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《华南理工大学》 2010年
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基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值试验研究

万成  
【摘要】: 沥青混合料是由集料、沥青砂胶和空隙三部分组成,这三部分的体积组成及沥青砂胶的粘弹特性,使得沥青混合料的力学性能十分复杂,在实际工程当中加载频率、加载幅度以及环境的变化更加剧了这种复杂性。利用X-ray CT(X-ray Computerized Tomography),结合数字图像和数值模拟技术针对传统沥青混合料研究方法的局限性,从微细观尺度研究混合料结构对其性能的影响,进行沥青混合料内部结构分析和沥青混合料力学性能虚拟试验即数值试验是近年来国内外研究热点。 但是纵观国内外对沥青混合料的微细观研究,绝大部分的研究工作主要集中在以下两个方面:(1)沥青混合料内部结构的定量或定性分析;(2)基于试样的一个或几个二维截面,结合数字图像处理技术建立二维数值模型进行力学模拟。研究明显具有局限性,而基于实际试样真实三维微细观分布模型的力学数值试验的研究更是屈指可数,主要是因为在模型三维重构和力学数值模拟时遇到重重困难,而这两点又正好是实现沥青混合料虚拟试验模拟计算成功的关键之所在。 本文尝试不仅定性地,而且定量地解决上述难题。根据沥青混合料三维重构原理,把握从三维可视化模型向三维数值模型转化的本质特点,深入分析问题的难点所在:三维数值试样重构,提出了基于CT技术对沥青混合料进行三维数值重构算法,自行开发程序建立三维数值试样。 三维模型重构后,最重要的一步是选择能恰当反映沥青砂胶粘弹特性的本构模型。本论文在系统阐述沥青混合料的粘弹性本构关系理论的基础上,讨论了沥青混合料粘弹本构关系的有限元实现。采用动态剪切流变仪对沥青砂胶进行蠕变试验,通过不同应力水平下的蠕变试验,建立了模型参数与加载应力函数关系,得到Burgers模型蠕变方程一般表达式,分析模型参数对蠕变过程的影响。 目前对单轴蠕变的数值模拟时建立的模型为连续均质体,很难真实地模拟实际情况。本论文基于试件的真实微细观分布建立三维数值模型,对FAC-13混合料的粗型、中等粗型和细型三种不同级配的数值试件进行单轴静载蠕变数值模拟。模拟在相同温度和荷载条件下,三种不同级配的变形响应,模拟结果真实反映了不同试样的变形响应,与实际试验结果一致。 为了更进一步验证上述方法和程序的可行性,结合室内间接拉伸试验,采用X-ray CT对FAC-13试件进行扫描,进行间接拉伸数值试验。模拟在低温快速加载条件下试件的受力分布状态,定性评价应力分布的不均匀性;对试件进行间接拉伸动态模量数值试验,研究3个不同温度、6个不同荷载频率下试件动态模量的变化,并与实际试验结果相比较进行验证,验证了整个方法和程序切实可行。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U414

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 王志臣;孟祥竹;李宏亮;;基于Mimics的沥青混合料三维重构技术研究[J];中外公路;2013年01期
2 万成;张肖宁;贺玲凤;王端宜;;基于沥青混合料三维数值试样的非均匀性分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2012年02期
3 张肖宁;;沥青混合料材料结构数字图像技术的基本方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年10期
4 陈渊召;李振霞;;基于离散元法的橡胶颗粒沥青混合料细观结构分析[J];哈尔滨工业大学学报;2013年04期
5 汪海年;李磊;尤占平;;基于细观结构特征的沥青混合料空隙三维分布特征研究[J];武汉理工大学学报;2012年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 段跃华;基于X-ray CT的沥青混合料粗集料基础特性研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 燕海峰;基于非均匀性的沥青路面施工质量控制与评价研究[D];长安大学;2011年
2 咸红伟;基于路面芯样的抗车辙性能研究[D];华南理工大学;2011年
3 王聪;基于CT技术的沥青混合料力学行为及三维重构研究[D];大连海事大学;2012年
4 刘佳辉;基于OTSU法分区图像识别技术及其在路面均匀性评价中的应用研究[D];华南理工大学;2012年
5 孙红红;基于CT图像沥青混合料三维有限元数值模拟研究[D];西安建筑科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 陈静云;周长红;王哲人;;沥青混合料蠕变试验数据处理与粘弹性计算[J];东南大学学报(自然科学版);2007年06期
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4 张肖宁,王绍怀,吴旷怀,王端宜;沥青混合料组成设计的CAVF法[J];公路;2001年12期
5 邹桂莲,张肖宁,王绍怀,王端宜;富沥青混合料的CAVF法设计[J];公路;2002年03期
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8 皮育晖;张久鹏;黄晓明;李辉;;沥青混合料劈裂试验数值模拟[J];公路交通科技;2007年08期
9 乔英娟;王哲人;陈静云;杨浩;;沥青结构层芯样分层变形的数字图像测量方法[J];公路交通科技;2007年10期
10 葛折圣;张肖宁;高俊合;;富沥青混合料设计方法的改进[J];公路交通科技;2007年11期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 秦绪佳;医学图象三维重建及可视化技术研究[D];大连理工大学;2001年
2 吴良武;体素建模、绘制及其在医学图象中的应用[D];大连理工大学;2002年
3 张勇;医学图像可视化技术及其在虚拟骨折手术中的应用[D];大连理工大学;2002年
4 王端宜;设计沥青路面及其方法的研究[D];华南理工大学;2003年
5 谢涛;基于CT实时观测的沥青混合料裂纹扩展行为研究[D];西南交通大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 姚秋玲;基于数字图像处理技术的沥青混合料组成特性研究[D];长安大学;2004年
2 王甲勇;基于车辙试验的有限元车辙预估及影响因素分析[D];长安大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 柯国军,胡绍全,郭长青,陈振富,石建军,孙德纶,陈俊杰;羧基丁苯胶水泥混凝土阻尼值的探索性研究[J];四川建筑科学研究;2003年04期
2 傅光耀;王浩;;薄钢铺板对平台主梁变形影响的试验研究和分析[J];四川建筑科学研究;2006年02期
3 常玉珍;吴敏哲;;组合肋壳几何非线性分析[J];四川建筑科学研究;2006年05期
4 王青;徐港;;剪力墙结构弹塑性分析的QR法Ⅱ——计算格式、程序及算例[J];四川建筑科学研究;2006年06期
5 王开强;孙飞飞;胡大柱;;多弹簧梁柱单元在空间钢框架非线性分析中的应用[J];四川建筑科学研究;2007年06期
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7 高轩能;李琨;;变截面门式刚架地震反应研究进展[J];四川建筑科学研究;2008年03期
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9 徐远明;陈宇亮;王新武;;基于蠕变试验的橡胶沥青混凝土粘弹性分析[J];四川建筑科学研究;2011年02期
10 朱洪威;;冷再生混合料疲劳性能的室内试验研究[J];四川建筑科学研究;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宫建国;陶钧;曾胜;金涛;;地基平面沉降下的大型石油储罐模态分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 张应迁;石艳;唐克伦;刘明;;外压容器临界载荷特性研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
3 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
4 李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;;考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
5 张汉云;张燎军;;基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
6 杭天明;魏鹏;李海波;;嵌挤密实型沥青混合料组成设计与路用性能[A];科技创新 绿色交通——第十一次全国城市道路交通学术会议论文集[C];2011年
7 王海燕;娄中波;张彩利;;地下道路阻燃沥青混合料路用性能研究[A];科技创新 绿色交通——第十一次全国城市道路交通学术会议论文集[C];2011年
8 纪军;王安华;任增金;;圆沉箱内隔墙的设置方式[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年
9 王彬;;基于APDL的大口径反射镜优化设计[A];第二十四届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2011年
10 周清华;杜留法;杨雄辉;;减摇鳍加强结构CAD/CAE一体化的若干关键技术探讨[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张红哲;车身概念设计智能CAE关键技术的研究[D];长春理工大学;2010年
2 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
3 毛海涛;无限深透水地基上土石坝坝基渗流控制计算方法和防渗措施的研究[D];新疆农业大学;2010年
4 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
5 许兰贵;变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年
6 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
7 孙杨勇;粗集料表面微观构造分形性质探讨与沥青路面抗滑性能关系研究[D];华南理工大学;2010年
8 吴寒亮;芳纶纤维布约束混凝土短柱的尺寸效应研究与多尺度分析[D];北京交通大学;2010年
9 卢兆刚;基于混合FE-SEA方法的汽车薄壁件中频声学特性预测及优化研究[D];浙江大学;2011年
10 王骁;纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的流变特性研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武炜;煤矿井下火灾事故人员逃生可视化技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 胡婷萍;大厚度电子束焊缝的超声检测及缺陷散射信号的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年
4 李媛媛;MAC改性沥青SMA在高等级公路罩面中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
6 李平;基于逆向工程的液压元件设计、检测方法的应用研究[D];山东科技大学;2010年
7 夏云清;装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析[D];浙江理工大学;2010年
8 王志宽;大直径人工挖孔扩底桩承载力试验研究与工程应用[D];郑州大学;2010年
9 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
10 张彩香;发射筒口分瓣式隔水膜刚度强度分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 辛谷雨;查红彬;;一种基于旋转不变量的三维形状描述子[J];北京大学学报(自然科学版);2007年03期
2 陈俊;黄晓明;;基于离散元方法的沥青混凝土断裂机理分析[J];北京工业大学学报;2011年02期
3 周刚;谭巍;周进川;;CPN车辙仪用于评价高等级沥青路面高温性能的研究[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2007年04期
4 张肖宁;;基于X-ray CT的沥青混合料计算机辅助设计技术的研究进展[J];交通科学与工程;2010年02期
5 曾筝,董芳华,陈晓,周宏,周建中;利用MATLAB实现CT断层图像的三维重建[J];CT理论与应用研究;2004年02期
6 王海波;李雪耀;;基于FCM聚类算法的颅内出血CT图像分割[J];CT理论与应用研究;2009年02期
7 黄晓明,张晓冰,邓学钧;沥青路面车辙形成规律环道试验研究[J];东南大学学报(自然科学版);2000年05期
8 陈静云;周长红;王哲人;;沥青混合料蠕变试验数据处理与粘弹性计算[J];东南大学学报(自然科学版);2007年06期
9 张久鹏;黄晓明;;沥青混合料永久变形的弹黏塑-损伤力学模型[J];东南大学学报(自然科学版);2010年01期
10 徐文杰;岳中琦;胡瑞林;;基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展[J];工程地质学报;2007年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 段跃华;基于X-ray CT的沥青混合料粗集料基础特性研究[D];华南理工大学;2011年
2 卢永贵;沥青玛蹄脂碎石混合料研究[D];长安大学;2001年
3 秦绪佳;医学图象三维重建及可视化技术研究[D];大连理工大学;2001年
4 王端宜;设计沥青路面及其方法的研究[D];华南理工大学;2003年
5 彭余华;沥青混合料离析特征判别与控制方法的研究[D];长安大学;2006年
6 谢涛;基于CT实时观测的沥青混合料裂纹扩展行为研究[D];西南交通大学;2006年
7 田威;混凝土损伤演化的CT研究及其在细观数值模拟中的应用[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 姚秋玲;基于数字图像处理技术的沥青混合料组成特性研究[D];长安大学;2004年
2 郑娅娜;混凝土破坏过程的三维细观数值模拟与CT试验验证[D];西安理工大学;2005年
3 羡蓓蓓;水泥稳定碎石基层施工质量变异性研究[D];长安大学;2006年
4 路明周;沥青混合料高温抗车辙性能的试验研究[D];兰州理工大学;2008年
5 李洪华;沥青路面车辙成因分析及车辙试验研究[D];长安大学;2008年
6 党国兴;陡长坡路段多尺度效应抗车辙沥青混合料研究[D];长安大学;2009年
7 徐瑞;沥青混合料快速三维数值建模技术[D];华中科技大学;2008年
8 郝书亮;基于CT图像的混凝土细观三维有限元模型重建[D];西安理工大学;2009年
9 冯樊;岩土材料拉伸强度仪研制与虚拟力学性能仿真[D];西安科技大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 张肖宁;;沥青混合料材料结构数字图像技术的基本方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年10期
2 查旭东;刘林辉;白璐;韩晓亮;;沥青混合料油石比的图像识别方法[J];交通运输工程学报;2013年01期
3 汪海年;李磊;尤占平;;基于细观结构特征的沥青混合料空隙三维分布特征研究[J];武汉理工大学学报;2012年08期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王辉;广东地区极端气候对沥青路面的影响及应对措施[D];华南理工大学;2012年
2 刘佳辉;基于OTSU法分区图像识别技术及其在路面均匀性评价中的应用研究[D];华南理工大学;2012年
3 谢池鑫;基于图像处理的沥青混合料分割与统计研究[D];西南交通大学;2012年
4 郑燕金;沥青混合料均匀性的数字图像分析[D];重庆交通大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒲毅彬,吴紫汪,马巍,常小晓,廖全荣;冻土CT实验的数学方程[J];冰川冻土;1995年S1期
2 丁卫华,仵彦卿,蒲毅彬,廖全荣;CT技术应用于岩石实验动态观测的新进展[J];冰川冻土;2000年03期
3 何兆益,战高峰,邓学钧;一种分析沥青路面可靠度的实用优化方法[J];重庆交通学院学报;1993年02期
4 王荆香,刘可;水泥砼路面使用性能预测模型[J];重庆交通学院学报;1995年04期
5 郑健龙;张起森;;半刚性基层沥青路面表面裂缝的热效应分析[J];长沙交通学院学报;1992年02期
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8 郑健龙;Burgers粘弹性模型在沥青混合料疲劳特性分析中的应用[J];长沙交通学院学报;1995年03期
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10 管伟光,马颂德;三维体数据可视化技术[J];CT理论与应用研究;1995年01期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
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2 毛成;沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究[D];西南交通大学;2004年
3 崔中兴;基于CT实时观测的水—岩力学耦合机理研究[D];西安理工大学;2005年
4 曹广祝;岩石CT尺度小裂纹扩展与渗流特性研究[D];西安理工大学;2005年
5 梁正召;三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究[D];东北大学;2005年
6 谢涛;基于CT实时观测的沥青混合料裂纹扩展行为研究[D];西南交通大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张全胜;冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D];西安科技大学;2003年
2 周世才;非贯通细观节理介质CT实验的数值模拟及影响参数讨论[D];天津大学;2004年
3 尹小涛;基于图像定量分析的砂岩破坏细观机理研究[D];西安理工大学;2005年
4 周骊巍;沥青混合料水稳性研究[D];河北工业大学;2005年
【相似文献】
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1 张肖宁;;基于X-ray CT的沥青混合料计算机辅助设计技术的研究进展[J];交通科学与工程;2010年02期
2 闫振林;胡霞光;肖昭然;;沥青混合料动态模量预估模型研究[J];公路;2008年01期
3 韦金城;崔世萍;胡家波;;沥青混合料动态模量试验研究[J];建筑材料学报;2008年06期
4 杨杨;欧阳伟;张海;李冬松;;高模量沥青混合料的动态模量试验研究[J];北方交通;2008年12期
5 张慧昕;;沥青混合料室内外动态模量相关性研究[J];公路;2009年07期
6 银花;王大明;赵尘;陈宁;;沥青混合料分数导数粘弹性本构关系研究[J];森林工程;2010年02期
7 潘艳珠;王端宜;;大空隙沥青混合料动态模量预测与方法研究[J];公路;2011年07期
8 陈冰;;离析对沥青路面结构力学响应的影响[J];公路交通科技(应用技术版);2010年08期
9 魏安清;;沥青混合料单轴压缩与四点弯曲动态模量对比研究[J];交通世界(建养.机械);2009年05期
10 迟凤霞;张肖宁;邹桂莲;;基于动态模量主曲线的沥青混合料连续松弛时间谱[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年10期
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1 王随原;周进川;何演;;SBS改性沥青混合料劲度模量试验研究[A];2004年道路工程学术交流会论文集[C];2004年
2 张起森;冯俊领;;大粒径沥青混合料沥青面层的应用研究[A];第五届全国路面材料及新技术研讨会论文集[C];2004年
3 何志勇;李自光;;沥青混合料再拌运输车试验研究[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
4 倪富健;;聚酯玻纤布加筋沥青混合料应力疲劳试验研究[A];第五届全国路面材料及新技术研讨会论文集[C];2004年
5 刘朝晖;黄云涌;李宇峙;;沥青混合料大型马歇尔击实试验方法与技术标准探讨[A];2004年道路工程学术交流会论文集[C];2004年
6 孙燕娜;陈传尧;;沥青路面的车辙损伤预测[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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8 钟超敏;;城市桥梁面层沥青混合料特点及其技术对策初探[A];全国城市桥梁青年科技学术会议论文集[C];1996年
9 王为标;杨全民;孙振天;王文进;屈漫利;;碾压混凝土坝的沥青混合料防渗结构[A];中国水力发电工程学会2003年度学术年会碾压混凝土筑坝技术交流论文汇编[C];2003年
10 刘大梁;刘小燕;罗立武;赵锋;;预拌式冷铺沥青混合料的研制与应用[A];第二届全国公路科技创新高层论坛论文集(下卷)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李铮;环保沥青混合料扮靓长安街[N];科技日报;2009年
2 葛玲玲徐亚栋;南理工研发成功沥青混合料搅拌技术[N];科技日报;2008年
3 郭少言 刘崭;西安公路院成功研制沥青混合料微波加热车[N];中国交通报;2010年
4 项煜虹;长安街披上环保衣[N];大众科技报;2009年
5 任晓明;温拌沥青混合料首次用于省城道路养护[N];太原日报;2009年
6 交轩;应用温拌技术 筑路节能无污染[N];中国交通报;2010年
7 记者袁岚 通讯员张东平;京西铺设北京首条低碳示范路[N];中国建材报;2010年
8 彭丽;长安街大修彰显绿色科技理念[N];中国化工报;2009年
9 本报记者 李艳 实习生 宫玉斐;废钢渣旧轮胎成辅料[N];科技日报;2009年
10 本报记者 郑宗杰 孟庆丰;温度一降 污染骤减[N];中国交通报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 万成;基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值试验研究[D];华南理工大学;2010年
2 易军艳;基于界面行为的多孔沥青混合料冻融损伤特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
3 马莉骍;沥青及沥青混合料老化过程中的粘弹性能研究[D];武汉理工大学;2012年
4 刘建勋;温拌沥青混合料施工关键技术研究[D];长安大学;2010年
5 吕得保;沥青混合料施工温度控制研究[D];吉林大学;2011年
6 叶永;沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究[D];华中科技大学;2009年
7 尹应梅;基于DMA法的沥青混合料动态粘弹特性及剪切模量预估方法研究[D];华南理工大学;2011年
8 刘慧;嵌挤骨架型沥青混合料的设计研究[D];大连理工大学;2010年
9 刘宏富;基于强度与刚度衰变的沥青混合料非线性疲劳损伤特性研究[D];长沙理工大学;2012年
10 段跃华;基于X-ray CT的沥青混合料粗集料基础特性研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘红;再生纤维增强沥青路面性能的评价研究[D];北京交通大学;2011年
2 高翠兰;应力吸收层沥青混合料路用性能及力学性能研究[D];山东建筑大学;2011年
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5 孙杰;基于应力控制模式下的沥青混合料疲劳开裂预估模型的研究[D];华南理工大学;2010年
6 刘至飞;温拌助剂的制备及其应用研究[D];武汉理工大学;2010年
7 谢君;活性矿粉对沥青混合料水稳性能的影响[D];武汉理工大学;2011年
8 孔令然;就地热再生沥青混合料耐久性研究[D];大连理工大学;2010年
9 贾建峰;连续配筋混凝土路面面层与基层间沥青混合料功能层研究[D];长安大学;2010年
10 张慧鲜;基于抗剪强度的沥青混合料高温性能影响因素分析及改善措施研究[D];长安大学;2010年
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