应用数字散斑技术的沥青混合料劈裂应变研究

采用数字散斑相关方法对沥青混合料试件间接拉伸试验中的拉伸应变进行研究.通过程序模拟散斑图的拉伸试验,得出所用数字散斑相关方法处理程序可用,且具有很高精度;通过与应变片测量法、计算法的比较和分析得出数字散斑相关方法的有效性.结果表明,数字散斑相关方法用于测量间接拉伸应变有效可行.     

数字散斑相关方法测量混凝土裂缝尖端演化过程

阐述了数字散斑相关方法的基本原理.采用爬山搜索法进行整像素搜索,基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了混凝土三点弯曲梁裂缝尖端的演化过程,给出了试件加载过程的载荷-位移曲线以及裂缝扩展的过程.由DSCM分析结果,获得了试件在不同载荷下裂缝尖端的位移场与应变场.为深入研究含裂纹体材料和结构的断裂破坏提供了一个有效的实验方法.     

可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅰ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级.通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性可压缩变形对Ⅰ型裂纹尖端应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M控制.当泊松比v=0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹.     

韧性-脆性材料界面上定常扩展裂纹尖端的渐近场:反平面剪切

对韧性-脆性材料界面上定常扩展裂纹尖端的应力、应变进行弹塑性分析,给出了应力、应变和位移的渐近场解.对不同的Mach数以及裂纹尖端混合参数(Near-Tip Mixture Parameter)进行计算,考察这些参数对场的影响,为给出合理的断裂韧性准则提供理论依据.     

温拌沥青混合料施工中温度场的时空特性

以天(水)至定(西)高速公路沥青路面表面层摊铺施工为背景,实测了热拌和温拌沥青路面摊铺过程中路面周围不同空间、不同时间的温度情况,对比了热拌与温拌沥青混合料施工时沥青路面周围温度场的时空分布特性。结果表明:在初压温度相同时,温拌沥青混合料和热拌沥青混合料表面温度场的分布特征非常相似;碾压过程中,沥青混合料内部及表面温度随时间的变化呈较为明显的二次型分布;温拌沥青混合料内部降温速率明显小于热拌沥青混合料内部降温速率。     

全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形评价方法

研究光纤光栅传感器与沥青混合料之间的协调变形性能是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础。针对已开发的两种不同模量传感器（根据应用特性分为3类）,设计了传感器与沥青混合料协同变形评价的试验方法,采用静态和动态两种加载模式进行沥青混合料试件的应变测试。结果表明,采用应变修正后的光纤光栅应变传感器进行路面结构内部应变实测是可行的;模量匹配光纤光栅应变传感器与其它类型传感器相比具有较好的测试效果,同时该类型传感器在一定程度上能够反映出沥青混合料的累积变形。     

低温下沥青混凝土的拉伸变形特性

将数字图像测量系统替代传统的位移传感器采集系统应用于间接拉伸试验,得到沥青混凝土细观结构上的位移场分布和破坏形态。分析了粗骨料和细骨料结构沥青混凝土的低温抗裂性能,并研究了不同状态下材料的轴向、径向和体积应变特性以及泊松比的变化。数据分析表明:材料的弹性压缩和剪切膨胀与荷载作用历史紧密相连,反映了材料的结构性变形过程;沥青混凝土的低温开裂更多地依靠粒料与沥青结合料的界面黏聚力,良好的骨架结构是材料抵抗拉伸变形的前提。     

改性多孔沥青混合料水稳定性与损伤规律

为了提高季冻区多孔沥青路面的使用质量、减轻路面冻融损伤,采用玻璃纤维、硅藻土与沥青路面旧料以改善多孔沥青混合料性能。分析不同材料掺量的多孔沥青混合料在冻融循环下的抗压强度、空隙率及应变变化,并考虑不同材料与不同材料掺量对多孔沥青混合料水稳定性的影响;基于损伤力学理论以抗压强度为指标表示强度率,研究改性多孔沥青混合料的冻融损伤演化规律;基于CT无损检测与数字图像处理技术,分析玻璃纤维多孔沥青混合料冻融前后空隙数量与空隙面积的变化规律。结果表明：混合料抗压强度随冻融循环次数的增加而降低,而空隙率与应变呈上升趋势;具有玻璃纤维掺量0.7%、沥青路面旧料掺量15%、硅藻土掺量25%和掺量15%沥青路面旧料及20%硅藻土的4种多孔沥青混合料水稳定性能最好,其中玻璃纤维的改性效果最佳;掺入玻璃纤维、15%掺量硅藻土与15%掺量沥青路面旧料能减轻多孔沥青混合料的冻融损伤,但硅藻土再生多孔沥青混合料损伤程度均较大,损伤前期强度较高,更适用于短时冻土区;与硅藻土再生多孔沥青混合料相比,玻璃纤维多孔沥青混合料、再生多孔沥青混合料与硅藻土多孔沥青混合料经历了长时间的快速损伤期、短时间的损伤稳定期与损伤发展期;玻璃纤维掺量较低的试样空隙数量增加,平均单个空隙面积减小,而掺量较高的试样表现相反。     

沥青混合料应变-寿命疲劳方程研究

在国内外研究成果基础上,提出了合理可行的沥青混合料直接拉伸疲劳试验中试件尺寸、失效判据、控制方式、加载频率和试验温度等条件.基于不同应变水平的疲劳试验结果,分析了平均应力影响,建立了沥青混合料应变—寿命疲劳方程,可作为疲劳开裂寿命预估的依据,并提出了沥青混合料疲劳开裂拉应变的阀值和极限值.利用沥青混合料直接拉伸疲劳试验得到的应变—寿命疲劳方程能更好体现沥青混合料的疲劳特征,其疲劳开裂拉应变的阀值和极限值能充分反映沥青混合料疲劳破坏的过程.     

扩展裂纹尖端的弹—粘塑性场

弹性 -粘塑性模型对反平面剪切扩展裂纹尖端的应力应变场进行了分析 .文中给出了适当的位移模式 ,推导了渐近方程 ,并且给出了数值结果 .分析和计算表明对于低粘性情况应变场具有对数奇异性 .结果揭示了粘性对裂纹尖端场的作用     

沥青混合料玻璃态转变温度的外部影响因素

为探究环境因素、交通水平等外部条件对沥青混合料玻璃态转变温度的影响,研究选取升温速率、荷载频率、应变水平3个试验因素,采用DMA方法在不同试验水平下对沥青混合料试件进行温度扫描试验.利用Boltzmann模型拟合得到材料的玻璃态转变温度,通过对试验结果的统计分析,确定影响玻璃态转变温度的主要因素,并建立了多因素影响下的玻璃态转变温度预测模型.结果表明:采用Boltzmann模型能够准确有效地确定材料玻璃态转变温度;升温速率、荷载频率对沥青混合料的玻璃态转变温度有显著影响,玻璃态转变温度随着升温速率、荷载频率的增大而升高,玻璃态转变温度与升温速率、荷载频率的对数值存在良好的线性关系;处于弯拉受力模式下的沥青混合料,其玻璃态转变温度在线粘弹性区域内并无明显的应变依赖性.     

水泥粉煤灰稳定废旧沥青混合料的收缩特性

为了合理利用废旧沥青混合料作为路面基层,研究其收缩特性,以水泥、粉煤灰稳定废旧沥青混合料为研究对象,通过正交试验设计和干燥收缩试验、温度收缩试验等方法,对其干燥收缩特性和温度收缩特性进行了试验研究.结果表明:干缩试验中,混合料的干缩应变与干缩系数均与暴露时间、失水率的增多成正比,水泥粉煤灰的比值在l:3时混合料干缩应变...     

聚酯纤维沥青混凝土路面的疲劳寿命计算

目的研究在沥青混凝土中加入聚酯纤维后的沥青混凝土路面的疲劳寿命．方法通过劈裂试验确定了不同温度下的聚酯纤维沥青混凝土的劲度模量，并基于损伤力学计算理论，采用平面应变有限单元法，考虑在车辆荷载和温度荷载耦合作用下对含有反射裂缝的路面体结构的疲劳寿命进行了计算．结果加入0．296的聚酯纤维沥青混凝土路面结构体的疲劳寿命提高了51％．结论在沥青混凝土中加入聚酯纤维能够增加混合料劲度模量，提高路面的疲劳寿命．     

光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形分析

为研究光纤光栅传感器与基体沥青混合料间的协调变形性,采用大型有限元软件ABAQUS建立两者协调变形评价的四点弯曲加载沥青混凝土梁试件模型,分析有无传感器存在对模拟结果的影响以及不同模量的封装材料和沥青混合料组合下传感器所在区域的应变分布规律.结果表明,相同条件下高模量传感器的存在改变了梁体应力场及应变场的分布,使水平拉应力集中在传感器附近,降低了梁底拉应变和梁体应变场的整体变化幅度;传感器模量大小的变化对局部区域影响不大,但对梁整体应变分布影响较大,传感器模量的增大致使梁底水平拉应变和梁体应变场的整体变化幅度均逐渐降低,但其降低的速率在逐渐减小而趋于稳定.     

双材料中多个热膨胀夹杂引起的弹性场

目的确定在双材料中由具有均匀本征应变的任意多个夹杂引起的热弹性场．方法利用Papkovitch-Neuber调和势函数得到无限大体中热膨胀夹杂产生的弹性场，通过应变核等基本解和镜像法得到双材料中多夹杂引起的热弹性场．结果阐述两相材料界面的效应、夹杂与界面的距离、弹性模量以及夹杂形状尺寸等参数对弹性场的影响．结论给出的应力公式和分布曲线，可扩展以建立双材料中热应力问题的断裂破坏准则，能有效地用来确定在双材料中由具有均匀本征应变的任意多个夹杂引起的热弹性场．     

基于CT图像的沥青混合料分形特征的研究

采用分形理论对沥青混合料内部结构的复杂程度进行了量化研究.对沥青混合料内部断面的CT图像,用差分盒维数法得到其断面形貌的分形维数,再通过分形维数的大小描述沥青混合料内部结构的复杂程度.对沥青混合料试件和沥青路面芯样分形维数的比较表明,混合料试件内部结构复杂程度更高;采用相同的试件加工方法在试验室获得三种不同类型的沥青混合料(SM A,AC-20G,AC-25G),得到的分形维数相差不大,但该分形维数与路面芯样相比却有较大差异,说明试件加工方法对沥青混合料内部结构形貌特征有较大影响.分形理论结合CT图像对研究定量描述沥青混合料内部结构特征是一种十分有效的方法.     

多孔安山岩在沥青路面中的应用研究

采用沥青浸渍集料、浸渍集料混合料、浸渍沥青混合料3种不同的沥青浸渍法和计算法分别确定沥青混合料的最大理论相对密度,并进行配合比设计,确定最佳油石比。对比分析了沥青混合料的各项路用性能,对未掺加抗剥落剂、掺加液体抗剥落剂和掺加消石灰的安山岩沥青混合料,分别进行了常规水稳定性能试验和汉堡车辙试验。结果表明:较之计算法,采用沥青浸渍法确定安山岩沥青混合料的最大理论相对密度进行配合比设计得到的沥青混合料各项路用性能更优;汉堡车辙试验可以很好地评价沥青混合料的水稳定性能,对于多孔安山岩,掺加消石灰为提高沥青混合料水稳定性能的最佳措施。     

Influence of SBS modifiers on viscoelastic mechanical behavior of modified asphalt

In order to verify the influence of different block proportions S/B on the effect of SBS modified asphalt,the dynamic mechanical performance test and static loading test were performed on the samples composed of different kinds of SBS with base asphalt. It is found that different S/B values fix on different modified effects and different viscoelastic mechanical behaviors,due to biphasic separate fabric of polybutadiene and polystyrene in SBS. In low-speed running pavement,the modified asphalt with lower S/B value shows better pavement performance,while in high-speed running pavement,the modified asphalt with higher S/B value shows better pavement performance. As far as SBS modified asphalt itself is concerned,mixing proportion impacts on resisting displacement and block proportion S/B ratio impacts on strain recovery capacity. In the case that the conditions are the same,SBS modified asphalt with different S/B values can be used for different travelling speed pavement construction demands to get an intelligent use.     

白炭黑改性沥青混合料低温抗裂性能研究

为了提高沥青混合料的低温抗裂性能,采用白炭黑为改性剂对沥青混合料的低温性能进行了研究．试验结果表明,白炭黑改性沥青混合料的针入度、延度和软化点等物理指标均有所改善,弯曲应变能密度和压缩应变能密度均有所提高,并得出白炭黑能显著改善沥青混合料低温抗裂性能的结论．