考虑沥青路面材料参数空间差异性的解析计算及影响分析

复杂服役环境下沥青路面的材料参数存在明显的空间差异性，具体表现为沿深度的模量梯度分布与非连续层间接触以及横观各向同性，实现其解析计算对现有的沥青路面力学响应分析及结构设计方法具有重要的参考价值。为此，从弹性力学基本方程出发，基于状态空间法，推导了具有指数模量梯度的横观各向同性弹性层状体系通解；在此基础上，基于波传递方法，将状态向量转换为波向量，并结合边界条件和层间条件，建立了考虑沥青路面材料参数差异性的多层路面结构解析解；然后借助MATLAB平台编制了数值计算程序，采用文献对比、BISAR程序以及有限元软件ABAQUS验证了该解析解的精度与效率；最后结合典型数值算例，阐述了该解析解在沥青Top-Down开裂和传统路面疲劳损伤分析中的应用。理论推导和数值计算结果表明：该解析解摆脱了弹性力学问题求解对应力函数的依赖性，并且借助波传播方法，避免了求解中正指数过大对求解精度的影响，并使得边界条件和不同层间接触关系的描述更加便捷；沥青路面材料参数的空间差异性不可忽视，沥青面层连续模量梯度会造成更大的路表拉应力和最大剪应力，进而加剧沥青路面的Top-Down开裂；而横观各向同性和层间接触状态间存在耦合效应，从而会加剧沥青路面的疲劳损伤。     

寒区沥青路面服役性能Ⅱ:疲劳寿命预估模型

低温及冻融作用下的沥青混凝土开裂是道路工程中寒区沥青路面的主要病害形式之一。为量化寒区状态下这两类病害演化的影响，开展基于冻融分区下寒区沥青路面疲劳寿命预估模型的研究。首先，建立沥青混合料冻融损伤疲劳寿命衰变模型；然后，基于热量和降水指标进行冻融环境量化分区，根据损伤等效原则建立室内外冻融次数对应关系；最后，基于沥青混合料冻融损伤疲劳寿命衰变模型和室内外冻融次数对应关系，提出不同地区考虑冻融作用的调整系数计算方法。结果表明：对于不同地区，考虑冻结指数和考虑冻融的调整系数相对误差在20%以内；对于冻融频繁但低温不严重的地区，应当综合选取考虑冻结指数和考虑冻融的调整系数，以提高沥青混合料层疲劳寿命预估精度。研究结果可为寒区沥青路面疲劳寿命预估提供参考。     

横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解

主要推导三向移动荷载作用下考虑复杂层间接触状态的横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解。首先，从直角坐标系下横观各向同性黏弹性多层体系动力学问题的基本方程出发，借助相对坐标变换和Fourier变换，推导单层沿深度方向的波数域状态向量传递矩阵；其次，基于波传递方法，构造层顶下行波和层底上行波向量，以消除传递矩阵中的正指数项，保证数值计算的稳定性；而后，基于Goodman模型表征的层间接触条件，建立相邻层上、下行波向量的递归关系，并结合荷载和边界条件，对多层体系各层上、下行波向量进行求解；最后，通过Fourier逆变换和相对坐标逆变换，得到沥青路面任意坐标和时刻下的动力响应解析解，并编制数值计算程序。通过ABAQUS有限元模拟，验证了解析解的准确性，且证明了解析解的计算效率远优于有限元模拟；综合分析荷载、材料、层间接触对沥青路面动力响应的影响，可以发现：水平向荷载与路表剪应力关联性强，是导致路面Top-down开裂的重要因素；层间接触条件和横观各向同性均对面层底部水平向应变影响显著，且这2个因素之间存在耦合效应，建议在路面疲劳寿命分析中予以充分考虑。研究得到的解析解可为真实沥青路面力学行为研究提供高效准确的分析工具。     

基于分布式光纤形状传感的沥青混合料车辙变形监测研究

车辙是沥青路面典型的病害形式，其现有的检测及评估方法大多存在表观性。因此，对沥青路面结构内部车辙的演变过程、横断面形状进行监测和评估具有重要意义。引入分布光纤形状传感技术，研发了可用于沥青路面的柔性分布式光纤形状传感器，通过理论分析和标定试验明确了其形状测试原理。将分布式光纤形状传感器植入车辙试件，采用光频域反射设备(OFDR)对室内车辙试验进行了加载全过程的实时监测，获取了沿车辙横断面上各测点的时程应变数据。进而，采用空间曲线理论中的Frenet-serret方程，提出基于分布式光纤传感技术的车辙横断面二维形状重构算法，得到发生累积变形时分布式光纤形状传感器的形态演变曲线。提取重构曲线中荷载作用位置处的位移与车辙仪位移传感器数据进行对比，平均相对误差仅为0.981%,证实上述方法可以实现车辙变形的准确监测。最后基于重构得到的车辙横断面形状，分析车辙变形的演变规律，结果表明其与沥青路面永久变形发展阶段中的压密、流动过程具有较好的对应关系。创新性地提出了基于分布式光纤形状传感技术的沥青混合料车辙变形监测方法，有助于明晰沥青路面结构内部车辙类病害的发展规律和横断面形态，为道路基础设施全寿命...