基于遗传算法的沥青路面永久变形预估方法

针对沥青路面永久变形的预估方法进行研究.首先分析永久变形的产生机理,以剪应力作为主要力学指标,提出了路面永久变形的预测模型形式;然后,选用沥青混合料AC13作为试验级配,进行60℃单轴贯入抗剪试验、20℃模量试验及不同温度、不同荷载和不同厚度条件下的车辙试验,利用实测模量采用有限元方法计算车辙试件在不同荷载及不同厚度条件下试件内的剪应力分布;最后依据路面结构的剪应力分析结果、车辙试验以及抗剪试验结果,采用遗传算法确定路面永久变形预估模型的参数,得到基于试验数据及力学分析的沥青路面永久变形预估模型.     

沥青混合料车辙进程影响因素及预估模型研究

采用汉堡车辙试验系统进行车辙试验,分析荷载作用次数、试件厚度、温度、混合料力学性能对沥青混合料车辙进程的影响,建立了以上影响因子与车辙深度的关系,并建立了沥青混合料车辙预估模型;通过AC-13、AC-16和AC-20这3种混合料、40℃、50℃、60℃3种温度下的大量室内车辙试验数据确定了模型参数。结果表明,车辙深度与荷载作用次数呈乘幂关系增加,与温度呈指数关系增长,与混合料重复加载试验力学性能参数εp/Fn呈乘幂关系,而与试件厚度关系不显著,根据建立的车辙预估模型得到的车辙预估值与实测值误差基本不超过±10%,进而通过9条路段的车辙实际调研数据对模型参数进行了修正,得到了实际路面车辙预估模型,可以为路面混合料设计提供参考。     

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.     

环道路面永久变形预估模型研究

针对环道沥青路面永久变形的预估方法进行研究,将沥青路面永久变形的因素归纳为:路面温度、路面厚度、荷载作用次数、抗剪强度以及路面结构内的剪应力.采用路面位移仪测定环道路面结构在不同荷载作用次数下的永久变形;利用预埋式温度计测定路面结构不同层位的温度;通过单轴贯入试验测定沥青混合料的抗剪强度;同时在模量测定的基础上分析了3种环道路面结构的剪应力.最后利用试验数据及力学分析结果,通过回归方法得到环道沥青路面永久变形预估模型.     

沥青路面足尺加速加载车辙预估

为了建立预估精度高、适用性广的车辙预估模型,提出了考虑混合料剪切强度、路面剪应力、轴载作用次数、路面温度、行车速度和路面厚度的车辙预估模型.该模型采用指数函数表达,采用加速加载设备(ALF)对3种足尺路面结构进行了3种不同温度、不同轴质量下的加速加载车辙试验,并测试了不同加载次数下的车辙深度;以3种结构的车辙深度、试验温度、路面剪应力、结构层厚度、加载次数共117组数据为基础参数,通过多元拟合分析,确定了基准速度为20 km/h的简化车辙预估模型;结合时间硬化蠕变模型及荷载作用时间函数,确定了车辙深度与行车速度的关系,将简化的车辙预估模型经速度修正后得到最终的车辙预估模型.研究结果表明,该车辙预估模型具有因素全面、适用性广的特点,预估精度高.     

影响沥青路面全厚度车辙关键因素的试验研究

通过不同条件下的沥青路面全厚度车辙试验,就中面层沥青类型、静荷载、路面材料和结构组合设计以及温度等因素对沥青路面车辙的影响进行了研究.结果表明三层沥青路面结构中面层采用改性沥青可以使动稳定度提高50%以上,静荷载引起的车辙变形约占总变形的25%,骨料岩石类别和温度变化对沥青路面车辙影响显著.     

重载沥青路面结构组合的抗车辙性能分析

为研究结构组合对沥青混合料抗车辙性能的影响,首先对所设计的7种沥青混合料进行动态模量及单层车辙试验,得到基本材料参数及抗车辙性能;然后对7种混合料组合而成的3种路面结构在重载条件下进行双层结构车辙试验,并与单层车辙试验结果进行对比分析;最后,应用光纤光栅智能测试技术对实际路面进行现场应变测试,根据不同路面结构三向应变测试结果评价实际重载沥青路面结构的抗车辙性能．结果表明,单层车辙试验难以准确反映路面结构的抗车辙性能,而双层车辙试验效果良好．在设计抗车辙路面时要考虑不同面层的模量组合,才能最大程度地发挥各层混合料的抗车辙性能．     

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。     

沥青路面永久变形数值模拟及车辙预估

沥青混合料的永久变形(车辙)是我国沥青路面早期病害中最主要的破坏类型,因而快速、简便、科学的进行车辙预估对于我国现阶段的路面结构设计与养护管理是非常必要的.提出基于有限元非线性理论沥青路面车辙数值模拟和车辙预估方法,结合廊沧高速廊坊段路面设计,分别进行SBS改性沥青混合料与高模量沥青混凝土进行车辙预估.结果表明:基于有...     

考虑沥青混合料泊松比影响的路面结构应力分析

基于数字图像测量方法,通过间接拉伸试验测定了不同温度下沥青混合料的泊松比μ变化规律。低温下,μ在荷载比为0.3~0.8时保持相对稳定,而在接近峰值荷载时呈非线性增长;高温下,μ随荷载比的增大而增大。采用三维有限元计算模型,考虑不同温度下沥青层模量及泊松比的变化,对三种典型路面结构进行分析。结果表明,沥青面层的泊松比对沥青路面结构的最大横向应变和最大剪应变有显著影响:当上中面层模量比小于0.8且沥青面层泊松比增大到一定程度时,轮迹带边缘的沥青混合料在荷载作用下有向车辙两侧流动的趋势,容易产生失稳性车辙。这说明在进行沥青路面结构设计时,有必要考虑沥青结构层的协调组合关系和材料泊松比的影响。     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.     

AC-20和AC-25沥青混合料室内试验研究

AC-20和AC-25沥青混合料的合理利用能有效减缓道路工程中的永久变形问题。依照标准、规范选出最优级配,然后再利用选出的最优级配来制作AC-20、AC-25两种面层材料,最后通过车辙试验和蠕变试验来研究沥青混合料在高温条件下性能。研究表明:车辙变形程度与荷载作用时间呈递增关系,车辙深度也与荷载级呈递增关系;压密变形是沥青路面最初产生车辙现象的主要影响因素,在压密变形量稳定后,则剪切流动变形成为了后期沥青路面产生车辙现象的主要原因;不同作用荷载、不同温度条件构成了沥青混合料蠕变性能影响最大的两个因素,并且沥青混合料蠕变性能受温度的影响程度比受荷载级的影响程度更为明显。研究成果为后续AC-20和AC-25沥青混合料在道路工程中的有效利用打下了基础。     

饱水率对排水性沥青路面抗车辙性能影响

利用不同饱水率的车辙试验,对大空隙排水路面OGFC-13混合料在不同温度、不同荷载、不同沥青种类条件下进行水作用下的抗车辙性能分析.结果表明:随着饱水率的增加,变形量增大、动稳定度减小;对不同沥青的排水路面,当饱水率小于60%时,随饱水率增加变形量增加较快,当超过60%,饱水率对车辙变形量影响很小;温度越高荷载越大,水导致大空隙排水路面的抗车辙性能显著降越.     

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.     

粘土永久变形预估模型试验与仿真研究

路基永久变形影响沥青路面的车辙,经详细分析推荐出路基土永久变形试验方案,对粘土进行了重复加载动三轴试验,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式.采用扩展的Drunker-prager土体本构模型,对于粘土重复加载动三轴试验进行了有限元仿真.试验曲线或有限元仿真曲线与预估模型均比较吻合,相关系数R2均在0.99以上;模型参数的回归公式的相关系数R2最小值为0.53,大于临界值0.50.分析结果表明:建立的粘土永久变形预估模型可靠性较高,可以用有限元仿真来代替部分室内重复加载动三轴试验.     

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.     

应力吸收层沥青混合料贯入试验研究

针对应力吸收层沥青混合料抗剪性能评价方法的不足,在相关研究的基础上提出了评价应力吸收层沥青混合料高温性能的贯入试验方法。分析了试验温度、加载速率、沥青结合料类型、矿料级配等对试验结果的影响,提出了适宜的试验条件和评价指标。结果表明:试验条件采用60℃温度,2mm/min的加载速率较为合理,而破坏模量可表征应力吸收层沥青混合料的抗剪强度和变形综合性能,破坏荷载可反映抗剪强度。研究成果为应力吸收层沥青混合料的质量控制及实际推广应用提供了试验依据。     

沥青面层不同深度车辙等效温度预估模型

基于先期建立的沥青路面温度场预估模型和车辙预估模型,利用累积车辙等效原则,提出了路面不同深度车辙等效温度的计算方法,初步建立了考虑地区差异和沥青材料特性的等效温度预估模型,并进行了检验。与国内外已有车辙等效温度预估模型相比,该模型反映了不同面层深度、不同地区及不同沥青材料类型的差异性,具有更好的适用性。     

废旧塑料改性沥青混合料动态模量研究

针对目前大量废旧塑料处置问题,尝试将其用于改性沥青混合料,以探索其在道路工程中使用的可能性.采用超市废旧高密度聚乙烯购物塑料袋,将其切碎后按照2%.5%和8%的掺量制作沥青混合料试件,采用三种试验温度在六种加载频率下进行动态模量试验,与未掺加塑料混合料的相应指标进行对比.试验结果显示在各个试验温度和加载频率下,掺加塑料屑的混合料动态模量普遍提高.掺加塑料与否对相位角指标的影响未呈现一定规律.在各个试验温度和加载频率下,2%塑料掺量混合料均具有较高的动态模量和相位角.     

玄武岩纤维沥青混合料力学及疲劳特性

为研究玄武岩纤维沥青混合料的力学疲劳性能,文中将玄武岩纤维(质量分数w分别为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%)加入沥青混合料中,分析其高温抗车辙能力、低温抗裂性及抗水损害性能,对最佳纤维掺量和不掺纤维的沥青混合料进行了疲劳试验和动静态模量试验,分析评价其疲劳特性和力学性能。研究结果表明：沥青混合料中加入玄武岩纤维后,其高低温和水稳性能大幅提高,0.3%为最佳掺量;玄武岩纤维的掺入对混合料的静态力学性能有很小幅度的加强,混合料的动态模量在不同温度、荷载作用频率条件下均有不同程度的提高,且温度越低提升越明显,其动态力学性质表现优异;玄武岩纤维削弱了混合料对疲劳的敏感性,抗疲劳能力得到增强,增幅随加载应变的升高而降低。