基于離散元方法的橡膠顆粒瀝青混合料疲勞性能與破冰機理研究.pdf

1、目前，瀝青混合料的研究主要集中于從宏觀角度探求其發(fā)生機理，其實宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)需要從細觀機理上去解釋，這是各種復(fù)雜瀝青路面工程問題研究的關(guān)鍵切入點，也是未來瀝青路面工程研究的發(fā)展趨勢。Cundall與 Strack創(chuàng)立并發(fā)展起來的離散單元法可以較全面的給出從細觀變化到宏觀響應(yīng)的各種信息，并能夠有效的通過各種細觀參數(shù)對宏觀現(xiàn)象的影響進行延伸討論，有益于從本質(zhì)上揭示瀝青混合料的宏觀現(xiàn)象。
　　橡膠顆粒瀝青混合料是由瀝青膠漿包裹的粗、細集

2、料及橡膠顆粒的顆粒單元組成的多相復(fù)合材料，其工程性質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜。瀝青路面在行車荷載的作用下，單個集料顆粒與單個橡膠顆粒均具有獨特的運行方式，且均呈現(xiàn)了非均勻、離散的力學(xué)特性。
　　本文從橡膠顆粒瀝青混合料的細觀結(jié)構(gòu)入手，以混合料的離散元分析為主線，從三種典型級配結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型分析，到骨架密實型結(jié)構(gòu)的分形級配研究；進而研究混合料劈裂試驗數(shù)值模型，建立橡膠顆粒瀝青混合料耗散能、分形維數(shù)與疲勞壽命的對應(yīng)關(guān)系；通過分析橡膠顆粒摻量、冰層厚度

3、及溫度對混合料破冰性能的影響，驗證了混合料破冰數(shù)值模型的研究結(jié)論，從而揭示了橡膠顆粒瀝青混合料的破冰機理，最終將分形級配、疲勞性能與破冰機理的研究成果應(yīng)用于橡膠顆粒瀝青混合料的級配組成設(shè)計中，通過實體工程驗證了細觀數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗的研究成果，為抗凍結(jié)瀝青路面的工程應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。
　　通過理論分析構(gòu)建了三種典型的橡膠顆粒瀝青混合料細觀數(shù)值模型，提出了以平均不平衡力與平均接觸力為主的細觀參數(shù)，同時通過力學(xué)試驗確定了抗壓強度

4、與抗壓回彈模量兩個宏觀參數(shù)。比較細觀數(shù)值模擬與力學(xué)試驗所獲取的結(jié)論，從宏觀與細觀兩個角度證明了橡膠顆粒瀝青混合料的適宜級配是骨架密實型結(jié)構(gòu)。
　　本文構(gòu)建的橡膠顆粒瀝青混合料劈裂細觀數(shù)值模型以裂縫數(shù)與劈裂強度為主要細觀參數(shù)，與劈裂試驗確定的宏觀參數(shù)劈裂抗拉強度與勁度模量相互驗證，從宏觀與細觀兩個角度驗證了橡膠顆粒的摻加將明顯降低瀝青混合料的力學(xué)強度。
　　通過構(gòu)建不同橡膠顆粒摻量、不同冰層厚度混合料—冰層相互作用的細觀數(shù)值模