基于沥青混合料疲劳性能预测的混沌神经网络模型研究

沥青混合料的疲劳性能是决定沥青路面疲劳开裂的关键因素.由于沥青混合料的疲劳性能受众多因素影响,且各因素之间存在强烈的非线形关系,故难以有效进行预测与优化.提出基于混沌神经网络模型的方法,对以疲劳性能为目标的沥青混合料进行仿真计算,结果表明,此方法高效可行,预测精度高,可为沥青混合料的试验设计提供理论参考.     

沥青混合料疲劳响应模型试验研究

首先总结分析了沥青混合料不同疲劳试验方法的特点、两种疲劳试验控制模式的适用范围,建议采用应力控制模式的间接拉伸疲劳试验方法。然后分析了不同试验因素的影响,选定了加载波型,确定了疲劳试验的应力比水平、频率及温度等试验参数的范围。采用旋转压实成型方法,对3种沥青混合料进行试件成型。分别考虑3种空隙率水平,应用均匀试验设计方法,进行了不同温度、频率、应力比水平下的间接拉伸疲劳试验,对试验结果进行了显著性分析,并应用多元线性回归方法,得到了适用于不同荷载条件下基于温度、频率、沥青饱和度、初始应变及初始劲度模量的沥青混合料疲劳模型。与国外疲劳模型进行了对比分析,表明得到的疲劳模型具有较好的比对性,可用于沥青混合料疲劳寿命的预估。     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

橡胶沥青抗裂层混合料路用性能试验研究

利用旋转压实仪成型试件,采用改进的Superpave设计方法进行橡胶沥青抗裂层沥青混合料设计,通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲小梁试验、车辙试验及疲劳试验研究橡胶沥青抗裂层混合料路用性能。试验结果表明:改进的Superpave设计方法适合抗裂层沥青混合料设计;橡胶沥青抗裂层混合料具有良好的低温抗裂性能、水稳定性能及疲劳性能,但高温性能不足,可通过路面结构组合设计予以增强;疲劳寿命与应力呈指数关系,相关性较好,在应用中应优化路面组合以发挥其低应力状态下良好的疲劳性能。     

沥青混合料疲劳性能试验与表征方法综述

针对沥青混合料疲劳耐久性设计参数的不确定性与不科学性问题，从疲劳试验方法及疲劳性能表征模型两方面对沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题进行了综述，并总结了其未来发展方向。沥青混合料疲劳性能主要通过室内外不同疲劳试验进行研究，不同试验方法所用沥青混合料试件的尺寸、形状，试件内部所处应力状态及试验条件皆各不相同，而沥青混合料是一种由沥青结合料与不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度黏弹性混合料，其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性，不同试验方法所对应的加载速度、试验温度及应力状态存在较大的差异性，故其试验结果呈现出显著的不确定性，其疲劳性能表征模型参数也存在显著的差异性；此外，常用的室内材料疲劳试验方法大多为一维或二维应力状态下的疲劳试验，这与沥青路面结构实际服役过程中所处的三维应力状态不符；沥青混合料疲劳性能表征方程大多来源于一维应力状态下的疲劳试验结果，因此，用简单应力状态下的材料疲劳试验方法与性能表征模型难以客观表征三维应力状态下沥青路面结构的疲劳抗力，从而导致沥青路面疲劳耐久性设计存在较大的偏差。建议开发与沥青路面服役状态一致的三维应力状态下的疲劳试验方法，并建立三维应力状态下疲劳表征模型，以消除不同试验方法及试验条件对沥青混合料疲劳性能表征的影响，提高沥青混合料疲劳性能表征的有效性与完备性。     

结合料性质与应力吸收层沥青混合料疲劳性能相关性研究

为探讨结合料性质与应力吸收层沥青混合料性能之间的相关关系,该文分别对六种不同沥青及其对应混合料所作的试验研究进行了分析。结果表明,结合料性质对应力吸收层沥青混合料疲劳性能存在显著影响。其中,60℃粘度、软化点及针入度三项指标与应力吸收层混合料疲劳性能之间存在较好的相关性,可作为选择应力吸收层用沥青结合料的关键指标。     

橡胶粉改性沥青混合料疲劳性能研究

基于三分点加载试验研究了橡胶粉掺量、橡胶沥青用量、橡胶粉细度以及混合料级配类型对橡胶沥青混合料的疲劳性能的影响,并采用灰色理论分析了这四种影响因素对橡胶沥青混合料的疲劳性能影响的显著性。研究结果表明,随着橡胶粉掺量增加,各应力水平下的橡胶沥青混合料疲劳寿命均呈先增大后减小的变化趋势;增大橡胶沥青用量可以增加橡胶沥青混合料低应变水平下的疲劳寿命,但也会增大橡胶沥青混合料对应变变化的敏感程度;随着橡胶粉颗粒粒径的减小,橡胶沥青混合料的疲劳寿命提高;采用骨架密实结构更有利于提高橡胶沥青混合料的抗疲劳性能;橡胶粉掺量与橡胶沥青混合料疲劳性能的关联度最大。     

基于耗散能理论的沥青混合料疲劳性能研究

文章针对目前常用的通过建立初始力学响应与疲劳寿命之间关系,分析混合料疲劳性能,预测沥青混合料疲劳寿命的方法的缺陷,运用耗散能理论,对疲劳能耗及疲劳方程进行了分析,根据试验结果及线性关系,可得到沥青混合料的疲劳特性及疲劳规律。     

沥青性质对应力吸收层沥青混合料性能影响的研究

为分析沥青结合料性质对富沥青、砂粒式应力吸收层沥青混合料性能的影响,研究沥青性质与应力吸收层混合料性能之间的相关关系,采用6种不同沥青进行结合料老化前后的性能试验。在级配固定、沥青用量相同、体积参数一致的条件下,对6种沥青对应的应力吸收层混合料的疲劳性能、低温性能进行大量试验研究。研究结果表明,沥青性质对应力吸收层沥青混合料疲劳性能、抵抗低温开裂能力存在显著影响,沥青不同,应力吸收层混合料的疲劳寿命相差10-400倍,低温极限弯曲破坏应变相差3-6倍;此外,与老化后沥青相比,未老化的原样沥青结合料性质与应力吸收层混合料性能之间的相关性更显著,其中原样沥青60℃粘度、软化点及针入度等指标与应力吸收层混合料疲劳性能之间存在较好的相关性,建议作为选择应力吸收层所用优质沥青的关键指标予以控制。     

沥青路面结构行为方程中材料影响系数的确定方法

沥青路面的结构行为方程为基于性能的沥青路面结构设计方法奠定了良好的理论基础,但先前的研究仅较好地考虑了荷载、环境和结构等因素对沥青路面使用性能的影响,而对材料因素的影响考虑得较为粗略。鉴于材料影响的复杂性,论文从较为宏观的角度通过改性沥青和普通沥青结构行为方程和现场疲劳方程的建立给出改性沥青影响系数与改性-普通沥青寿命比值的关系,从而利用此关系以及通过试验获得的改性沥青和普通沥青混凝土的疲劳方程即可确定结构行为方程中的材料影响系数。     

沥青混合料疲劳性能影响因素的正交试验分析

应用正交试验设计方法指导优化室内疲劳试验,通过直观分析和方差分析研究了不同的级配、沥青品种、油石比、应变水平、间歇时间和试验温度对混合料疲劳性能的影响程度;并结合实际对各个因素的影响规律进行了分析,可为沥青混合料的抗疲劳设计提供一定的参考。     

柔性基层沥青路面沥青混合料优化设计研究

沥青混合料的抗疲劳性能是影响柔性基层沥青路面结构长期使用性能的重要指标之一，文章在综合分析国外柔性基层沥青路面结构使用性能、沥青混合料疲劳试验方法和疲劳特性的基础上，通过对沥青混合料的疲劳试验及不同影响因素间相关性的分析，采用综合优化的方法，建立了优化设计模型，研究提出了柔性基层沥青混合料疲劳性能与高温性能的综合优化指标。研究分析表明，5％～7％的矿粉用量能保证疲劳性能和高温稳定性均达到最佳。而3％－4．5％空隙率的沥青混合料综合性能较好。     

全厚式长寿命沥青路面设计研究

为了研究沥青混合料疲劳极限理论在全厚式长寿命沥青路面设计中的应用．该文通过对传统的力学经验设计法和全厚式长寿命沥青路面设计法的分析比较,结果表明当基层层底拉应变小于疲劳极限时,不会出现疲劳破坏。为确保路面结构的整体完整性,提出将基层层底拉应变和路基顶部压应变作为全厚式长寿命沥青路面的设计指标。通过建立有限元模型,对路面结构力学响应进行分析,兼顾安全性和经济性的要求,比选出较为合理的路面结构组合设计方案。     

粗集料接触参数对沥青混合料损伤演化的影响

为了揭示沥青混合料内部细观损伤对宏观性能的影响，基于DIC方法与四点弯曲疲劳试验，对不同粗集料接触状态的混合料细观损伤尺度效应进行研究。首先以颗粒堆积理论与粒子干涉理论为基础，提出可表征细观主骨架结构状态的颗粒接触主力链配位参数（n_pfc）计算方法。采用SAC设计方法，通过控制关键筛孔2.36~4.75 mm的分计筛余质量百分比，设计4组可反映不同粒径尺寸集料组合形式的SAC16级配（B60S00~B60S15），计算不同级配沥青混合料对应的npfc。其次，结合DIC方法与四点弯曲疲劳试验，分析疲劳荷载作用下沥青混合料小梁试件水平应变场演化特征，并提出混合料疲劳损伤因子定量分析方法。最后对不同粗集料接触参数的沥青混合料的细观损伤演化特征、疲劳损伤因子D_FD及表征宏观抗疲劳性能的K_m进行分析。研究结果表明：随着疲劳荷载作用次数的增加，4种不同n_pfc混合料的水平应变量逐渐增大，各D_FD也均显著增加；随着n_pfc的增大，D_FD明显减小，当n_pfc=7.73~9.55时，D_FD较小，混合料的疲劳细观尺度损伤叠加效应较小；同时，随着n_pfc增加，K_m呈先增大后略微减小的趋势；当n_pfc=7.73~9.55时，对应的宏观抗疲劳性能较好；因此，选取合理的n_pfc可优化沥青混合料内部主骨架细观结构状态，减少细观尺度损伤叠加效应影响，提高沥青混合料的宏观抗疲劳性能。     

水库附近矿山法隧道抗水压衬砌结构研究

目前我国出现了大量的城市下穿隧道,但由于各城市间水文地质条件的差异性较大,既有的工程设计与施工经验不能生搬硬套,而应结合项目自身及周边环境的特点有针对性的展开研究,如何有效平衡地下水的适量排放与衬砌结构安全性、经济性的合理统一,对隧道设计至关重要。但是目前的防排水系统及防水衬砌设计等关键技术在城市地下空间建设过程中研究尚不系统,国内外也并无成熟的资料可供参考。基于此,以深圳市东部过境高速公路连接线中复杂水文地质隧道为工程依托,运用FLAC3D软件,研究分析了不同防排水方案下水压力分布特征及结构承载机理,并提出依托工程中合理防排水系统及防水衬砌设计方法,以期指导后续工程设计,保障工程施工与运营安全。     

沥青稳定碎石排水基层材料的疲劳特性分析

通过室内小梁疲劳试验，分析影响沥青稳定碎石排水基层材料疲劳特性的因素，为沥青稳定碎石排水基层的组成设计提供依据。同时，研究荷载间歇时间对沥青稳定碎石排水基层材料疲劳寿命的影响。     

不同类型SMA沥青混合料路用性能研究

采用马歇尔配合比设计法对SMA10、SMA13、SMA16沥青混合料进行级配设计,并系统研究不同类型SMA沥青混合料的水稳定性、高低温性能和疲劳耐久性。结果表明:高温浸水加速了SMA混合料的马歇尔性能劣化,其中SMA16的劣化程度最为明显;SMA13沥青混合料在高温条件下的动稳定度与SMA16的相接近,是SMA10的1.3倍,而低温条件下SMA10的破坏应变是SMA13和SMA16的1.2倍,SMA13具有较好的高、低温性能;在低应变条件下,SMA13和SMA16的抗疲劳性能基本相当,而同一应变水平下,SMA10抗疲劳性能要优于SMA13和SMA16,特别是在600 με的高应变下,疲劳寿命相比SMA16混合料提升了约30.2 %。