两类温拌沥青混合料黏弹性动态响应特性研究

采用UTM-100材料试验机分别对S-WAM和E-DAT温拌沥青混合料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量、相位角进行测试,并与原样沥青混合料进行了对比研究。分析了温度和荷载频率对动态模量和相位角的影响,并根据时间-温度等效原理,确定了3种沥青混合料的动态模量主曲线,初步分析了3种沥青混合料的黏弹性动态响应特性,为温拌沥青路面结构设计提供了动态模量计算参数。     

基于SPT试验的SMA沥青混合料动态模量研究

为了研究沥青混合料的动态特性,应用简单性能试验机(SPT)对SMA沥青混合料进行动态模量试验,分析频率和温度对沥青混合料动态特性的影响,结果表明:频率越高,沥青混凝土的动态模量越大;温度越高,沥青混凝土的动态模量越小。     

沥青混合料动态模量预估模型及试验研究分析

采用性能试验机(AMPT)对3种混合料的动态模量及相位角进行了测试,在对比分析了温度及频率对沥青混合料的影响后,根据沥青混合料的时间—温度等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到沥青混合料动态模量的主曲线,并参照国外的研究成果,得到了各动态模量的预估模型方程。     

玄武岩纤维加筋沥青混凝土动态模量主曲线研究

为了研究玄武岩纤维加筋沥青混合料的动态特性,采用室内试验方法测试了玄武岩纤维加筋沥青混合料在4、21、41℃三个温度条件和0.1、1、5、10、25 Hz五个加载频率条件下的动态模量,分析了温度和加载频率对混合料动态特性的影响.依据时-温等效原理、S形方程和WLF模型建立了玄武岩纤维加筋沥青混合料的动态模量主曲线.研究结果表明:玄武岩纤维加筋沥青混合料动态模量随温度升高而显著减小,同时还随加载频率的增大而增加;以参考温度20℃建立的玄武岩纤维加筋沥青混合料动态模量主曲线可很好地拟合试验数据.     

水泥乳化沥青混合料动态模量特性

采用简单性能测试系统(SPT系统)对水泥乳化沥青混合料的动态模量和相位角进行测试,基于Sigmoidal数学模型回归得到了水泥乳化沥青混合料的动态模量主曲线方程.对比了水泥乳化沥青混合料和普通的热拌沥青混合料的动态模量特性,通过微观形貌观察对水泥乳化沥青混合料的动态模量特性进行了解析.结果表明:在温度为15~25℃、加载频率为0.1~25.0Hz时,水泥乳化沥青混合料动态模量在1 541~5 921MPa变化;水泥乳化沥青混合料动态模量曲线移位因子小于热拌沥青混合料,即水泥乳化沥青混合料温度敏感性较热拌沥青混合料低.水泥与乳化沥青中水生成的水化产物不仅降低了水泥乳化沥青混合料的黏性,使之更具有弹性性质,同时也改善了水泥乳化沥青混合料的温度敏感性.     

基于简单性能试验的环氧沥青混合料动态模量研究

为了探索钢桥面铺装用热固性环氧沥青混合料的动态模量规律,首先通过简单性能试验（SPT）分析了不同影响因素下环氧沥青混合料动态模量值的变化规律,并将其同其他常用沥青混合料的动态模量进行对比;进而根据时温等效原理,通过最小二乘拟合分析建立了环氧沥青混合料动态模量的预估模型.结果表明：环氧沥青混合料的动态模量值比相同试验条件下其他材料的动态模量值大,同时,环氧沥青混合料的动态模量值随温度的升高而减小,随加载频率的升高而增大.最后建立了参考温度为20℃时环氧沥青混合料的动态模量主曲线,为环氧沥青桥面铺装的设计与分析提供了材料动态参数.     

道路沥青材料动力性质的关系

为研究沥青、沥青胶浆和沥青混合料等沥青材料的动力性质及其相关性,采用动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)对沥青和沥青胶浆进行试验,分析了两者动力性质的关系,建立了沥青胶浆复数模量与沥青复数模量、粉胶比的多元关系式;采用沥青混合料性能试验机(asphalt mixture performance tester,AMPT)对5种类型的沥青混合料进行动态模量试验,研究分析了沥青材料在同频率(或加载时间)和温度条件下模量与相位角的关系.结果表明:沥青混合料的模量和相位角可以通过沥青和沥青胶浆的模量和相位角来表示,且这种关系与频率(或加载时间)、温度无关.在此基础上建立了沥青、沥青胶浆和沥青混合料三者的模量与相位角的关系表达式.     

沥青路面反算模量与沥青混合料动态模量的关系

为获取沥青路面结构层沥青材料模量参数,合理评价沥青路面结构性能,开展沥青路面反算模量与同温度下室内沥青混合料动态模量的关系研究。采用落锤式弯沉仪（FWD）对4个不同结构的沥青路面试验路进行测试,并通过路面结构埋设的温度传感器同步采集温度,对试验结果进行沥青层模量反算;采用沥青混合料性能试验机（AMPT）对试验路沥青材料进行动态模量试验,根据时温等效原理获取FWD测试的同温度下的沥青混合料模量值,结合沥青路面结构层厚度计算沥青混合料动态模量的当量模量;对沥青层同一温度下的FWD反算模量与动态模量的当量模量进行分析比较,建立回归模型。结果表明,不同路面结构的FWD反算模量与室内动态模量的关系基本一致,其变化趋势不依赖于沥青层厚度的变化;沥青路面FWD的反算模量和室内AMPT的模量呈非线性关系,当模量较小时,FWD反算模量要低于室内模量,随着模量的增加,在10000MPa附近时,二者的模量值是接近的,模量值再继续增大时,FWD反算模量的增加较快,明显大于室内动态模量,室内动态模量的增长趋于平缓。     

浇注式沥青混合料流变性研究

采用动态模量试验,研究了浇注式沥青混合料(GA10)流变性,分析了GA10动态模量和相位角对温度及荷载频率的依赖性,提出了表征浇注式沥青混合料流变性的黏性系数和弹性系数.同时,通过与常用钢桥面铺装材料(SMA10和EA10)的对比研究,分析了不同沥青混合料动态模量、黏性系数和弹性系数随温度的变化规律.结果表明:GA10的黏弹性转变温度为40℃,高于EA10和SMA10;在试验温度范围内,GA10的黏性系数大于EA10,弹性系数小于EA10;当温度超过30℃时,GA10黏性系数大于SMA10,弹性系数小于SMA10.     

受力模式对沥青混合料动态模量的影响

采用不同受力模式对3种沥青混合料进行动态模量试验,分析了受力模式、围压、应变水平等因素对沥青混合料动态模量主曲线的影响,通过Fillers-Moonan-Tschoegl模型和改进Sigmoidal模型建立了沥青混合料移位因子-围压和动态模量围压之间的函数关系式.结果表明:二次拟合可以消除沥青混合料动态模量主曲线上动态模量极值对移位因子计算模式的依赖;在相同换算频率时,沥青混合料单轴压缩、间接拉伸和四点弯曲动态模量有差别,在低温高频段更明显,但三者之间存在较好的线性关系;在高温低频段,围压对沥青混合料三轴压缩动态模量的影响较显著;沥青混合料四点弯曲动态模量对应变水平变化较为敏感.     

抗车辙剂沥青混合料性能试验研究

本文主要研究抗车辙剂对沥青混合料性能的影响,通过一系列室内试验对掺入的抗车辙剂沥青混合料的高温性能、低温抗裂性能、水稳定性能进行评价。同时又进一步分析了加载频率影响下的动态模量和相位角的变化规律。试验结果表明:抗车辙剂对沥青混合料性能有促进作用,能明显提高沥青混合料高温性能。冻断试验结果证明抗车辙剂对沥青混合料低温性能没有太大影响。根据动态模量及相位角与加载频率的关系,说明随着加载频率的增加动态模量增加有一个限定值,抗车辙剂的加入使沥青混合料在低温高频时弹性体特征表现得更强。     

高模量沥青混合料温度粘弹性能研究

采用多应力蠕变恢复试验(MSCR)和车辙试验表征高模量沥青的粘弹性与高温稳定性,通过微观测试分析了改性剂在沥青中的分散程度。通过动态模量试验,研究了高低温条件下高模量沥青混合料模量与相位角的变化规律,采用疲劳试验研究了材料在动态荷载作用下的服役寿命。试验结果表明:高模量改性沥青在高温下的不可恢复蠕变量仅为基质沥青的17%,约为抗车辙剂改性沥青的27%,高模量改性剂的分散性较抗车辙剂更佳;沥青混合料的动稳定度与沥青的蠕变柔量(Jnr3.2)成反比,高模量沥青混合料具有较好的温度稳定性,可延长道路的使用寿命,适用于温度跨度大的重载地区。     

室内长期老化模拟试验对沥青及沥青砂浆力学响应的影响

文章分析室内长期老化模拟试验对沥青及沥青砂浆力学响应的影响。室内长期老化模拟试验采用了1000h的紫外光、热氧及湿气共同作用下的加速老化试验。在DSR动态剪切流变仪的基础上开发了成套适用于沥青砂浆试验平台。利用动态剪切模量和相位角主曲线分析了室内长期老化模拟试验对沥青及其砂浆力学响应的影响。     

川南地区龙马溪组页岩岩石声波透射实验研究

为了获得对龙马溪组页岩储层声波传播特性的规律,选取川南地区下志留统龙马溪组页岩野外露头岩块,钻取不同层理角度的岩心(10个层理角度),采用透射法系统地分析了龙马溪组页岩不同层理角度的岩石纵横波速度,计算页岩岩石动弹性力学参数。研究结果表明川南地区龙马溪组页岩的纵横波速度呈显著的正线性关系,页岩岩石的纵横波速度比均值或纵波速度随层理角度的增加而减小;页岩岩石的动弹性模量、体积模量及剪切模量与岩石的纵横波速度有较好相关性,呈指数关系,而动泊松比与岩石纵波速度有良好线性相关性;声波速度随层理角度的增加或频率减小而减小,与频率呈良好的正对数关系;声波衰减系数随层理角度的增加或频率的增加而增大,与频率呈弱线性关系。     

Two- and three-dimensional micromechanical viscoelastic finite element modeling of stone-based materials with X-ray computed tomography images

This paper presents 2D and 3D micromechanical finite element (FE) models to predict the viscoelastic properties including dynamic modulus and phase angle of stone-based materials (using an example of asphalt mixtures). Heterogeneous asphalt mixtures are consisted of very irregular aggregates, asphalt matrix and a small amount of air voids. The internal microstructure of asphalt mixtures was captured with X-ray computed tomography (CT) imaging techniques. The 2D and 3D digital samples were created with the reconfiguration of the scanned horizontal surface images. The FE mesh of digital samples was generated with the locations of image pixels within each aggregate and asphalt matrix. Along the boundary of these two phases, the aggregate and matrix FEs share the nodes to connect the deformation. The micromechanical FE model was accomplished by incorporating the captured microstructure and ingredient properties (viscoelastic asphalt matrix and elastic aggregates). The generalized Maxwell model was applied for viscoelastic asphalt matrix with calibrated parameters from the nonlinear regression analysis of the lab test data. The displacement-based FE simulations were conducted for the uniaxial compression under sinusoidal cyclic loading. Overall, the predicted dynamic modulus and phase angle from 2D and 3D micromechanical models were compared favorably with lab test data of the asphalt mixture specimens. The 3D simulation with digital samples generated better prediction than the 2D models. These results indicate that the developed micromechanical FE models have the ability to accurately predict the global viscoelastic properties of the stone-based materials.     

常幅循环荷载作用下岩石的滞后及阻尼效应研究

通过花岗岩常幅循环加载试验,分析岩石的非线弹性滞后特性。卸载阶段,应变相位滞后于应力相位,加载阶段,应变相位可能滞后、相等或超前于应力相位。研究结果表明,加卸载中阻尼效应的差异引起变形曲线的畸形,变形-时间曲线变成一条上宽下窄的非正弦曲线,而塑性变形的累积使平均应变水平线逐渐上移,因此出现应变相位超前于应力相位的现象。基于应变相位与应力相位的关系,探讨滞回圈可能存在的形态,若应变相位始终滞后于应力相位,滞回圈呈椭圆形;若加载段中应变相位超前于应力相位,则呈新月形;若既有滞后又有相等和超前的情形,则呈长茄形。将岩石视为黏弹塑性材料,讨论动弹性模量和阻尼比的计算方法,给出两者的修正计算式。利用试验数据分析动弹性模量和阻尼比的演化规律,结果表明,动弹性模量的演化与应力水平密切相关,成线性或倒S型发展规律;而阻尼比则取决于动弹性模量以及滞回圈面积的大小,演化曲线呈U形或L形。     

某单柱式斜拉桥桥塔的驰振稳定性分析

在桥塔模型风洞试验的基础上,根据结构驰振稳定性分析方法,对表面平均风压系数进行空间积分,得到侧弯模态广义气动力系数,通过对广义气动力系数随风向角变化的研究,计算得到横风向驰振失稳的各方向来流临界风速,从而确定桥塔的驰振稳定性.     

循环偏应力和循环围压耦合应力路径下饱和软黏土动模量衰减规律研究

动模量一直是土动力学研究中最为重要的参数之一,土动力学中使用最为广泛的等效线性本构模型即对动模量随动应变衰减规律的定量描述。在之前关于饱和软黏土动模量的研究中,已经考虑到诸如固结比、塑性指数、土体组构、饱和度、先期应力历史、动荷载频率、时间效应等因素的影响。但是由于各种各样的原因,鲜有文献涉及应力路径尤其是循环偏应力和循环围压耦合应力路径对饱和软黏土动模量衰减规律的影响。考虑到循环围压在土体动应力场中存在的普遍性,通过一系列循环偏应力和循环围压耦合应力路径下的逐级加载试验,研究了循环围压对饱和软黏土动模量衰减规律的影响。试验结果表明：循环围压不但会改变了某一应变值下饱和软黏土动模量的大小,而且其改变趋势及大小与相位差有关;通过拟合分析证实Hardin-Drnevich模型并不适合循环偏应力和循环围压耦合应力路径下饱和软黏土动模量衰减规律的定量描述,而基于Stokoe公式却得到了较为理想的拟合结果。     

沥青路面动态黏弹反演研究

对沥青路面结构进行动态黏弹反演, 正向分析采用谱单元法,采用典型路面结构分析验证了谱单元法动态黏弹分析的正确性;采用实测和计算得到的路表弯沉整体时程曲线的均方误差作为反演误差控制方程,以序列二次规划算法作为优化算法,对路面结构层力学参数进行优化。对半刚性基层和复合式基层两种沥青路面结构动态进行黏弹反演,结果表明：利用谱单元法对沥青路面进行动态黏弹响应分析,可以极大地提高计算效率,动态反演可充分利用弯沉时程曲线的数据信息,反演得到的动态模量、相位角数主曲线组成完整的黏弹力学参数,可以更全面地描述沥青层的力学特性以及荷载作用频率和温度场的影响。动态黏弹反演方法可以弥补传统反演结果无法得到的力学参数主曲线的缺陷,为沥青路面分析及质量评定提供了有效的方法。