基于有限元的半刚性基层沥青路面裂缝断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子和J积分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,对江苏省典型的半刚性基层沥青路面结构裂缝问题进行了荷载和温度应力数值分析,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面开裂提供依据。     

沥青混合料裂纹发展过程的颗粒流模拟

为了在细观尺度下描述沥青混合料的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC2D内置“Fish”语言,重构了沥青混合料非均质(集料、胶浆和空隙)多层次(矿料级配)结构虚拟试件,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,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验,借助数字摄像法捕捉了室内小梁试件表面裂纹发展情况,在二维尺度下探索了沥青混合料的部分断裂机理.结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;虚拟试验模拟的二维裂纹扩展路径与室内数字摄影法结果较为相似,二者都体现出材料脆性断裂特点,二维模型往往夸大了粗集料在混合料断裂过程中的作用;基于离散元程序的裂纹扩展行为分析方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂行为的辅助手段.     

路基不均匀沉降对沥青路面Top-Down开裂影响分析

为研究路基不均匀沉降对沥青路面Top-Down开裂的影响规律,通过有限元软件建立路基不均匀沉降作用下半刚性基层沥青路面结构三维仿真模型,结合工程实际简化路基不均匀沉降效果并标定有限元模型的参数值,分析沉降对Top-Down开裂的影响和裂纹位置对Top-Down裂纹扩展变化的影响.结果表明,沉降对Top-Down裂纹扩展...     

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。     

沥青混凝土小梁断裂路径数值模拟研究

半刚性基层沥青混凝土路面是我国最为常见的路面结构形式,但沥青混凝土路面容易在使用过程中发生断裂,而沥青材料的疲劳断裂行为是半刚性基层沥青混凝土路面开裂的主要原因。通过使用扩展有限元方法对沥青混凝土三点预置缺口梁的疲劳裂纹扩展进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比,发现两者在断裂形态上非常相似,并且裂纹在最初几次载荷加载时扩展尺寸较大。     

半刚性基层沥青路面动态应变响应模拟分析

为研究半刚性基层沥青路面的结构动态应变响应规律,依托工程项目开展动态应变实测,并基于ABAQUS进行了三维动态仿真试验,对结构各层的应变响应规律进行对比分析。结果表明,最大纵向及横向拉应变均出现在冷再生层底部,说明疲劳开裂最可能在此产生。面层与基层间接触接近于滑动条件,可能是由于裂缝处面层与半刚性基层间产生了脱空。实测与数值仿真所得各层动态应变规律较为一致,说明动态应变测试方法能较好地反映沥青路面的真实应变响应,可为半刚性基层沥青路面结构设计与性能评价提供依据。     

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。     

半刚性基层沥青路面反射裂缝形成试验及扩展机理研究

基于应变水平进行道路结构起裂层位预估并应用断裂力学理论阐述裂缝形成及扩展原因,采用室内试验测试沥青路面各结构层的极限弯拉应变,研究荷载作用下半刚性基层沥青路面裂缝形成及扩展机理。在试验路段的各层位布设XYJ-2型应变传感器,监测道路结构的应变规律。结果表明:土基回弹模量较低时,原始开裂点在基层及底基层发生;裂缝尖端的应力强度因子均高于材料的断裂韧度,原始裂缝将会由于荷载作用而持续扩张,直至形成贯通裂缝。     

柔性基层和半刚性基层沥青路面有限元对比分析

通过级配碎石承载板试验建立级配碎石基层材料的非线性承载力本构模型公式,利用ANSYS通用有限元软件建立柔性基层沥青路面典型结构平面模型。对粒料基层沥青路面和半刚性基层沥青路面结构受力进行分析,包括柔性基层沥青路面在不同受力条件下应力、应变的传播规律以及与半刚性基层沥青路面之间的应力、应变传播差异。     

基于承载板试验的风化千枚岩填料细观研究

为了解风化千枚岩填料在承载板试验中的细观变化,本文运用离散单元法颗粒流理论,采用粒间作用为平行黏结模型的圆球模拟土颗粒为研究对象,建立PFC2D计算模型,模拟了风化千枚岩颗粒在加载和卸荷状态下的应力-应变关系以及颗粒间的细观规律。数值计算结果和试验实测结果的比较表明:由p-l曲线计算的回弹模量值满足设计规范要求;位移场及接触应力场的变化现象与室内小型承载板试验宏观现象比较相似。     

荷载作用下沥青路面表面开裂的扩展

为了研究荷载作用下沥青路面表面开裂的机理,采用不规则颗粒及颗粒接触界面生成的二维算法子程序,在指定的级配类型范围内随机生成沥青路面仿真体,分别赋予级配碎石颗粒和沥青粘结体相应的材料参数,对刹车荷载作用下沥青路面开裂的细观响应进行了分析。数值模拟结果表明:表面裂纹是随机的产生、裂纹路径的扩展是非连续和跳跃式的,局部裂纹相互干涉最后形成贯通的裂缝微扩展带导致了路面的开裂损坏。模拟结果证明了开裂的非连续性。     

沥青路面半刚性基层开裂的弯沉特性及判别

针对沥青路面半刚性基层是否出现开裂的问题,建立了路面结构的三维力学模型,采用有限元方法,分析了半刚性基层和沥青路面均出现开裂、半刚性基层未开裂但沥青路面开裂的弯沉和弯沉盆变化特性,比较了半刚性基层和沥青路面均出现开裂时与半刚性基层未开裂但沥青路面开裂时路面弯沉盆的差异,结果表明,沥青路面面层和基层均出现开裂,路面裂缝传荷效率LTE最小和弯沉盆最大斜率km最大。因此,此两参数可用于判别沥青路面半刚性基层是否开裂。     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

半刚性基层沥青路面的断裂力学计算方法及其应用

在假定半刚性基层中有一贯通整个厚度的裂缝以及其反射到面层两种情况下，用有限元法对西三线模型在温度和荷载共同作用下的应力和裂缝尖端的应力强度因子进行了计算，估算 疲劳寿命，讨论了西三给半刚性基层沥青路面的开裂机理。计算结果表明，对于西三线而言荷载应力是影响路面的主要因素，而温度应力也是不可忽视的；基层裂缝的存在对沥青路面的开裂起着重要作用；非对称荷载对裂缝的扩展影响更大。     

基于现场实测数据的高速公路裂缝形态特征及开裂模式研究

为了分析半刚性基层沥青路面横向裂缝开裂模式,依托江苏多条省管高速公路,采用钻芯取样和逐层铣刨分层观测方法,调查了横向裂缝的分层形态特征和贯穿程度,统计了面层和基层裂缝宽度细部特征,明确了横向裂缝主要开裂模式,研究了横向裂缝沿路面深度的分布特征,分析了横向裂缝开裂成因。结果表明:半刚性基层裂缝上部和下部平均宽度分别为0. 96 mm和1. 16 mm,呈现下面较宽、上面较窄的细部特征,而沥青面层裂缝上部和下部平均宽度分别为1. 20 mm和0. 99 mm,呈现上面较宽、下面较窄的细部特征;半刚性基层裂缝基本处于完全贯穿状态,沥青面层裂缝处于顶部部分开裂或完全贯穿状态;横向裂缝开裂模式可分为4种,即上下发展-中间无裂缝型、上下发展-中间裂缝局部贯穿型、完全贯穿型、自上而下型,其中上下发展型开裂模式占比约80%,而自上而下型仅占6%。基层开裂位置对应面层位置均出现开裂,但面层裂缝扩展方向为顶部到底部,而非传统认为的底部到顶部,即当半刚性基层开裂后,直接反射到路表,路表裂纹再往下扩展直至开裂,这主要是因为半刚性基层刚度较大导致面层底部基本不受拉应力作用,甚至处于受压状态,且荷载剪应力从路表传递到面层底部已经衰减很大。因此横向裂缝发展初期应及时养护维修,以防裂缝向下扩展。     

沥青路面复合基层的合理结构研究

为了确定沥青路面柔性基层与半刚性基层组成的复合基层的合理结构．通过构建复合路面计算模型．利用BISAR程序计算了不同轴载作用下路表弯沉、路面各层底应力、各结构层的顶面压应力及各层面剪应力．并对其分布规律进行了探讨。通过调整面层、柔性基层与半刚性基层的厚度．对复合基层沥青路面进行了重载作用下结构内力响应分析,并提出了复合基层设计参数的合理取值。     

沥青路面表面裂纹扩展路径的数值模拟

应用线弹性断裂力学理论结合考虑交通与温度荷载的有限元方法研究沥青路面表面裂纹扩展路径。采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并开发了沥青路面裂纹扩展模拟程序。计算了三种不同长度的路面表面裂纹分别在5种荷载工况作用下的应力强度因子及裂纹起裂角,并模拟了表面裂纹向下扩展的情况。模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展路径,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

降温过程对沥青路面Top-Down开裂的影响

以半刚性基层沥青路面结构作为研究对象,采用Ansys有限元程序建立沥青面层预含不同深度的初始裂缝的二维有限元模型,研究不同降温过程对沥青面层的力学影响.结果表明:存在微裂纹的沥青路面,在急剧的降温过程中可能导致面层产生Top-Down裂缝.降温过程中,拉应力随着深度的增加逐渐减小;初始裂缝深度越长,降温过程中张开型断裂...     

关于锚头丝沥青混凝土路面的抗裂技术探究

提出了一种关于锚头加筋沥青路面结构,通过有限元软件模拟锚头丝沥青路面在温度应力场和既有反射裂缝下的强度计算,从材料选取和加筋方面对沥青混凝土路面横向裂缝和反射裂缝的扩展进行了研究。研究结果表明:采取沥青混凝土上面层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能降低基于温度应力引起的横向裂缝的产生和扩展,有效防止路面低温开裂引起的路表横向裂缝问题;采取在半刚性基层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能改善裂缝而产生的应力集中现象,有效改善面层底部的应力状态,延缓沥青路面下面层反射裂缝的产生和扩展。