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原文传递基于离散元法的沥青混合料单轴贯入的细观行为研究

论文题名：	基于离散元法的沥青混合料单轴贯入的细观行为研究
关键词：	道路材料;沥青混合料;单轴贯入试验;细观特性;离散元法
摘要：	车辙一直是影响沥青路面服务水平的重要因素，也是制约沥青路面使用寿命的主要病害之一，与沥青混合料的抗剪性能密切相关。目前已有很多关于沥青混合料抗剪性能的研究，以及细观的集料特征研究，但尚未有全面的将宏观形貌、细观特性与抗剪性能综合的研究。因此，本研究结合室内车辙试验，测试不同车辙深度辙槽处与隆起处取芯得到的试件的抗剪强度，结合数字图像处理技术和离散元软件重构双层沥青混合料试验的二维模型，随后对其进行单轴贯入试验模拟，分析试件内部的细观力学特性与粗集料空间运动特性，为揭示沥青路面的车辙破坏机理开拓新思路，具备一定的理论价值与应用前景。　　在综合分析国内半刚性基层路面面层组合结构的基础上，确定了SMA-13和AC-20的面层结构组合，通过单轴贯入试验分析不同工况下不同车辙深度的沥青混合料隆起处和辙槽处的抗剪强度变化。结果表明:在标准、高温和重载这3种工况下，随着车辙深度的加深，辙槽处的贯入强度总体均呈上升趋势;隆起处的贯入强度逐渐降低。在相同的车辙深度下，标准工况下路面的抗剪承载力均高于高温和重载工况，说明高温和重载都对路面的抗剪承载力有削弱的作用，并且高温工况下沥青混合料抗剪强度的变化百分比最大，说明高温是导致路面抗剪强度减弱的主要原因。　　选取隆起处与辙槽处抗剪强度的比值，即离差比表征路面的实际承载能力，发现随着车辙深度的加深，离差比呈下降趋势，对离差比与车辙深度的相关性进行函数拟合，结果符合线性关系，说明辙槽处与隆起处的抗剪强度的不均匀性增大，路面结构越不稳定，路面的实际承载能力越低。　　基于离散元方法，采用沥青混合料芯样试件的纵剖面图像对单轴贯入试件进行二维重构，接着进行单轴贯入虚拟试验，获取虚拟试验中变形量和剪切应力的关系曲线，随着车辙深度的加深，剪切应力的变化与室内试验的结果相似，进一步验证了模拟的正确性。　　对沥青混合料内部细观力学状态进行分析，发现试件内部的拉压应力分布、粗集料性能与其形态特征、沥青和集料的粘附性能都是沥青混合料抗剪性能优劣的影响因素。　　研究沥青混合料内部粗集料形态特征与运动轨迹得出:随着车辙深度的加深，粗颗粒主轴方向角逐渐趋向90°，并且主轴方向角标准差逐渐减小，粗颗粒方向角的差值也越来越小，粗颗粒状态趋于平稳，辙槽处沥青混合料的压实程度越高。单轴贯入试验前后，上、下面层粗集料在X和Y方向上的位移呈现不同的变化，说明上面层颗粒在贯入荷载作用下产生竖向的位移，下面层颗粒则主要产生横向的位移。对比试验前后粗颗粒的位移角，随着车辙深度的增加，由于辙槽处的沥青混合料压实程度提高，因而粗颗粒在荷载作用下的位移角逐渐减小，内部结构逐渐趋于稳定，导致辙槽处的抗剪强度增加。　　选取上面层主轴方向角标准差为细观特征参数，通过函数拟合，发现细观特征参数、车辙深度与离差比三者之间互相成立特定的函数关系。
作者：	郑佳辉
专业：	结构工程
导师：	肖鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文