碾压参数调控下智能压实指标影响规律研究

在路基连续压实过程中,通过可靠的连续压实指标实现对路基压实程度的实时监测是实现智能压实的基础环节。本文通过分析压实计值（Compaction Meter Value,简称CMV）随碾压参数的变化,建立CMV与压实度线性拟合关系,以代替压实度作为路基压实评价指标,并基于BP神经网络建立CMV与碾压参数之间的回归关系。试验表明CMV作为评判压实质量的间接指标具有一定的可靠性,在CMV与碾压参数关系中,CMV随振动频率变化。建立的CMV-碾压参数回归模型表明振动频率、速度对CMV的相关性较高,通过调整碾压参数实现对CMV的控制是可行的。     

钢渣-碎石沥青混合料设计及其动态模量研究

为推广废弃钢渣在沥青路面中的应用,试验分析废弃钢渣工程特性,合理应用废弃钢渣,在研究废弃钢渣特性基础上,设计了AC-13、AC-20、AC-25钢渣-碎石沥青混合料;进行室内单轴压缩动态模量试验,对比分析钢渣-碎石沥青混合料(试验组)和石灰岩沥青混合料(对照组)的动态模量数值。应用数理统计方法,获得了钢渣-碎石沥青混合料的动态模量代表值。与对照组相比,钢渣-碎石AC-13、AC-20、AC-25沥青混合料的动态模量代表值对应提高了7.93%、11.34%、11.20%。基于废弃钢渣特性设计的钢渣-碎石沥青混合料比石灰岩沥青混合料的动态模量代表值均有提升,实测的钢渣-碎石沥青混合料动态模量代表值可以用于路面结构设计。     

整车多轮动载作用下沥青路面动力响应

车辆荷载作用下沥青路面各结构层受力复杂,现行公路沥青路面设计规范未能考虑车辆振动特性和橡胶轮胎非线性。为研究整车多轮动载作用下沥青路面动力响应,基于车辆动力学、橡胶材料超弹性及沥青路面黏弹性理论,构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型,与实际车-路现场测量比较验证本模型的可靠性,对比分析无路面不平度与B级路面不平度激励下,路面各结构层动力响应。结果表明：通过与实际车-路测量结果比较,沥青层底部纵向最大剪应变与实测值误差为5.889%,表明该车-路动力学模型可靠、合理;B级路面不平度激励下,后轴左单轮接地法向力为0~86.526 kN,车体法向振动加速度为-0.451~0.372 m·s^-2,后轴左悬架弹力为60.376~68.42 kN;与无路面不平度相比,后轴左单轮最大接地法向力、车体最大法向加速度、后轴左悬架最大弹力分别增加113%、402.7%、7.4%;与无路面不平度相比,沥青路面上、中、下面层纵向最大压应力分别增加18.91%、12.4%、21.1%,纵向最大拉应力分别增加3.94%、6.25%、33.3%;横向最大压应力分别增加10.43%、8.47%、9.19%,横向最大拉应力分别增加12.19%、13.08%、33.33%,且压应力数值远大于拉应力;竖向最大压应力分别增加19.1%、19.35%、20.07%,竖向最大拉应力分别增加26.93%、7.38%、6.2%,且前轮压应力大于中、后轮压应力。以上数据说明路面不平度对结构层响应影响较大,车辆振动特性及橡胶轮胎与路面非线性接触不容忽略。     

基于MMLS3设备的OLSM抗反射裂缝性能研究

为评价开级配大粒径沥青碎石（OLSM）抗反射裂缝性能及其影响因素,采用MMLS3设备对1/2路面结构进行弯拉-剪切作用下反射裂缝模拟试验,测定不同集料粒径、分形维数、胶浆膜厚度和粉胶比等影响因素下OLSM面层的瞬时应变幅值,分析不同影响因素下OLSM面层裂缝扩展规律。结果表明：OLSM面层随加载的累积应变、瞬时应变幅值和裂缝扩展速率均显著低于AC面层,终裂时其加载次数比AC面层提高了64.9%;随着公称最大集料粒径的增大,OLSM面层随加载的瞬时应变幅值和裂缝扩展速率显著降低,终裂时OLSM-30和OLSM-40面层加载次数比OLSM-25面层分别提高了20.2%和41.5%;随着分形维数的减小,OLSM面层随加载的瞬时应变幅值和裂缝扩展速率先提高后降低,终裂时加载次数先提高后降低;随着胶浆膜厚度和粉胶比的增大,OLSM面层随加载的瞬时应变幅值、裂缝扩展速率先提高后降低,终裂时加载次数先提高后降低。OLSM对裂缝扩展起到较好的抑制作用,具有良好的抗反射裂缝性能;大粒径集料对裂缝扩展起到较好的抑制作用,选用较大集料粒径的OLSM可有效提高其抗反射裂缝性能;随着分形维数、胶浆膜厚度和粉胶比的增大,OLSM抗反射裂缝性能先提高后降低;采用分形维数2.39~2.43、胶浆膜厚度50~56 μm和粉胶比1.2~1.4设计OLSM,可有效提高其抗反射裂缝性能。     

细粒土路基平衡密度状态分析

为掌握细粒土路基的平衡密度状态及其变化原因,统计分析9条高速公路路床顶部的压实度和含水率检测资料,对3条黄泛区高速公路路基的压实度、含水率以及1条高速公路的路基模量进行全断面深度检测,并开展非饱和细粒土的湿化试验和弹性恢复试验。现场实测发现：在役路基除了实测含水率较最佳含水率有0~13.8%的增加外,相应的压实度出现了0~10%的线性衰减;其中,路床区、上路堤以及受水位波动影响较大的路基底部的压实度降低十分明显,而下路堤上部区域压实度基本维持不变甚至有所增大;路基压实度的变化与土的含水率密切相关。非饱和土三轴试验结果表明：土体湿化过程中,吸水导致体积膨胀和压实度衰减;当路床土吸湿至平衡湿度（含水率为18%）时,土体压实度降低5.07%。弹性恢复试验结果表明：压实路基土因变形恢复导致路基密度衰减;低含水率、高压实度和低上覆荷载条件下的弹性恢复较大,压实路床土弹性恢复导致的压实度降低值最大为0.5%;综合湿化和弹性恢复结果来看,两者占黄泛区路床区压实度衰减总量（约7%）的79.6%;此外,路基剪切模量的原位实测值较相同物理状态下的室内重塑土结果平均高出了60.64%,表明运营多年的高速公路路基土具有一定的结构性。因此,既有路基的评价应该同时考虑路基湿度增加、密度降低以及土体结构性等综合因素。     

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。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标,基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）;然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能,获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率;最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系,并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE,DPSE_c,DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系,DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加,而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小,其原因是随着温度的升高,沥青塑性变形发展变快,而开裂则减缓;SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9,70.1,91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0,47.0,45.8 kJ·mol^-1）,这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青;此外,SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此,可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

就地热再生沥青混合料均匀性的细观评价指标

就地热再生能直接在现场一次性完成路面修复,但因其材料组成和施工工艺复杂等极易出现混合料不均匀问题,为解决此问题,尝试从集料入手,对就地热再生沥青混合料均匀性的评价指标进行研究。首先,采用数码相机获取就地热再生沥青混合料试件截面的数字图像,基于数字图像处理技术识别截面中所有新旧集料的细观结构;然后,采用环扇分割法将截面分成36个等面积区域,基于区域集料颗粒面积比和新集料颗粒偏离度分别提出集料均匀性评价指标D和新集料均匀性评价指标H;最后,通过改变RAP加热温度、RAP拌和时间、新沥青混合料拌和温度与新旧料混合时间4个因素,进行正交试验,进一步分析均匀性指标的变化规律和可靠性。结果表明：环形分区结合OTSU阈值分割方法可准确识别沥青混合料截面图像中的集料信息,保留绿色通道的方法可有效识别不同灰度值的新旧集料;对试件截面均匀性的定性分析初步验证了这2个均匀性指标的有效性;RAP加热温度与新沥青混合料拌和温度对D影响显著,RAP加热温度和新旧料混合时间对H影响显著;而且,随着RAP加热温度、新沥青混合料温度和新旧料混合时间的增加,就地热再生混合料的均匀性变好,这与以往的研究结论相一致,进一步验证了这2个均匀性评价指标的可靠性。     

"道路指纹"关键技术及其在智能车路系统中的应用

针对智能网联汽车与车路协同系统中的高精度定位核心技术问题,提出了"道路指纹"的概念与表征模型,并在"道路指纹"的基础上提出了面向智能车路系统的高精度定位方法."道路指纹"是通过车载传感器数据提取的高稳定性与高辨识度的道路场景特征信息.在"道路指纹"表征模型中,分别从表征的唯一性、计算的快速性、特征的稳定性以及表征的精准性等4个方面完成建模工作.其中,针对表征唯一性需求,提出基于多视角(包括俯视、前视、侧视等)与多传感器的表征方法;针对计算快速性要求,提出了全局特征与语义特征的表征方法;还提出基于深度卷积神经网络(D-CNN)的深度学习特征提取方法,大幅度提高特征表征的鲁棒性;最后,通过提取路面的局部特征,实现特征的精准性(亚像素精度)表征.通过对上述特征进行层次化组织,完成"道路指纹"的表征建模.通过对道路上各个节点进行"道路指纹"计算与建模,并同步获取节点的传感器位姿、场景结构信息,完成道路指纹库构建工作.在定位过程中,首先通过车载传感器获取的数据实时完成"道路指纹"计算,然后通过匹配道路指纹库,完成车辆的高精度位置计算.在开发的"道路指纹"技术基础上,分别从视觉道路指纹定位、LiDAR道路指纹定位以及道路资产管理等3个应用案例给出了该技术的应用前景.所提出的"道路指纹"技术,为解决智能车路系统中的高精度定位问题,特别是卫星信号盲区下的高精度定位问题,提供了一种新的解决思路.      

光线强弱对数字图像计算构造深度的影响研究

选取普通水泥混凝土路面、普通拉毛水泥混凝土路面、大孔隙改性水泥混凝土路面三种路面结构类型,分别在晴天和阴天两种光线条件下拍摄数字图像照片,运用MATLAB数字图像技术将路面表面图像像素值量化,通过最小二乘法原理和Tablecurve 3D软件建立曲面拟合模型,提出基于数字图像处理技术的路面表面构造深度计算方法,并分析光线强弱对数字图像构造深度的影响。结果表明:路面表面数字图像构造深度计算方法具有便捷、快速、客观等优点;光线强弱对运用数字图像技术分析路面表面构造深度的影响可以忽略;三种路面结构类型相比,大孔隙改性水泥混凝土路面数字图像表面构造深度最大,具有良好的抗滑性能和排水功能。