应力波作用下三点弯曲梁破坏过程数值模拟

岩石类准脆性材料三点弯曲梁冲击荷载作用下的破坏受应力波加载速率以及应力波峰值的影响。使用新发展的并行RFPA2D-Dynamic数值模拟工具对三点弯曲梁冲击荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,研究了不同加载速率和加载峰值的破坏规律。数值模拟结果与物理实验结果具有较好的一致性。在低加载速率下,三点弯曲梁发生拉伸破坏,且只出现一条裂纹;在较大加载速率时出现多条平行拉伸裂纹;在大加载速率时出现拉伸、剪切复合裂纹。应力波峰值较小时形成单一的拉伸裂纹,而随着加载峰值的提高,形成多条平行拉伸裂纹。     

沥青路面多尺度结构的荷载响应分析

为了从材料细观结构角度研究沥青路面结构的荷载响应,采用离散元方法,建立了柔性基层沥青路面典型结构模型,并进行了竖向荷载作用下沥青混凝土层应力和应变的计算,通过与经典路面响应程序计算结果的比较,验证了路面结构离散元模型和离散元计算方法的正确性.以验证过的路面结构模型为基础,采用较小的细观尺度描述了沥青混凝土结构层底部位置处粗集料、沥青砂浆和空隙的分布和体积大小,从而建立了路面结构的多尺度模型,并计算了荷载作用下多尺度模型的响应.结果表明,荷载引起的路面结构应力和应变在沥青混凝土内呈现显著的不均匀分布特征;粗集料与砂浆接触处的应力明显高于沥青砂浆内部的应力,两者的比值随着沥青砂浆模量的降低而增大;考虑材料细观结构后,粗集料与砂浆接触处的荷载响应明显高于宏观路面结构响应,而沥青砂浆内部的荷载应力小于不考虑细观结构时的宏观路面结构应力.     

砂岩双面剪切细观损伤特性试验研究

利用自主研发的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置,通过开展不同加载速率条件下的剪切试验,并借助声发射技术及图像处理技术,对砂岩细观开裂扩展过程、细观开裂扩展空间分布进行深入研究。研究结果表明:随着加载速率的增加,砂岩抗剪强度增加,二者近似呈线性关系;对于砂岩双面剪切试验,两侧裂纹开裂扩展与贯通并不同步,且一侧裂纹贯通破坏导致应力集中于另一侧垂直剪切面,使其微裂隙发育更加迅速,形成贯通性主裂纹耗时大大缩短;微裂纹起裂部位一般位于预定剪切面附近的某一点或几点,开裂后基本沿竖直加载方向发育、扩展,同时相距较近的各微裂纹相互作用,直至贯通;砂岩剪切细观裂纹扩展过程中,接近竖直方向的微裂纹转变为侧向分叉裂纹,垂直于竖直方向的微裂纹则停止扩展,破坏模式表现为绕行、钉扎、分叉抱行、诱导性分叉、欠劈、止裂、勾回等多种模式,以绕行及钉扎为主。     

加载速率对不同界面强度钢筋混凝土梁的影响

为研究加载速率对不同界面强度钢筋混凝土梁力学性能的影响,采用Weibull统计学理论从细观角度模拟混凝土材料的非均匀分布,针对不同界面强度下,加载速率对钢筋混凝土梁力学性能的影响进行数值模拟,得到了试件从裂纹萌生、扩展直至贯通的破坏全过程图和峰值荷载曲线、累计声发射能量曲线。结果表明:随着加载速率的增大,构件的破坏模式从以弯曲裂纹为主的弯曲拉裂破坏逐步演变为以斜裂纹为主的剪切破坏,且在界面强度适中时,加载速率对梁裂纹扩展模式的影响最为显著。构件的峰值荷载随加载速率的增大呈现先增大后减小的规律,但不同界面强度的构件达到最大峰值荷载时所对应的加载速率不同。加载速率相同时,累计声发射能量随界面强度的增大而减小;界面强度相同时,累计声发射能量随加载速率的增大而增大。     

沥青混凝土路面面层与基层间破坏数值分析

市政公路是国民经济建设的基础设施,然而,此种路面结构在路面面层较薄的情况下,很容易发生剪切滑移现象。基于固体力学与弹性力学理论,采用有限元方法,对沥青混凝土面层的力学行为进行数值模拟。结果表明:在受到车辆荷载与温度荷载时,均可能造成沥青混凝土路面面层—基层层间破损,且这种破损也会改变面层、层间的应力分布,使其加速破坏,因此,沥青混凝土路面面层—基层层间剥离的早期检测与维修至关重要。     

玄武岩三维细观孔隙模型重构与直接拉伸数值试验

由于岩石材料的不透明性和多孔隙特性,通过传统的物理试验或数值模拟很难真实体现其内部三维细观结构.本文基于CT扫描技术、边缘检测算法、滤波算法、三维点阵映射与重构算法,构建了可以表征玄武岩试样内部孔隙结构的三维细观非均匀数值模型.结合并行计算进行直接拉伸数值试验,研究了内部孔隙结构特征对试样破坏机制及抗拉强度的影响.研究结果表明:加载初期在试样孔隙处产生初始裂纹,随着荷载的增加初始裂纹逐渐沿横向扩展最终形成宏观拉伸破坏裂纹,并且孔隙含量和分布位置对试样拉伸断裂的位置具有重要影响.随着孔隙率增高,试样破坏过程中的声发射数目和能量逐渐减小.拉伸破坏模式呈现脆性破坏特征,同时孔隙的存在削弱了试样的抗拉强度.     

剪切荷载作用下砂岩细观开裂扩展演化特征研究

 利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置,对砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的开裂扩展过程及其破坏后细观裂纹的分布特征进行试验研究,同时借助图像处理技术,探讨砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的时空演化规律。研究结果表明：在剪切荷载作用下,砂岩试件外观损伤在加载过程中的大部分阶段不明显,而砂岩的开裂扩展在相对较短的时间内完成,且开裂扩展过程中产生的变形较小,其明显的开裂扩展过程多发生在峰值应力后的破坏阶段,且总体上是自下往上发展的;砂岩断裂破坏过程中既有绕晶破裂,也有穿晶破裂产生,但其开裂扩展主要产生于颗粒边界和胶结物中,这主要是该破裂方式需要消耗的能量较少;由于受砂岩表面矿物颗粒的排列组合方式、胶结程度等因素的影响,细观裂纹的开裂扩展方向具有一定的不规则性,与预定的剪切面方向有一定程度的偏差。     

沥青混合料复合小梁宏观与细观疲劳特性分析

为研究原路面加铺沥青混合料层后的整体疲劳性能,在模拟原路面的AC-16沥青混合料上加铺SMA-13沥青混合料制备复合小梁,对其进行弯曲试验,并使用数字图像相关（DIC）技术对复合小梁的不同层位进行细观分析.结果表明：复合小梁的疲劳寿命与试验温度、应力比、老化程度呈负相关关系;原路面为主要抵抗荷载的部分,加铺层则主要改善路面的功能性;复合小梁疲劳开裂过程可分为3个阶段,即损伤初始阶段、损伤发展阶段与损伤破坏阶段.     

基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能

疲劳开裂是由于交通荷载重复作用而导致破坏累积的过程,是沥青路面结构破坏的一种主要形式。弯曲疲劳发生的典型模式是:水平拉应变造成沥青混凝土层底部的微裂缝,然后经由重复荷载作用致使微裂缝向上发展,最终导致路面破坏。常用的沥青路面疲劳特性的研究方法有现象学法、断裂力学法和耗散能法。为用不同的耗散能统计指标评价沥青混合料的抗疲劳性能,笔者在不同的加载条件和作用环境下进行两点梁弯曲试验,同时研究了混合料的一些特性,包括劲度模量、耗散能、疲劳寿命和愈合效果。     

车载作用下半刚性沥青路面破坏的数值分析

通过对匀速车载下半刚性沥青路面变形的数值模拟分析,探讨了车载对路面变形的破坏特点,分析发现沥青面层的破坏主要是由于车辆匀速或减速行驶过程中路面内产生大量剪应力的结果,而且最大剪应力一般位于沥青面层的中部,该部位较容易产生破坏。     

Analysis of fatigue crack growth behavior in asphalt concrete material in wearing course

Fatigue crack is a main form of structural damage in flexible pavements. Under the action of repeated vehicular loading, deterioration of the asphalt concrete materials in pavements, caused by the accumulation and growth of micro and macro cracks, gradually takes place. The indirect tensile fatigue testing (ITFT) was carried out on three types of asphalt concrete materials comprising a high stiffness Gilsonite modified wearing course (GM-ACWC), stone mastic asphalt (SMA) and conventional asphalt concrete wearing course (ACWC) to establish fatigue damage model and failure criteria. Fatigue damage model, based on continuum damage approach, to describe the formation of micro-cracks and crack propagation was developed for the wearing course materials. With the fatigue damage model, finite element analysis was carried out to study the crack resisting performance of the three wearing course materials in a flexible pavement structure.     

沥青路面裂缝特征分析与密封处理方法

水损坏已成为沥青路面最为严重的损坏形式之一,道路裂缝的密封处理对于防止水对道路的侵蚀起着至关重要的作用。针对当前国内沥青路面裂缝病害现状,结合道路养护施工实际情况,本文对沥青路面裂缝病害特征进行了详细分析,并提出了适合不同类型裂缝的密封处理方法,以期有效防止水对道路的侵蚀,降低道路养护成本,延长道路使用寿命。     

高速公路沥青路面早期水损害机理分析及预防措施

在沥青混凝土路面多种早期病害中,水损害是最普遍、最重要的病害之一,由于沥青路面微裂隙与内部结构空隙,路面在夏季积水时的水压和冬季空隙水的冻涨对路面造成很大的破坏.目前,对水流在这一个破坏过程中的作用机理和规律还欠缺深入的研究.论文对脉动水压力作用下沥青路面水损坏的机理及导致水损坏现象的一些诱因进行初步分析,从工程的设计、施工和养护等方面提出了相应的预防措施.     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层疲劳断裂分析

在道路的使用过程中,沥青加铺层一直经历着交通荷载及温度变化的循环作用,沥青加铺层结构中的裂缝扩展呈现为疲劳断裂特征.沥青加铺层的使用寿命（从开始承载直至破坏所经历的车辆荷载及温度循环次数或作用时间）可分为疲劳裂缝形成寿命和疲劳裂缝扩展寿命两部分.疲劳裂缝形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂缝所对应的寿命,目前仍由传统疲劳理论的方法确定;而疲劳裂缝扩展寿命则为由宏观可检裂缝扩展到临界裂缝而发生破坏这段区间的寿命,用疲劳断裂力学方法确定.论文着重对沥青混合料与沥青路面的疲劳断裂进行分析.     

导电沥青混凝土的电热和力学性能研究

以碳纤维作为导电材料,以沥青混合料为基体,可以制备出导电性能优良,用于路面融冰化雪的沥青路面材料.研究其导电机理、电热性能以及在车辆荷载作用下内部应力分布.数值算例表明,导电沥青混凝土具有优良的力学性能,能满足道路行车需求,且在一定的输入电压下产热,可以融化路面冰雪,有效地抵制冰雪灾害对交通运输的不利影响.     

废机油残留物再生沥青的抗老化性能

以废机油残留物(REOB)作为沥青再生剂,从REOB自身、REOB再生沥青及REOB再生沥青混合料3个层次进行老化性能研究.通过延时薄膜烘箱老化试验(TFOT)(老化时间分别为5、10、15、20、25 h),测定了REOB再生沥青、RA5再生沥青和基质沥青的质量及黏度变化,并采用弯曲梁流变试验评定3种沥青老化后的低温...     

公路沥青路面裂缝成因及防治

针对公路沥青路面裂缝的危害,对沥青路面裂缝的成因进行了仔细分析,详细地阐述了沥青路面裂缝的预防和处理措施,以延长公路沥青路面的使用寿命,减少养护成本,从而提高公路的使用性能和经济效益。     

掺ECC砂浆半柔性材料路用性能研究

半柔性路面指在空隙率20%以上的基体沥青混合料中灌入水泥浆而形成的复合路面,但半柔性路面的水泥基材料容易产生裂缝且修复工艺复杂,在一定程度上阻碍了这种路面材料的推广与应用。将纤维掺量为总体积1.3%的ECC砂浆灌入不同空隙率的基体沥青混合料中,并开展马歇尔试验、车辙试验、三点弯曲试验对其路用性能进行评价,并在水灰比相同的条件下与普通砂浆的性能进行比较。结果表明:掺ECC砂浆的半柔性路面材料有良好的整体性、高温稳定性、水稳定性,与普通水泥砂浆相比其低温抗裂性能更显著。     

高温条件下沥青路面结构剪应变分析

温度和应力荷载的耦合效应是评价沥青路面结构稳定性的关键因素。温度梯度和外荷载是路面结构变形和破坏的直接原因。基于沥青混合料热粘弹变形理论,建立了高温动态载荷作用下路面破坏的耦合动力学模型,模拟分析了沥青路面温度场和应力场的分布规律以及影响沥青路面破坏的关键因素。模拟结果与监测结果基本一致,表明该模型用于沥青路面日变温度分析是可靠的。天气情况对监测结果有很大影响,温度变化直接影响模量,进而影响压缩性和抗剪强度,但对竖向应力影响不大。通过对不同温度下沥青路面变形的监测和模拟结果的比较,进一步验证了模型的可靠性,为沥青路面的优化设计和损坏控制技术提供了关键参数。