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原文传递沥青路面动态模量及裂缝扩展研究

论文题名：	沥青路面动态模量及裂缝扩展研究
关键词：	沥青路面;力学响应;疲劳裂缝;动态模量
摘要：	不管是基础理论还是工程实践，沥青路面动态模量和路面内部各种裂缝都是当前研究的热点。全面掌握沥青路面动态模量变化规律、正确认识沥青路面内部裂缝扩展机理，使得道路工作者能够进一步理解路面力学行为，这将促使和完善沥青路面的设计及养护工作。本文研究了基于动态模量的沥青路面力学响应和路面疲劳裂缝的扩展问题，并通过试验研究及数值分析的方法对上述问题进行论述，主要工作及结论如下：　　（1）利用沥青混合料基本性能试验仪（SPT）对SMA-13、AC-20、AC-25和ATB-25四种沥青混合料进行室内动态模量试验研究，分析了温度、加载频率影响下的动态模量和相位角的变化规律；基于分数阶积分理论，引入能够用于描述沥青混合料动态特性的分数阶导数粘弹性模型，对沥青混合料动态粘弹性采用分数阶导数三元件固体模型进行研究，并分析了拟合效果。结果显示：通过使用较少的试验参数就能够得到用于描述沥青混合料动态特性模型，且拟合效果更好；分数阶参数r与相位角的相关性较好，具有一定的物理意义，可用于描述沥青混合料的动态粘弹性，它体现的是沥青混合料所处的粘弹性比例，对于沥青混合料它的值一般在0.30～0.50之间。　　（2）利用已经建立的沥青混合料动态模量主曲线，基于动态模量参数研究了沥青路面结构在不同车速、温度等因素下的力学响应，选取路表弯沉、沥青面层底拉应变及土基顶面压应变等指标进行分析，并与现行规范规定的静态抗压回弹模量路面结构力学响应进行对比；其次，基于断裂力学基本理论，在有限元方法中利用动态模量主曲线和时温转化因子确定行车速度下的沥青混合料力学性质，采用移动荷载模式，考虑行车速度、荷载及温度对含多裂纹的沥青路面结构进行动力特性分析。　　（3）在有限覆盖无网格法的基础上，采用改进的移动最小二乘插值构造的形函数处理位移边界条件，使得有限覆盖无网格法可用于处理连续与非连续性问题，并通过算例表明本方法的可行性。　　（4）将断裂力学引入有限覆盖无网格法，并编制了相关程序。通过程序模拟了三点弯曲试件裂纹的扩展情况，并与已有研究成果进行对比，结果表明该方法能够较好的模拟混合料的扩展情况。通过试验成果与程序计算结果进行对比，可以看出裂纹的扩展路径趋势基本相同，对于裂纹扩展时出现的应力集中现象程序能够较准确的体现，并能够获得较精确的应力强度因子，因此程序能够用于裂缝的扩展行为。　　（5）通过有限覆盖无网格法模拟了沥青路面结构中裂纹的扩展路径。详细的评价了路面厚度、设计模量、行车荷载等因素影响下路面结构裂缝的扩展。采用灰色关联优势分析法分析了各影响因素对参数KⅠ、KⅡ及θ的影响大小。在各种影响沥青路面表面裂缝扩展的因素中，其中路面结构层厚度及模量值和荷载是主要影响因素。裂缝的扩展方向随着裂缝的增长会发生改变。
作者：	梁俊龙
专业：	道路与铁道工程
导师：	高江平
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文