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原文传递沥青混合料等效力热性质的细观力学研究

论文题名：	沥青混合料等效力热性质的细观力学研究
关键词：	沥青混凝土路面;沥青混合料;细观力学;本构模型;等效力学性质;等效热膨胀
摘要：	沥青混凝土路面由于具有施工周期短、表面平整、接缝少、耐磨、低噪声和行车舒适等优点,近年来已广泛应用于我国高等级公路。但是,随着公路运输量的日益增长和运输向重型化方向发展,路面破坏日趋严重,导致路面性能降低,影响行车舒适度和平稳度,降低道路的适用性和耐久性,严重的还有可能导致交通事故。沥青路面的设计、破坏控制与寿命预测等对沥青混合料等效力学性能的研究提出了迫切的要求。本构关系是开发、设计、研究和应用沥青混合料的一个关键性问题,开展沥青混合料本构模型研究,对于掌握沥青路面的变形破坏规律,预测路面开裂破坏、永久变形和寿命,预防和抑制沥青路面服役期间的各种病害具有非常重要的意义。　　本文基于细观力学的理论和方法,通过弹性-粘弹性对应性原理,发展了与细观组成和结构相联系的沥青混合料的本构模型,提出了沥青混合料等效力热性质的预测方法,并与实验结果、其他方法的预测结果等进行了对比验证,之后开展了预测结果分析。主要的创新工作如下: 　　(1)基于细观力学的理论,将沥青混合料分别作为包含基体相与夹杂相两相材料系统和包含基体相、夹杂相与界面相的三相材料系统进行了研究分析,在弹性问题的基础上根据弹性-粘弹性对应性原理提出了沥青混合料等效力热性质研究的总体思路。　　(2)通过时间域内的Laplace变换,将沥青混合料的粘弹性问题转化为线弹性问题,基于Eshelby等效夹杂理论,将沥青混合料看作沥青砂和粗骨料组成的两相材料系统,得到了沥青混合料单轴压缩蠕变本构关系。开展了不同温度、应力水平条件下沥青砂的单轴压缩蠕变实验,根据实验数据拟合了沥青砂四参量流变模型的模型参数。在此基础上预测了沥青混合料在不同温度、应力水平条件下的蠕变曲线,分析了温度、应力水平对沥青混合料蠕变行为的影响。　　(3)应用自洽方法,将沥青混合料看作是由沥青砂和粗骨料组成的两相复合材料,提出了预测沥青混合料粘弹性性能的一般思路,采用四参量流变模型描述沥青砂的粘弹性能,通过Laplace变换将时间域内的粘弹性问题转化为变换域内的线弹性问题,然后经Laplace逆变换将变换域内的解转化到时间域内。结合沥青砂的单轴压缩蠕变实验,预测了沥青混合料的蠕变曲线并与沥青混合料的实验进行了对比,发现蠕变的早期阶段预测值与实验值基本符合,进一步分析了温度、应力水平等不同的实验条件对沥青混合料蠕变行为的影响。　　(4)考虑到两相复合材料的界面对非均质材料的力学性能具有很大的影响,在细观模型的基础上考虑了沥青砂和粗骨料之间的界面效应,建立了具有界面效应的细观力学框架,通过弹性-粘弹性等效原理,将适用于弹性范围内的模型延用到粘弹性范围内,结合实验预测了沥青混合料的蠕变曲线。和不考虑界面效应的预测结果相比,考虑界面效应后的结果更接近实验。　　(5)由于沥青砂和骨料之间热膨胀系数不同,由温度变化引起的本征应变(热应变)将改变沥青混合料的宏观特性。将沥青混合料看作沥青砂和骨料组成的两相系统,基于细观力学的理论求解了沥青混合料的等效热膨胀系数,结合实验预测了沥青混合料的热膨胀系数,并与其他方法预测的结果进行了比较。
作者：	吴俊
专业：	固体力学
导师：	杨新华
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文