基於拉剪耦合的瀝青混合料粘聚開裂機理研究

《基於拉剪耦合的瀝青混合料粘聚開裂機理研究》是依託浙江大學，由王金昌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於拉剪耦合的瀝青混合料粘聚開裂機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王金昌
• 項目類別：面上項目

項目摘要

環境和荷載作用使瀝青路面出現各種形式裂紋，雖然裂紋成因各異，但裂紋出現後，在溫度及荷載作用下裂紋面傳荷載表表現為拉（壓）剪耦合形式。裂紋面的粘聚拉力及粘聚剪力為裂紋面張開位移及剪下位移函式。瀝青混合料粘彈性使裂紋面的粘聚拉力和粘聚剪力為溫度及載入速率的函式，所以研究開裂瀝青混合料的傳荷載特徵比較複雜，但具有重要理論和工程套用意義。本項目在室內試驗裝置改進的基礎上，擬對瀝青膠漿、界面和瀝混合料不同溫度和不同載入速率下進行拉剪試驗研究，確定出典型粘聚拉力和粘聚剪力的空間分布。通過對試驗數據的整理分析確定出開裂瀝青合料粘聚本構模型，為採用擴展有限元對瀝青混合料進行分析提供參數依據。構造裂尖漸近函式以反應出瀝青膠漿、界面及瀝青混合料裂尖應力特徵，同時引入粘聚本構模型對開裂瀝青混合料試件進行分析，並進行室內試驗驗證。本項目研究可提示開裂瀝青路面在溫度場和荷載場下的機理，為瀝青路面修復提供依據。

結題摘要

瀝青混凝土為道路的主要築路材料，瀝青混凝土作為一種多相複合材料，其物理力學性能具有溫度和載入速率的強依賴性。開裂為瀝青混凝土路面的最主要的破壞，對實際瀝青路面進行結構分析時，需要考慮瀝青混凝土路面開裂界面的傳遞荷載能力，而實際瀝青路面開裂界面會受到由溫度及車輛荷載引起Ⅰ型拉伸、Ⅱ型平面剪下和Ⅲ型平面外剪下三種單獨或複合作用模式。為此需要對瀝青路面中裂紋界面傳遞荷載力學行為進行試驗研究，然後採用數值模擬分析方法對瀝青混凝土及瀝青路面進行研究。為此本項目進行了如下三個方面的研究工作。首先，通過典型的瀝青混凝土（AC10）進行了級配設計，確定出最佳油石比，得到了常規的路用性能。在已有萬能試驗機上進行了二次開發，實現了能夠拉伸和剪下的試驗裝置。對由輪碾儀成型的車轍板、大馬歇爾儀成型的圓柱形試件進行切割後形成普通梁式試件和半圓形試件，通過設定預切割縫，進行了三點彎梁試驗、直接拉伸、直接剪下試驗和劈裂試驗，得到了界面開裂的斷裂能、拉伸應力與拉伸位移和剪下應力與剪下位移關係全曲線，通過對試驗數據處理，確定出雙摺線型和非線性粘聚力本構模型。通過蠕變儀的試驗，基於時溫等效原理，標定出非開裂瀝青混凝土的粘彈性本構參數。同時採用該試驗裝置確定出瀝青混凝土與水泥穩定碎石的界面的剪下應力與剪下位移粘聚力關係全曲線。其次，在ABAQUS有限元平台上，二次開發出粘聚力剪下本構模型的界面單元。在已有擴展有限元基礎上，通過用戶子程式二次開發出能夠實現溫度和應變率影響的拉伸和剪下粘聚力本構模型。同時對基於粘聚力本構模型的擴展有限元和界面單元的計算收斂性和單元格線的劃分方法進行了研究，給出了計算方法的選擇及單元格線的劃分尺寸。最後，基於室內試驗建立的粘聚力本構模型，採用擴展有限元和界面單元，對瀝青混凝土試件、瀝青混凝土路面結構進行了多工況下的裂紋擴展模擬分析，更為客觀揭示出瀝青路面中裂紋的起裂和擴展過程，為瀝青路面的修復及材料選擇提供了依據。