拟结果，使用超声横波成像仪MIRA-A1040进行室内试验验证，研究9种入射频率下实测振幅和断面重构图的衰减规律。研究结果表明：当温度为20℃时，在频段20~100 kHz内，入射频率每升高10 kHz，反射波振幅线性降低约3 dB；随着入射频率的升高，沥青砂浆中声压等值线的规则性、连续性及试件断面重构图的辨识度均大致呈线性降低趋势；当入射频率和温度不变时，集料粒径引起的散射衰减会引起振幅小幅度的降低；当集料粒径不变时，影响振幅降低速率的主要因素是温度，本质为沥青砂浆黏弹性引起的吸收衰减；以入射频率为30 kHz的沥青混凝土AC-13为例，温度每升高10℃，振幅约线性降低5 dB；2种衰减综合决定了反射波振幅的数值；沥青混凝土检测的入射频率不宜超过60 kHz，温度不宜超过40℃；用于沥青路面面层的检测时，建议入射频率范围为20~60 kHz；较低的入射频率与温度有利于沥青混凝土的超声波检测。     

基于脆性涂层法的沥青路面反射裂缝试验研究

采用脆性涂层法研究沥青路面的反射裂缝,并将试验结果与有限元计算结果进行了比较。结果表明,脆性涂层的裂纹围绕着碎石与沥青胶砂的界面发展,在该界面位置拉应力高度集中;路面基层的裂缝顶部附近发生应力集中,应力集中区的碎石与沥青胶砂界面是最容易萌发裂纹引发裂缝扩展破坏的部位;脆性涂层的裂纹分布总体是从车轮作用面向四周扩散,并围绕大粒径碎石扩展,弯拉型反射裂缝与剪切型反射裂缝涂层裂纹分布明显不同;大粒径的沥青混合料抗反射裂缝能力较强。