利用改进开窗转换法确定沥青离散松弛时间谱

为了精确地获得沥青胶结料的离散松弛时间谱,提出了一种改进开窗转换法的线性黏弹性材料函数转换算法．此方法可以用于离散延迟时间谱和离散松弛时间谱的相互转换．与开窗转换法相比,改进开窗转换法对于时间常数的设置更加精确,并且不会产生负数谱线．将改进开窗转换法用于一种传统非改性沥青的弯曲梁流变仪试验数据的离散延迟时间谱的转换,成功地确定了相应的离散松弛时间谱．经有限元模型验证表明,此离散松弛时间谱能很好地还原该沥青结合料的应力松弛特性．     

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.     

沥青混合料的搅拌功率试验和黏度模型

针对由沥青“黏度-温度”试验曲线确定的混合料理论施工温度与工程实际施工温度差距较大问题,通过进行沥青混合料的搅拌功率试验,对其施工温度确定方法进行了理论和试验研究。采用经过改制的搅拌机,测定不同温度与搅拌转速下的混合料搅拌功率,得到三者之间的关系,进而建立了由搅拌功率表征的沥青混合料广义塑性黏度模型。该模型表明：沥青混合料的广义塑性黏度决定于混合料的温度,以及矿料物理性质、级配、沥青类型和用量等材料因素,而与搅拌机的转速无关,代表了沥青混合料的流变特性;通过测定沥青混合料在不同温度下的广义塑性黏度,得到广义塑性黏度随温度的变化曲线,在该曲线中梯度变化明显变缓的温度可作为该种沥青混合料的施工控制温度。     

基于离散元法的沥青混合料虚拟疲劳试验方法

为了从细观角度深入分析沥青混合料疲劳机理,运用离散元方法实现了沥青混合料小梁试件的虚拟疲劳试验。首先,根据概率理论,建立了由混合料三维体积级配至沥青混合料二维数字试件数量级配推导公式;接着,根据蒙特卡洛方法,编制了考虑集料不规则形状的沥青混合料二维数字试件生成程序,以此生成了沥青混合料二维数字试件;然后,结合离散元基本原理,提出了包括沥青混合料离散元模型的建立、离散单元的接触模式选择和疲劳失效判断标准在内的一整套沥青混合料虚拟疲劳试验方法;最后,进行了沥青混合料小梁疲劳试验,并与基于离散元方法的虚拟试验结果进行了比较分析。研究结果表明,虚拟试验结果与真实试验结果相差无几,所建立的虚拟疲劳试验方法可以作为沥青混合料疲劳性能分析的辅助手段。     

沥青混合料动态剪切模量主曲线的确定

为了克服条件评价的局限性,采用动态剪切流变仪对沥青混合料进行了连续动态频率扫描。获得了跨越15个数量级的动态模量随频率变化的主曲线,进行了沥青混合料全温全频分析,掌握了材料的黏弹性力学行为。通过讨论与分析,提出了极限频率、流变区、稳态区、低频转折点、高频转折点等概念。研究表明,动态流变试验是获得沥青混合料主曲线的有效方法,主曲线为全温全频分析提供了基础条件,基于主曲线形态提出的5个概念能够客观地反映混合料的本质特性。     

沥青砂动态剪切蠕变特性

为了解沥青砂的复杂力学行为,给沥青混合料细观力学研究提供数据支持,将几种沥青混合料的配合比转变为沥青砂的配比,采用自主研发的沥青砂成型装置及流变仪夹具获取沥青砂的动态剪切蠕变曲线,基于Burgers模型对蠕变曲线进行拟合,获取动态剪切荷载下沥青砂的黏弹性参数,分析黏弹性参数及松弛模量的变化规律。试验结果显示,Burgers模型对沥青砂动态剪切蠕变曲线具有较好的拟合效果。相同加载时间内,相比于AC-20级配沥青混合料,SMA-16级配沥青混合料蠕变变形量更大。橡胶沥青砂的抗剪切蠕变性能最优。沥青砂蠕变变形影响规律与混合料车辙变形一般影响规律相符。试验温度、沥青用量、沥青种类和级配类型均对沥青砂的黏弹性参数和松弛模量影响显著。     

基于灰色关联度的矿料对沥青混合料力学性能的影响分析

为分析矿料含量对沥青混合料力学性能的影响,利用旋转压实方法制备了4种级配沥青混合料,并通过劈裂试验、压缩试验以及蠕变试验研究了4种级配沥青混合料的低温抗开裂能力、常温抗拉/压破坏能力以及蠕变性能。随后,利用卷积积分和Laplace变换推导了4种沥青混合料的松弛模量随加载时间的变化趋势,并结合Burgers模型和二阶广义Maxwell模型对蠕变和松弛特性进行了拟合分析。最后,根据灰色关联度算法计算了矿料含量与沥青混合料力学性能的关联度,分析了矿料含量对混合料力学性能的影响。结果表明:沥青混合料的低温抗开裂、常温抗拉/压性能主要与0.15～0.3 mm和1.18～2.36 mm两档矿料的含量具有较高的相关度;而常温抗蠕变能力主要受0.6～1.18 mm和2.36～4.75 mm两档矿料的影响;温度升高后,抗蠕变能力受矿料含量变化的影响程度增加;松弛强度受细集料含量影响较大,而松弛时间主要受较大粒径矿料含量的影响。     

级配碎石层协调沥青混合料层温度收缩变形行为

为揭示级配碎石基层与沥青混合料面层的温度收缩协调变形规律,本文采用动静态应变采集系统实时获取沥青混合料层的温缩应变,基于PFC6.0 Suite和FLAC3D构建了组合结构连续-离散耦合模型,探究了级配碎石层与沥青混合料层温缩协调变形宏观和细观响应规律。研究结果表明:连续-离散耦合模型与室内试验的吻合度相比连续介质模型高,温缩系数相对误差最大为8.1%;沥青混合料及其组合试件温缩应变-时间关系曲线均呈先快后慢的非线性变化规律,沥青混合料类型及降温温差对级配碎石的约束作用基本无影响;组合试件温缩变形主要发生在前1 h内,沥青混合料层整体由“翘起”状逐渐过渡到“平缓”状;级配碎石层通过颗粒向内挤压运动,使两端松散膨胀及颗粒接触重组来实现与沥青混合料层的协调变形。本文从宏观应变响应与空隙率、配位数及三维组构细观响应揭示温缩协调变形机制,研究结果可为级配碎石基层沥青路面低温抗裂研究提供理论参考。     

考虑松弛的沥青混合料疲劳损伤累计模型研究

根据应变控制疲劳试验的受力特点,通过分解沥青混合料应变,控制疲劳试验输入和输出响应,分析沥青混合料应变控制疲劳试验过程中的松弛现象.基于损伤力学和粘弹理论,分析由应力松弛引起的疲劳损伤和演化规律,建立考虑应力松弛沥青混合料疲劳损伤累计模型.相同条件下一组大样本疲劳试验结果与模型计算结果的对比表明,提出的损伤演化模型不仅拟合效果良好,且揭示沥青混合料在重复载荷作用下初期模量衰减的粘弹非线性本质,有利于沥青混合料疲劳研究和寿命预测.     

布敦岩沥青混合料动态模量及主曲线研究

采用Superpave简单性能试验机(SPT)分别测试了布敦岩沥青混合料、基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料在不同温度和加载频率下的动态模量和相位角,并根据时间-温度置换原理,通过非线性最小二乘拟合,确定了3种沥青混合料的动态模量主曲线和移位因子。结果表明,布敦岩沥青混合料具有优良的抵抗高温或低频荷载作用的能力,其动态模量满足法国高模量沥青混凝土的界定标准。     

沥青混合料粘弹性参数及其应用

为确定沥青混合料的粘弹性参数,在10,5,0,-5,-15,-20,-25,-30 ℃下进行了应力松弛试验,采有Maxwell摸型,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解.分析指出,用累计耗散能可分析沥青混合料的疲劳破坏,累计耗散能与疲劳寿命之间存在唯一的关系,其它因素如试验方法、加载频率、加载模式、温度等对其影响不大.最后简要说明了累积耗散能的求解方法.     

沥青混合料动态模量季节性变化规律研究

路面结构中沥青混合料的实际工作温度是一个很宽的范围,为了更客观地进行路面结构的分析和设计,需要确定混合料力学性质随时间的变化情况.通过试验确定了某一柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转化因子,并利用实测的2002-2003年每1 h的气候数据分析了试验段温度场的分布及变化情况,进而确定了路面结构内不同深度处沥青混合料动态模量随时间的变化情况,可供路面结构分析和设计参考.分析结果表明,沥青混合料的动态模量呈现出明显的季节性变化,最大、最小日平均动态模量可相差14倍以上,随着深度的增加,动态模量的季节性变化幅度逐渐减少.     

基于离散元法的橡胶颗粒沥青混合料细观结构分析

为分析橡胶颗粒沥青混合料的破坏机理及宏观力学性能差异的内在本质,建立离散元模型,首先系统研究间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料和普通沥青混合料的接触力矢量图、力链网络图及接触力局部放大图,分别得到其内部的强力链、弱力链和变形特点,提出了其承载能力排序和变形能力排序;然后深入研究橡胶颗粒沥青混合料的位移矢量图和黏结接触破坏位置局部放大图,得到橡胶颗粒沥青混合料的破坏机理．结果表明,承载能力由大到小依次为:普通沥青混合料、间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料;变形能力由小到大依次为:普通沥青混合料、间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料．     

沥青混合料动稳定度计算方法的分析与研究

通过函数转化,找出不同温度下沥青混合料车辙深度随时间的变化规律,并在不同温度下分别建立沥青混合料变形与时间的函数关系.通过lgt-D曲线反算沥青混合料的动稳定度,由此评价沥青混合料的抗车辙性能.     

基于塑性活化能的沥青混合料抗车辙性能优化

为了解决目前沥青混合料抗车辙性能评价指标的不足,实现沥青混合料抗车辙性能的优化,依托城市道路大中修项目,采用离散元模拟和塑性活化能(E_a)评价相结合的方法从级配设计角度对试验路段进行抗车辙优化,其中,重点介绍了塑性活化能相关的理论,并给出E_a指标的试验确定和计算方法。研究过程中,首先通过虚拟蠕变试验确定优化级配,然后对优化级配和原设计级配的沥青混合料进行室内蠕变试验,包括浸水和不浸水,20℃和40℃,有损(300 kPa)和无损(25 kPa)条件下分别进行试验。同时基于理论计算各自E_a大小,分析结果表明优化级配有着较高的E_a。最后为了进一步验证该方法的有效性,采用原设计级配和优化级配的沥青混合料分别进行试验路铺筑,并观测车辙变形情况,对比结果表明优化级配路段抗车辙性能更好,与E_a指标评价结果一致。     

炭黑改性沥青混合料的动态响应主曲线分析

为了分析炭黑改性沥青的动态响应,在不同试验温度及加载频率下进行基质沥青混合料和炭黑改性沥青混合料的简单性能试验(SPT),分析了两种混合料动态模量和相位角的变化规律,并根据试验数据,采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成了两种沥青混合料动态模量和相位角主曲线,并对其进行对比分析.结果表明,炭黑改性沥青混合料的活化能ΔE_a和移位因子lg[α(T)]在低于参照温度时小于基质沥青混合料,而在高于参照温度时大于基质沥青混合料.随着加载频率的升高,动态模量主曲线呈"S"形曲线逐渐增大,而相位角主曲线先增大后减小,但不如动态模量主曲线光滑,尤其在低频范围内数据分散.动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对炭黑改性沥青混合料黏弹性响应的影响.炭黑改性沥青混合料在低于37.8℃时的动态模量更大,具有更好的抗变形能力;随着温度的升高,当温度超过37.8℃时,两种混合料的黏弹性响应差异不大,即在低频或高温条件下的炭黑改性效果不显著.     

大空隙沥青混合料渗透模型

利用cosmos图像分析软件对大空隙沥青混合料试件切片进行图像分析,获取空隙半径、空隙间距等空隙参数用以确定大空隙沥青混合料渗透模型网格的划分及初始数值的输入,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法建立渗透模型,根据Hagen-Poiseuille原理及松弛迭代法建立数学模型.结果表明,数值模拟渗透结果与室内渗透试验结果具有一致性,该模型可以模拟不同水头高度下任意最大骨料粒径、任意开级配的大空隙沥青混合料的渗透系数,为大空隙沥青混合料设计提供了有效方法.     

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。     

核磁共振T2谱法估算毛管压力曲线综述

用油藏实测NMR T2谱换算毛管压力曲线，首先需正确确定T2截止值，将T2谱划分为束缚流体T2谱和可动流体T2谱，然后对可动流体T2谱进行烃影响的校正，校正后的可动流体T2谱加上束缚水T2谱获得Sw为1条件下的T2谱，然后用换算系数κ将T2谱直接转换成毛管压力曲线。经大量岩心分析和实际NMR测井数据试验表明，碎屑砂岩油藏NMR测井T2分布数据估算毛管压力曲线方法可靠，与岩心压汞毛管压力曲线吻合，其精度相当于常规测井解释。应用这一方法换算的毛管压力曲线可用于确定含油(气)深度范围的饱和度—高度关系，确定油藏自由水面位置。     

开级配大粒径沥青碎石OLSM-25细观结构的离散元分析初探

沥青混合料是由沥青和粗细集料等粒状单元共同组成的多相复合材料,目前现有的沥青路面结构设计理论均将路面结构当作均匀连续、各向同性的弹性体进行计算分析,这与沥青混合料自身属于颗粒体非连续微细观结构的实际情况不相符.本文采用离散元方法,运用二维颗粒流程序(PFC2D),对比分析了两种颗粒生成方法的特点及其适用条件,以开级配大粒径沥青碎石混合料(Open-graded Large Stone Asphalt Mixes,OLSM)OLSM-25推荐级配的上限为1#级配,建立了1#级配OLSM-25混合料的二维离散元模型,验证了二维离散元方法用于沥青混合料颗粒体材料数值模拟的可行性,弥补了有限元方法的不足之处,为OLSM-25的细观结构分析开辟了新的解决思路和途径.