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水泥路面沥青加铺层张开型反射裂缝特征及发展预测研究
| 论文题名： | 水泥路面沥青加铺层张开型反射裂缝特征及发展预测研究 |
| 关键词： | 沥青加铺层;反射裂缝;图像矩阵;最小作用量原理;BP神经网络 |
| 摘要： | 直接加铺沥青罩层是对破损不大的水泥路面修复、补强的方法之一。旧水泥面板接（裂）缝处易产生反射裂缝，直接或间接导致沥青加铺旧水泥路面的复合结构进一步裂化，而张开型反射裂缝主导反射开裂的起裂与前期发展。监测反射裂缝发展可科学路面养护，规避路面病害。因此，有必要研究旧水泥路面沥青加铺层张开型反射裂缝特征及发展预测。 本文围绕带缝水泥混凝土面板直接加铺沥青罩层的反射裂缝，采用理论分析、室内试验、数值模拟等研究方法，开展了声发射技术与图像矩阵的演化特征分析及基于最小作用量原理、神经网络的发展预测研究。主要研究内容及结论如下： （1）分析了复合结构张开型反射开裂的声发射特征参数与图像特征的关系。首先，开展沥青加铺层复合结构三点弯曲断裂试验，监测损伤过程声发射特征参数演化，采集结构数字图像。其次，探究声发射特征参数演化规律，提取反射裂缝数字图像的图像矩阵，经矩阵理论、算法优化后成像。最后，引入方向能量计数，结合反射裂缝特征矩阵成像，论证声发射特征与表观特征间的交互关系。研究结果表明：复合结构在三点弯曲加载下的声发射特征参数与荷载-挠度曲线拟合良好；宏观上，张开型反射裂缝表观特征以裂缝持续竖直向上发展为主；张开型反射裂缝表观特征在一定程度上能表征沥青加铺层张开型反射开裂行为全过程。 （2）揭示了沥青加铺层特征矩阵与表观反射裂缝特征矩阵间的映射关系。首先，基于最小作用量原理，研究沥青加铺层张开型反射开裂的极值特性，构建了作用量运动方程。其次，提取沥青加铺层数字图像的图像矩阵，基于矩阵理论及算法对其赋值，建立沥青加铺层特征矩阵。最后，由特征矩阵的力学特性、平面几何关系，简化作用量运动方程。研究结果表明：反射裂缝的发展就是起裂点至裂缝尖端两时刻的函数差值，是作用量运动方程的宏观解；作用量运动方程包含沥青加铺层特征矩阵-表观反射裂缝特征矩阵的映射关系。 （3）建立了拟合青加铺层特征矩阵-反射裂缝特征矩阵的反射裂缝发展预测神经网络。首先，基于沥青加铺层特征矩阵-表观反射裂缝特征矩阵的映射关系，搭建了5-16-1结构的L-M算法优化BP神经网络模型；其次，输入沥青加铺层特征矩阵，通过模型预测得到裂缝发展的所有可能路径。最后，叠加裂缝发展的真实路径和可能路径，评价模型预测效果。研究结果表明：在反射裂缝发展到0.1mm和0.2mm时，模型整体预测水平都在0.75以上；预测模型能较好地预测反射裂缝萌发阶段的发展路径，但其后发展可能路径的预测效果随着复合结构的破坏而减弱。 |
| 作者： | 左梓岑 |
| 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： | 2023 |
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