基於分形理論的瀝青路面剪下疲勞及破壞機理研究

《基於分形理論的瀝青路面剪下疲勞及破壞機理研究》是依託長沙理工大學，由謝軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於分形理論的瀝青路面剪下疲勞及破壞機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：謝軍
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

瀝青路面材料是由集料、填充料和膠結料按照一定比例構成的不規則空間體系，由於瀝青路面剪下性能不足而引起的路面破壞現象越來越普遍，目前相關研究仍存在薄弱之處。項目以目前我國瀝青路面失穩車轍、路表開裂、推移等破壞形式為研究對象，採用分形理論、室內實驗及數字圖像分析技術，了解瀝青路面剪下破壞的結構影響因素，揭示不同路面結構的剪下破壞影響效應；闡明瀝青路面剪下破壞的材料影響機制，開發、提出瀝青混合料剪下性能室內評價方法與指標，並通過剪下試驗提出瀝青混合料剪下本構關係模型和剪下疲勞模型；在此基礎上揭示瀝青路面剪下破壞的規律及機理，並對現有瀝青路面的設計理論、設計方法提出合理建議。這對完善現行瀝青路面設計方法、保證瀝青路面的行車安全和舒適性、提高路面使用壽命、減少建設和養護成本具有重要的理論意義和工程實用價值。

結題摘要

項目結合目前我國瀝青路面失穩車轍、路表開裂、推移等破壞的形式及特點，開展複雜荷載條件下瀝青路面剪下疲勞及破壞機理的研究。在對國內外文獻進行詳細調研的基礎上，從複雜交通條件的含義和特徵、瀝青路面現場破壞調查與分析、瀝青路面剪應力回響與荷載型裂縫剪下破壞有限元分析、瀝青混合料動態剪下蠕變試驗及其分形研究、小梁試件與半圓柱體試件疲勞試驗、瀝青混合料SST剪下試驗及剪下疲勞試驗、瀝青混合料蠕變剪下試驗CT掃描與圖像處理研究、瀝青混合料旋轉剪下試驗設備及方法開發等方面開展了大量的研究工作。通過研究與分析，得出了交通量大和汽車普遍超載是複雜交通的主要特徵；重載條件下瀝青路面破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置，破壞形式包括車轍變形、縱向裂縫、橫向裂縫及龜裂等；造成輪跡帶附近荷載型裂縫的主要原因是剪應力而不是拉應力；得到了瀝青混合料剪下性能與分形維數的關係，可根據分形維數來預測瀝青混合料的剪下性能；通過四種應力水平的SST剪下疲勞試驗，得到了瀝青混合料的剪下疲勞方程；通過CT無損掃描的CT圖像，選用孔隙率和CT數兩個指標，對比分析了瀝青混合料剪下疲勞破壞前後的變化特徵及瀝青混合料剪下破壞的細觀機理；同時運用分形幾何理論，對試件內部初始損傷及裂紋擴展的分布特徵進行了分形描述，並計算了損傷擴展分維數；開發了使瀝青混合料處於純剪下簡單應力狀態的圓柱截面扭轉剪下試驗方法，可進行瀝青混合料的抗剪強度和剪下疲勞試驗。上述成果對掌握瀝青路面剪下疲勞破壞的形式與機理，控制瀝青路面的剪下疲勞破壞，完善和發展現行瀝青路面設計方法、保證瀝青路面的行車安全和舒適性、提高路面使用壽命、減少建設和養護成本等具有重要的理論意義和工程實用價值。