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基于细观力学的颗粒类路面材料堆积行为与骨架结构研究
| 论文题名： | 基于细观力学的颗粒类路面材料堆积行为与骨架结构研究 |
| 关键词： | 路面材料;颗粒物质;堆积行为;骨架结构;力学性能 |
| 摘要： | 沥青混合料由离散刚性集料和连续黏性介质组成，从体积组成来看，沥青混合料中集料占绝大部分，约占总体积的90％，属于典型的颗粒体系。合理的集料体积组成不仅可以改善沥青混合料的力学性能，也可以协调沥青混合料多相复合材料的复杂行为。从细观角度上看，集料颗粒随机地分散在沥青砂浆介质中，颗粒自身的物理力学性质、颗粒间嵌挤、摩擦作用等都对沥青混合料的力学性质产生显著影响。而现有的沥青混合料设计方法多基于连续介质理论以及宏观现象学试验分析方法，忽略了对集料及其细观结构进行系统的研究与分析。 本文借助颗粒物质理论，主要利用数值模拟方法并结合室内试验，对颗粒路面材料细观结构和力学特性开展研究。首先，基于颗粒物质理论，分析集料间的摩擦、接触、嵌挤等细观相互作用机制建立了离散集料贯入试验细观模拟的PFC3D模型，讨论了模型细观参数与宏观贯入力之间的关系，结果表明贯入力对颗粒摩擦系数和孔隙率的敏感性要远大于颗粒接触刚度比，模拟试验结果与已有的室内试验结果吻合性良好。其次，基于逐级填充理论，建立多级填充的颗粒数值模型，分析连续级配和间断级配集料混合物的力学响应和细观演化规律，结合CBR和VCA的指标评价集料骨架嵌挤密实状态，并提出较优的级配组成。最后，统计分析随机堆积模型得到的初始颗粒体结构，在重力荷载作用下的离散动态计算以后，单一粒径散粒体的平均配位数随空隙率的减小而增加，混合粒径球形散粒体的平均配位数变化范围很小，基本保持常数，与文献实测结果吻合，表明文章所提出的数值计算方法能够较好的模拟颗粒体在重力场内的堆积行为。并在此基础上，分析贯入试验过程中集料混合物的细观力学响应，观察力链结构网络图和平均配位数的变化过程，通过颗粒位移矢量场的变化得到集料颗粒内部的迁移演化规律。 研究表明，文章借助PFC3D平台的研究方法能够方便有效的观察颗粒类路面材料堆积行为和骨架稳定过程，为进一步研究复杂形状的颗粒迁移与力链稳定等行为奠定基础。 |
| 作者： | 刘焕娇 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 张久鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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