原文传递
基于粘弹性断裂力学的沥青混合料裂缝扩展试验与数值研究
| 论文题名： | 基于粘弹性断裂力学的沥青混合料裂缝扩展试验与数值研究 |
| 关键词： | 沥青路面;断裂力学;沥青混合料;裂缝扩展 |
| 摘要： | 开裂与裂缝扩展问题一直是各国学者研究沥青路面的重点。然而，由于区域气候的不同以及各国路面设计理论和养护的差异，关于沥青路面裂缝的研究往往有其局限性。沥青路面面层底部裂缝和基层反射裂缝的应力状态和扩展规律的研究对沥青路面的设计与养护具有十分重要的理论与实践意义。 本文基于粘弹性断裂力学理论对带单边裂纹的矩形板权函数进行了理论推导，并以切口小梁的试验模型为例计算其应力强度因子，在此基础上建立了小梁的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据。计算结果表明：相同的荷载作用下，切口越靠近加载点，Ⅰ型应力强度因子和最大能量释放率越大，Ⅱ型应力强度因子和开裂角越小；随着切口长度的增加，其尖端的应力强度因子和最大能量释放率逐渐增大，开裂角则表现出先增大后减小的趋势；当切口长与梁高比达到0.4时，Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展模式表现的最为明显；Ⅰ型断裂模式在复合型裂纹扩展中起着主导作用。另外，理论计算的结果与切口小梁的模拟结果对比表明，本文推导的权函数在计算小梁的应力强度因子上是可靠的。 为了进一步研究沥青混合料的开裂与扩展行为，本文采用不同切口组合和不同级配形式的单边切口小梁的三点弯曲试验来研究裂缝在沥青混合料中的扩展规律。结果表明：在切口不对称的情况下对小梁加载出现了Ⅰ-Ⅱ复合型开裂，且起裂荷载随着切口偏离加载点距离的增大而增大；中粒式沥青混凝土的起裂荷载大于相同条件下的细粒式沥青混凝土的起裂荷载；一定量的纤维对沥青混合料裂纹的扩展具有一定的阻裂效果。 最后，本文采用XFEM扩展有限元程序对沥青路面反射裂缝的扩展行为进行了数值模拟。讨论了不同面层厚度、基层厚度、面层模量、基层模量、荷载位置以及超载对反射裂缝的影响。结果表明：不同的结构层组合对反射裂缝有显著的影响；行车荷载越接近裂缝，Ⅰ型应力强度因子越大，Ⅱ型应力强度因子越小；超载可能引起路面开裂，开裂角随着荷载中心与裂缝距离的增大而增大，并表现出Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展模式。 |
| 作者： | 马科 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 李萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
