沥青混合料蠕变模型的改进及其参数确定

现有力学模型不能全面描述沥青混合料的蠕变,因此根据沥青混合料三阶段的蠕变特性,对Burgers模型中表征粘性流动的外部粘壶进行改进,认为其粘滞系数先增大后减小.推导了改进模型的本构方程,得到了蠕变应变、蠕变速率和蠕变加速度的解析表达式;运用最小二乘原理,建立了模型参数的确定方法;通过两个实例验证了改进模型的正确性.研究表明改进模型拟合曲线与实测应变吻合较好,相关性系数高,而且计算得到的流变时间与实测流变时间误差较小,说明该力学模型能够反映下沥青混合料第三阶段的蠕变,而流变时间Ft可作为研究沥青混合料蠕变性能的一个重要指标.     

沥青混合料等应变率压缩试验的时间依赖性模型

为描述沥青混合料在受力状态下的时间依赖性行为,以等应变率压缩试验曲线特点为依据,建立沥青混合料的可变量本构模型,并推导出不同加载条件下本构方程表达式.通过有效的数值拟合方法获取沥青混合料的本构模型参数,将该模型与三轴等应变率压缩试验曲线进行对比,两者吻合较好,表明可变量本构模型能较好地描述沥青混合料与时间依赖行为,对破坏失效后材料的力学行为曲线有较好地表述.利用拟合参数计算蠕变曲线,其计算蠕变曲线能成功地描述蠕变的第二、三阶段,曲线特点与应力、温度等条件相关,在高温度和高应力条件时达到一定应变条件时所需时间较短,同时稳定期随温度和应力的增加所经历的时间逐渐减少.     

纤维种类对沥青混合料高温蠕变性能的影响

为了研究纤维种类对沥青混合料高温蠕变性能的影响,在60℃下对掺入3种不同种类纤维的沥青混合料进行了蠕变性能试验,采用Burgers模型表征纤维沥青混合料的黏弹性能,并通过Burgers模型的转换对蠕变速率进行研究。掺入聚酯纤维沥青混合料的蠕变应变率最小,表明聚酯纤维沥青混合料具有较好的高温蠕变性能。     

广义Kelvin蠕变损伤模型及其参数的智能辨识

为了更好地描述岩石的流变变形特征,提出了考虑岩石蠕变过程中材料劣化效应的黏弹塑性模型,并导出了该模型的有限差分格式.基于FLAC3D软件的接口平台,采用C++语言实现了模型的二次开发.在此基础上,采用粒子群算法、模拟退火算法与FLAC3D相结合的智能方法,用已有试验数据进行了参数反演.结果表明:该模型能反映岩石的黏弹塑性以及损伤特性,能模拟低应力下岩石的两阶段蠕变和高应力下岩石的三阶段蠕变变形效应;只要反演算法参数取值适当,算法在40代左右就可以收敛到全局最优解.      

三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析

采用半正弦波间歇荷载,使用MTS(Material Test Systerm)材料试验机对AC-13沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究试验温度和应力水平对沥青混合料永久变形特性的影响,得到了AC-13沥青混合料在不同温度和不同应力水平下的永久变形规律,对永久应变与荷载作用次数、应力水平和温度的关系进行非线性回归分析,提出来能够全面反映沥青混合料永久变形特性的模型,并绘制了不同温度下的三维图形,直观全面地反映沥青混合料变形的特性。     

含分数阶导数元件非线性蠕变模型的二次开发

通过GDS应力三轴仪对湛江黏土在恒定围压不同偏应力下的三轴蠕变试验,得到几组不同偏应力下轴向应变与时间关系数据,鉴于传统线性元件组合模型无法精确描述黏土蠕变的非线性问题,提出采用分数阶导数元件分别替换传统Burger模型中两个牛顿粘壶线性元件,建立起含两个分数阶导数元件的非线性蠕变模型,采用C++语言将该模型在FLAC3D中进行二次开发,通过建立一个三轴数值算例,将不同偏应力下数值计算结果与试验数据进行对比,结果表明提出的非线性蠕变模型相比Burger模型更适合描述湛江黏土的蠕变过程。     

基于统计损伤的沥青混凝土路面本构关系研究

基于统计损伤理论,建立了沥青混凝土在三轴压力作用下的损伤本构模型.分别对不同温度,不同围压下用该模型得出的应力-应变曲线与用双曲线模型得出的应力-应变曲线进行对比,结果表明沥青混凝土材料的强度随温度的升高而降低,随围压的增大而升高,且该模型适用于沥青混凝土材料的弹性阶段.     

沥青混合料疲劳损伤机理研究

在根据应力等效假设提出沥青混合料疲劳损伤参量的基础上,通过对常应力小梁弯曲疲劳试验数据的分析得出：不同试验条件下的沥青混合料弯曲疲劳试件的损伤累积过程都具有相同的变化规律,即随着加载次数的增加,沥青混合料的累积损伤量不断增大．累积损伤曲线的突变点就是沥青混合料达到疲劳破坏的标志。     

沥青混合料疲劳损伤机理研究

在根据应力等效假设提出沥青混合料疲劳损伤参量的基础上,通过对常应力小梁弯曲疲劳试验数据的分析得出:不同试验条件下的沥青混合料弯曲疲劳试件的损伤累积过程都具有相同的变化规律,即随着加载次数的增加,沥青混合料的累积损伤量不断增大,累积损伤曲线的突变点就是沥青混合料达到疲劳破坏的标志.     

沥青含量对混合料疲劳极限特性的影响

利用马歇尔试验确定了沥青混合料的最佳沥青含量,采用控制应变的小梁疲劳试验,研究了最佳沥青含量和富沥青含量混合料弯拉劲度模量随应变水平的变化规律,得到了应变水平与荷载作用次数模型,并分析了2种混合料在不同应变水平和轴次下的疲劳特性。分析结果表明:不同应变水平下,2种混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数变化规律基本一致,高应变水平下弯拉劲度模量迅速衰减,低应变水平下初始阶段模量明显降低,随后趋于平缓;以弯拉劲度模量降为初始值的一半作为破坏标准,2种混合料疲劳寿命和应变的关系都呈非线性特征,且低应变水平下曲线呈现典型的渐近线趋势,表明2种沥青混合料具有类似的疲劳极限特性;富沥青含量混合料在高应变水平下对疲劳极限特性影响有限,只有当应变水平小于100με时才对疲劳寿命有明显改善;在进行永久性沥青路面沥青层设计时,不能简单通过增加沥青含量减薄沥青层厚度。     

基于重复加载蠕变试验的沥青混合料高温稳定性能研究

为了研究车辙随温度和应力改变的变化规律,对AC-13、AC-16和AC-20三种不同级配沥青混合料,在三种温度下进行重复加载蠕变试验,提取多种反映沥青混合料高温变形性能的力学参数,并进一步分析了这些参数在不同温度水平下的变化规律.研究结果表明,随着温度的增加,劲度模量、流动次数和斜率表现出一定的规律性,而永久变形没有明显的规律性;加载应力为0.7MPa、温度为60℃时,劲度模量、流动次数和斜率对于三种不同的混合料区分度最大.     

沥青高温流变评价指标对比

为了有效评价沥青混合料的高温抗变形性能,应用旋转粘度试验、动态剪切流变试验与重复蠕变试验,测试了粘度、车辙因子与蠕变模型参数,利用伯格斯模型对高温蠕变试验数据进行了拟合,结合沥青混合料高温车辙试验结果,分析了3种高温流变指标与沥青混合料高温性能的相关性。分析结果表明:车辙因子在评价改性沥青混合料高温性能时并不适用,模型参数与沥青混合料动稳定度的相关性最大,达到0.9887,说明蠕变参数可以准确地反映各种沥青混合料的高温抗变形性能。     

硅藻土改性对沥青路面低温性能的影响

为了确保硅藻土改性沥青混合料的低温抗裂性能,对3种不同的硅藻土改性沥青及沥青混合料进行一系列的室内试验研究,包括低温弯曲试验、直接拉伸试验、蠕变试验及应力松弛试验。结果表明：硅藻土改性沥青混合料能够显著改善低温抗裂性能,是一种值得推广应用的改性剂。     

基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命,根据局部应力-应变理论,通过直接拉伸疲劳试验,建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线,运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变,对循环曲线和Neuber方程进行修正,以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验,建立了沥青混合料的疲劳寿命方程,提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤,由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。     

沥青混合料抗永久变形特性试验方法评价

车辙已经成为我国高等级公路不可忽视的损坏类型之一。就不同温度下沥青混合料抵抗永久变形的能力分别采用APA和单轴贯入试验进行分析。结果表明虽然APA试验能够区分普通沥青混合料在不同温度下抗永久变形特性,但不能评判不同温度下的SBS改性沥青混合料的抗永久变形特性。由于单轴贯入试验可以模拟实际路面的受力状态,同时其试验结果与实际路面车辙变形也具有良好的相关性,并且,单轴贯人试验还可以较好地区别不同沥青混合料,包括SBS改性沥青混合料,在不同温度下的抗永久变形特性。因此建议研究沥青混合料抗永久变形性能时应选择单轴贯入试验。     

运用损伤力学理论预测沥青混合料的疲劳性能

运用Alliche A和Francois D提出的分析水泥混凝土疲劳损伤的力学模型计算沥青混合料的疲劳性能，将计算结果与试验结果进行比较发现，其结果与试验值相差非常大。造成这一差别的原因与模型中参数的取值有关，更主要的原因是沥青混合料的损伤演变律并不一定遵循简单的直线关系。对原损伤演变律进行了修正，运用修正的损伤演变律对计算模型进行了推导。经验证，修正的模型的计算结果与试验结果比较接近，可用于预测沥青混合料的疲劳性能。