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原文传递基于能量的水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝研究

论文题名：	基于能量的水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝研究
关键词：	水泥混凝土路面;沥青加铺层;反射裂缝;能量耗散
摘要：	反射裂缝是沥青加铺层路面主要的病害类型。对沥青加铺层路面反射开裂破坏机理的深入研究是提升沥青加铺层抵抗反射裂缝的能力，进而增加沥青加铺层路面使用寿命的关键。目前主要是从力学角度研究沥青加铺层反射开裂过程。考虑到基于力学角度不能精准量化沥青加铺层反射开裂全过程发展规律，而能量法着重分析“能量的状态，无视过程”，本文将开展带缝水泥混凝土板加铺沥青层的强度断裂试验和循环加卸载试验，从能量的角度研究沥青加铺层路面的反射开裂特性。主要研究内容及结论如下：　　（1）基于断裂力学分析水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝产生机理，分析了沥青加铺层损伤开裂过程的能量种类，结合材料损伤中的能量演化过程将沥青加铺层开裂过程能量演化划分为四个阶段：能量输入、能量储存、能量耗散、能量释放。根据四个阶段中能量的转化情况，初步从能量角度描述沥青加铺层反射开裂过程：当沥青加铺层系统达到储能极限时，内部开始萌生微裂纹；当耗散能占主导位置时，裂缝快速产生、扩展。　　（2）对复合试件沥青加铺层进行强度断裂试验，采用声发射技术对复合试件沥青加铺层损伤过程进行动态监测，基于声发射技术对反射开裂监测的结果表明声发射参数对沥青加铺层内部损伤具有较好的鉴别效果，基于声发射特征参数划分了沥青加铺层反射开裂的不同阶段。基于刚度线性软化假定求解沥青加铺层损伤过程中的应变能和破坏能，利用数字图像技术获取复合试件反射开裂过程的应变场和应力场。探究沥青加铺层反射开裂能量演化规律：单轴压缩下的弹性应变能呈现先增后减趋势，整个加载过程中输入的总能量转化的比例约从70%增加至82%，后续作为驱动裂缝扩展能源释放出来。提出基于累计声发射参数表征沥青加铺层损伤演化方法，建立了基于耗散能沥青加铺层损伤模型，定义强度断裂试验下复合试件沥青加铺层裂缝阶段划分能量判据。　　（3）通过声发射特征参数对比分析不同荷载位置复合试件沥青加铺层弯曲断裂过程，比较不同荷载位置复合试件沥青加铺层断裂能的大小及损伤开裂全过程能量变化，同时通过数字图像技术分析沥青加铺层能量场变化，研究表明声发射特征参数可有效识别复合试件沥青加铺层初始刚度大小；随着荷载位置偏移预留裂缝，复合试件沥青加铺层的断裂能和裂缝扩展所需能量有明显提升。　　（4）对复合试件沥青加铺层进行等幅、分级循环加卸载试验，探究不同应力状态对反射裂缝扩展影响。根据声发射特征参数对反射开裂过程进行划分，发现不同应力状态下复合试件沥青加铺层反射开裂每阶段时长占比不同。对比分析等幅、分级循环加卸载试验和强度断裂试验所得的能量，探究不同加载方式下沥青加铺层损伤演化规律，基于能量耗散定义复合试件沥青加铺层损伤变量，建立复合试件沥青加铺层损伤量数学模型。根据损伤演化规律确定复合试件沥青加铺层开裂过程各阶段，选用复合试件沥青加铺层反射开裂的判定参数起裂韧度DiniIC和失稳韧度DunIC表征反射开裂的一般规律。
作者：	陈运林
专业：	交通运输工程
导师：	王威娜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022