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基-面层间界面形态对沥青路面力学性能影响研究

唐羽  
【摘要】:现行的路面结构设计理论将沥青路面各个结构层之间假定为完全连续接触,并且忽略层与层之间接触界面的厚度。然而,工程实际中,路面各结构层之间的接触界面真实存在,并且由于材料或施工等因素的影响,界面形态也是多种多样的。界面具有复杂的空间结构,影响着两层材料之间的嵌挤力与结合力。因此,研究界面形态是为了有效地减少沥青路面层间滑移破坏和反射裂缝,对提高路面的使用性能和服务性能有着重要意义。本文的研究对象是半刚性基层沥青混凝土路面。从半刚性基层与沥青面层之间的层间界面形态着手,利用分形理论和三维成像技术,对半刚性基层和沥青面层之间的层间界面形态进行三维重构,并将计算得到的分形维数作为表征基-面层间界面形态的指标,在此基础上研究基-面层间界面形态对沥青路面力学性能的影响。具体研究内容如下:(1)采用三维成像技术和应用分形理论,对半刚性基层沥青路面基-面层之间的三种不同基-面层间界面形态进行三维重构。然后使用改进立方体覆盖法计算,得到三种不同基-面层间界面形态的分形维数,并用该分形维数来表征沥青路面基-面层间界面形态。(2)将半刚性基层沥青路面结构成型成各种尺寸的试件,分别进行剪切试验、拉拔试验、劈裂试验、和弯拉试验等强度试验,并结合表征沥青路面基-面层间界面形态的分形维数,探索层间界面形态对层间力学强度的影响。(3)借助数字图像处理技术,将一个半刚性基层沥青路面结构的小梁试件截面生成二维离散元模型。为避免集料大小、形状、位置和颗粒间微观参数影响模型的受力状态,更好地分析比较层间界面形态对力学响应的影响,将二维离散元模型的基-面层间界面形态随机分成五种,其他参数均保持不变,分别求得这五种层间界面形态的分形维数。然后,对离散元模型施加荷载和约束,求解得出模型在不同层间界面形态下的力学响应,由此得出沥青路面基-面层间界面形态对力学响应影响。(4)以弯拉试验结果为基础,对半刚性基层沥青路面结构的小梁试件进行应力水平分别为0.4、0.5、0.6的三点弯曲疲劳试验,研究基-面层间界面形态对疲劳开裂的影响。同时,对二维离散元模型进行三点弯曲虚拟疲劳试验,并将虚拟试验结果与室内试验结果相对比。研究表明:三点弯曲疲劳试验能够很好地模拟半刚性基层沥青路面的疲劳过程以及裂纹的产生和扩展,真实地反映疲劳试验结果。虚拟试验与室内试验结果相差不大,说明虚拟试验的合理性和可行性,从细观角度揭示了半刚性基层沥青路面疲劳开裂机制。(5)以室内疲劳试验为基础,首次提出将表征基-面层间界面形态的分形维数作为疲劳寿命的影响因素,并考虑到应力、温度和龄期等影响因素,建立半刚性基层沥青路面的疲劳预估模型。


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