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基于数值模拟的沥青混合料抗反射裂缝能力分析
| 论文题名： | 基于数值模拟的沥青混合料抗反射裂缝能力分析 |
| 关键词： | 有限差分法;离散元法;半刚性基层沥青路面;反射裂缝;抵抗机理;数值模拟 |
| 摘要： | 作为我国高等级公路的主要路面结构形式，半刚性基层沥青路面的病害一直以来都困扰着道路工作者。这其中，反射裂缝是比较严重的一个问题。对于反射裂缝的传统分析和研究是室内实验分析或者基于断裂力学和损伤力学的理论分析以及有限元分析。 这些理论分析和有限元分析对于作为非均质材料体系的沥青混合料内部的细观结构的模拟不足、认识也有限。离散单元方法则可以有效地解决这种问题，离散元软件PFC可以比较真实地模拟粗集料、沥青砂浆和空隙构成的三相非均质材料体系。PFC提供丰富的黏结模型可以方便地模拟集料内部，沥青砂浆内部以及二者界面上的黏结，并且PFC内嵌的FISH语言使其成为强大的开放系统，可以接入用户编制的程序，模拟特殊的本构模型、加载方式等复杂问题。 本文旨在应用离散元方法分析半刚性基层开裂后在行车载作用下裂缝尖端应力场受到沥青混合料内部细观结构的影响，探索混合料抵抗反射裂缝的机理，分析混合料细观结构对反射裂缝扩展的速率以及路径的作用。 论文首先应用有限差分计算软件FLAC计算了在车辆荷载的作用下，基层开裂前后含LSPM层和半刚性层的复合基层沥青路面中LSPM层底的力学响应，为PFC的细部模拟提供边界条件，从而实现从宏观的路面结构到沥青混合料细部结构的跨尺度模拟。在离散元细观模拟的部分，论文依据级配、空隙等参量，建立了半刚性层和LSPM层的双层复合模型;分别选取了粗集料和沥青砂浆的黏结模型，描述了宏观性能与细观参数的联系，确定了细观参数，设置了半刚性基层内的裂缝;然后分析裂缝尖端处的应力集中以及裂尖应力场受到粗集料和空隙等因素的影响;基于对以上影响因素作用的分析，讨论并且归纳了沥青混合料抗反射裂缝的机理。 在裂缝尖端应力场计算的基础上，论文应用FISH语言编制了沥青砂浆内部以及砂浆-集料界面上黏结在应力作用下的损伤程序;比较分析已有的关于疲劳损伤和离散元的研究成果，确定了疲劳损伤的参数，实现了荷载重复作用下的裂缝的扩展;并且探讨了粗集料、空隙等混合料内部细观结构因素对反射裂缝向上扩展的速率和路径的作用，总结了裂缝在混合料中扩展的规律。 |
| 作者： | 卞国剑 |
| 专业： | 交通运输工程;道路与铁道工程 |
| 导师： | 黄晓明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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