有限元法在沥青路面结构分析中的应用

介绍了有限元通用程序在沥青路面结构分析中的应用，并对沥青路面结构分析的发展方向进行了预测。     

Thiopave改性沥青混凝土综合试验研究

采用具有温拌效果的新型沥青混凝土改性剂Thiopave,进行室内材料性能试验以及现场试验路段测试,对比分析了Thiopave改性沥青混凝土的各项性能参数.结果表明:当Thiopave改性剂的掺量增加时,改性沥青复数剪切模量和车辙因子均增加,温度敏感性、高温稳定性能均有增强;综合多项性能及成本考虑,Thiopave改性剂掺量为30%(质量分数)左右时相对较优;Thiopave改性剂能改善沥青混凝土的高温性能及抗水损害性能;西南山区典型高速公路试验路段运营5a以来路用性能良好,验证了Thiopave改性沥青混合料的综合性能.     

软土地区加筋土路基大变形固结有限元分析

指出既有软土地区加筋土路基数值分析软件存在着的一些不足与欠缺,基于荷兰土工有限元软件Plaxis,建立软土地区加筋土路基大变形固结有限元精细数值分析模型,考虑更新网格和更新水压,比较大变形固结有限元和小变形固结有限元分析的结果,利用剪切强度折减法,探讨施工全过程中加筋土路基的稳定性及潜在滑动面性态的演变。考虑更新网格和更新水压后,能更真实地反映软土地区加筋土路基的固结沉降性状;筋材的铺设能有效阻滞路堤边坡滑动,为防止工后固结若干年后可能出现的路堤坡面的浅层滑动,应适当加强坡面防护与加固。     

基于临界裂纹尖端位移的沥青胶结料抗疲劳性能评价

以G~*·sin δ为代表指标的沥青胶结料疲劳性能评价方法高度依赖动态剪切流变仪,针对该方法所需设备在中国普及率较低且对SBS改性沥青的适用性较差等问题,采用测力延度仪进行双边缺口拉伸试验,提出了以临界裂纹尖端位移(CTOD)作为沥青胶结料常温条件下(0～30℃)抗疲劳性能的评价指标.用CTOD和G~*·sin δ这2个指标对7个沥青胶结料的抗疲劳性能进行排序,并采用四点弯曲疲劳试验从混合料层面对沥青胶结料的抗疲劳性能的排序结果进行验证,最后用显著性检验方法比较了温度对CTOD区分度的影响.结果表明:CTOD与G~*·sin δ对SBS改性沥青的疲劳性能评价存在分歧,四点弯曲疲劳试验得到的混合料疲劳性能与CTOD所表征的沥青胶结料结果更具相关性;显著性检验发现,与15℃相比,25℃的CTOD指标对选用沥青胶结料的区分度更好.CTOD所需试验设备在中国应用较广,有望成为沥青胶结料抗疲劳性能的有效鉴定方法之一.     

基于分子模拟的沥青胶结料物理老化机理研究

利用Materials Studio软件建立沥青的四组分模型,利用体积温度曲线得到了该沥青模型的玻璃化转变温度,同时利用差示扫描量热（DSC）试验验证了沥青模型所得玻璃化转变温度的可靠性,并在低于玻璃化转变温度下利用分子动力学从微观上对沥青分子的物理老化现象进行模拟与分析.结果表明：在低于沥青玻璃化转变温度的等温等压条件下,沥青模型随着时间的延长,出现了自由体积减小、密度增大的物理老化现象;低温下沥青质和胶质导致沥青活动性降低,出现了物理老化现象,实现物理老化的微布朗运动的分子活动力主要来自饱和分和芳香分.     

SMC常温改性剂路用性能、机理及环保效益分析

对SMC常温改性剂的挥发特性进行测定,并采用傅里叶红外光谱对SMC常温改性剂的改性机理进行初步解释;对不同SMC常温改性剂掺量(0%～12%)下的沥青混合料拌和温度、体积指标、稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度比、低温弯曲破坏应变等进行测试,并对沥青混合料在实验室拌和过程中产生的CO2、CO、SO2、NOx、PM25、PM10、苯并(a)芘进行了定量检测.结果表明：(1)SMC常温改性剂属于一种含酰胺键的表面活性剂,与沥青混合后,所形成的改性沥青具有较强挥发性,应在启用后的4h内完成生产和施工并保证100h的养护时间;(2)SMC常温改性剂可以在0%～8%的掺量范围内优化沥青混合料低温抗裂性能,但对其强度、高温车辙性能、水稳性能均存在劣化作用;(3)为保证沥青混合料路用质量要求,对于SMC 13级配,适宜的SMC常温改性剂掺量为6%～10%,对于SMC 20级配则为6%～8%,在此掺量范围内,对应的沥青混合料拌和温度可降至85～105℃,压实温度降至75～95℃,虽然离常温拌和与摊铺这一目标还有一定差距,但拌和过程中产生的CO2、CO、SO2、NOx、苯并(a)芘排放得到了有效抑制,减排均超过40%.     

软土地区加筋土路基大变形固结有限元分析

指出既有软土地区加筋土路基数值分析软件存在着的一些不足与欠缺,基于荷兰土工有限元软件Plaxis,建立软土地区加筋土路基大变形固结有限元精细数值分析模型,考虑更新网格和更新水压,比较大变形固结有限元和小变形固结有限元分析的结果,利用剪切强度折减法,探讨施工全过程中加筋土路基的稳定性及潜在滑动面性态的演变.考虑更新网格和更新水压后,能更真实地反映软土地区加筋土路基的固结沉降性状;筋材的铺设能有效阻滞路堤边坡滑动,为防止工后固结若干年后可能出现的路堤坡面的浅层滑动,应适当加强坡面防护与加固.     

膨胀土与改性膨胀土的动力特性试验研究

在成都绕城路膨胀土路基改性试验研究的基础上,利用动三轴试验研究膨胀土及改性膨胀土在重复荷载作用下的永久变形及动力特性。分析了不同围压下弹性应变、累积塑性应变和动应变与荷载重复作用次数之间的关系,在双对数坐标系中比在普通坐标系中能更好地区分累积塑性应变的3个阶段。当忽略第1和3阶段时,累积塑性应变与荷载作用次数之间在双对数坐标系中近似呈线性关系。膨胀土的动应变与荷载作用次数之间也有类似的关系。比较了膨胀土与改性膨胀土的动力特性(如动弹性模量、动粘聚力、动摩擦角、阻尼比等),表明经改性后膨胀土的力学特性得到了明显增强。     

热流变复杂行为对沥青温度应力计算的影响

为了完善现有沥青胶结料温度应力计算方法,利用弯曲梁流变试验（BBR）得到沥青材料的蠕变柔量,代入线性粘弹性的Burgers模型的应变-应力关系式得到不同温度下的流变参数,再利用Burgers模型的本构状态方程的解析解,计算沥青层下温度应力的数值解（增量法）,并将计算结果与传统Hopkins & Hamming算法的结果进行对比。结果表明:总体来看两种方法大致吻合,但在较低的温度下（-30 ℃左右）,Hopkins & Hamming算法的结果较增量法偏小,低估了热可逆老化的影响;低温养护对沥青的硬化效果与沥青的流变性质相关,流变性质越复杂的沥青,受到低温养护的硬化效果越明显;当处于低温或者长期加载时,热流变复杂沥青的主曲线会偏离时间温度叠加原理。     

温拌剂对沥青断裂和老化性能的影响

针对当前DSR试验、BBR试验在评价温拌沥青断裂性能上的局限性,为准确预估温拌剂对沥青材料断裂性能的影响,选取两种不同类型的温拌剂(Sasobit和ET-3100)加入基质沥青中,并进行旋转薄膜老化(RTFO)和压力箱老化(PAV),对温拌沥青的断裂性能展开研究.采用扩展弯曲梁流变(Ex-BBR)试验和双边缺口拉伸(DENT)试验分别评价了沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能.另外,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验对比了温拌剂加入前、后沥青的分子结构.试验结果表明:3％及以上掺量的Sasobit会显著降低沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能;ET-3100会略微降低沥青的抗延性断裂性能,但效果并不显著且与掺量无关;FTIR试验结果显示,温拌剂ET-3100减缓了沥青的老化程度,这表现为羟基C=O和亚砚基S=O的减少.