基于X-CT技术的多孔排水沥青混合料空隙竖向分布特性

采用X-CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合对多孔沥青混合料的空隙竖向分布特性进行了研究,结果表明:空隙特征图像可以定性描述多孔沥青混合料的连通情况和分布特性,多孔沥青混合料中没有面内连通情况;所研究的6个截面空隙率分布范围为17.7%~22.2%;不同截面的空隙数量最大相差16个,约占空隙总量的四分之一;空隙轮廓分维数均大于其相应的空隙面积分维数,且与空隙数量和空隙率无关。空隙级配图显示,同一试件内两个正交截面空隙的级配大多分布在4~8 mm内,但分布形态各异。经对比分析发现,横向空隙与竖向空隙除最大直径相差2 mm外,等效直径分布较为接近。     

不同成型方法和级配的沥青混合料内部空隙特征

采用X-ray CT技术和数字图像处理技术研究两种成型条件下三种级配沥青混合料试件的内部空隙特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明,沥青混合料的空隙空间分布规律受试件成型方法及级配类型的影响较大。不同级配条件下,马歇尔试件内部空隙率分布沿着高度方向总体呈现对称形状,而静压试件内部空隙率分布则为"一端大,一端小"的形状,马歇尔试件的平均空隙率与目标空隙率差异较小,而静压试件的平均空隙率是目标空隙率的1.4倍以上;相同级配条件下,与马歇尔试件相比,静压试件的空隙空间分布离散性、平均空隙率和平均空隙数量均较大,但平均空隙等效直径相差较小;采用两参数数学模型能够较好地表征成型方法和集料级配对沥青混合料内部空隙空间分布规律的影响。     

基于同种沥青不同级配的大空隙沥青混合料渗水性能试验与评价

通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验和渗水试验来评价基于同种沥青不同级配的大空隙沥青混合料的水稳定性、高温稳定性和渗水性能等,分析了大空隙沥青混合料路用性能渗水性能与级配、空隙率的之间关系,从而为大空隙沥青混合料提供设计依据.     

粗集料针片状含量对沥青混合料结构影响

为研究引起沥青混合料内部结构差异的因素,提出并测定了不同针片状颗粒含量的沥青混合料结构参数和体积指标.运用工业CT断层成像技术和图像处理技术,采用颜色标尺标注空隙结构,以及Image-Pro Plus 6.0图像处理软件提取计算沥青混合料的空隙率,并测量沥青混合料断面粗集料颗粒的形貌参数,采用面积、纵横比AR_1和AR_2、主轴偏角均值、颗粒趋向参数Δ和棱角性等参数评价沥青混合料的结构特征.结果表明:针片状颗粒的增加使得沥青混合料毛体积密度减小,空隙率增大,且通过工业CT计算得到的空隙率大于实测空隙率;大孔隙结构主要分布于试件的中下部位,试件顶端空隙较小;随着针片状颗粒的增加,颗粒纵横比期望AR_1和AR_2线性增加,横断面粗集料颗粒面积和减小,棱角性期望增大,但是对偏角均值和Δ影响不够明显.     

沥青混合料Superpave与马歇尔设计方法的比较

以通鲁一级公路沥青混合料设计为依托,对沥青混合料Superpave与马歇尔设计方法进行比较和分析。采用Superpave方法成型旋转压实试件,进行混合料设计,确定混合料级配和沥青用量,再按照确定的级配制作马歇尔试件,获取2种方法的体积指标以进行对比。结果表明,旋转压实得到的试件毛体积密度较大,空隙率和矿料间隙率较小,同样的沥青用量下其沥青饱和度较大。旋转压实较接近实际的现场压实功,能反映公路交通荷载的实际情况,因此应该进一步推广应用。     

沥青混合料空隙率测定方法的初探

沥青路面的空隙率与路面的使用性能直接相关，要减少沥青面层可能产生的各种损害现象，必须严格控制沥青面层的空隙率，而实际测定空隙率的方法多达20种。结合沥青在矿料表面的分布状态，分析了压实沥青混合料试件密度与理论最大密度的各种不同含义，研究了不同级配类型沥青混合料的空隙率测定和计算方法，提出了测定空隙率的选用方法和原则。     

室内成型试件与路面芯样的抗车辙差异性评价

为了评价室内成型试件与路面芯样抗车辙能力的差异,利用多轮车辙仪(RLWT)获取车辙变形量,从宏观角度研究室内成型试件与路面芯样的抗车辙能力;采用工业CT获取沥青混合料断面扫描图像,从细观角度探讨室内成型试件与路面芯样的粗集料颗粒与面空隙率沿深度方向的分布状况．结果表明:由于压实方式不同,两种试件的空隙率相差甚大,从而导致其抗车辙能力也有明显差异;路面芯样的粗集料颗粒与面空隙率在深度方向分布的均匀性较差;路面芯样的平均面空隙率及上端的面空隙率明显大于室内成型试件,从细观角度证明了宏观研究成果的准确性．     

沥青碎石混合料永久变形与空隙结构关系研究

一般认为沥青碎石混合料较大空隙与较小永久变形间是相互矛盾的,但不同级配沥青碎石混合料不同压实功下的空隙率与永久变形的对比研究表明,两类不同空隙结构的混合料对应的永久变形有明显差异.进一步试验数据表明兼顾较大空隙率、较高回弹模量和较小永久变形的功能要求是可能的,关键在于空隙结构的力学稳定性,其关键技术不仅在作为必要条件的材料设计,而且在作为充分条件的成型工艺的配合,因此重要的在于材料-结构-工艺一体化设计.     

沥青混合料旋转压实效果的数字图像分析

针对旋转压实法，利用不同压实功作用成型试件模拟压实过程，采用数字图像处理技术，研究沥青混合料的压实成型特性，提出了以集料颗粒的取向特性描述沥青混合料的稳定性，以集料颗粒的分布特性来反映混合料的密实程度，定义了集料颗粒主轴方向、沥青砂胶膜厚及颗粒面积比等参数来进行评价。实验表明效果良好。     

基于动水冲刷作用的沥青混合料短期水损害特性

针对车辆荷载引起的动水冲刷作用,设计开发了一种模拟动水冲刷的试验装置,结合冻融循环试验,对动水冲刷与静态浸水模式下沥青混合料的空隙率、吸水率以及劈裂强度等技术指标进行测试,并借助CT扫描试验,从微观的角度探讨动水冲刷作用下沥青混合料的短期水损害机理。试验结果表明:随着冻融循环次数的递增,动态冲刷浸水模式和静态浸水模式作用下的沥青混合料试件空隙率增幅分别为47.62%和22.5%;吸水率增幅分别为263.2%和86.4%,冻融劈裂强度比(TSR)降幅分别为34.0%和24.9%,动水冲刷作用会加剧沥青混合料物理和力学性能的衰退。CT图像分析表明:随着冻融循环次数的增加,混合料试件的内部产生了新的空隙,试件外缘集料存在不同程度的剥落现象;动水冲刷作用会加剧水体对沥青薄膜的机械侵蚀速率,加速沥青的剥离和细集料的流失,导致原有空隙体积的进一步增大,混合料抗水损害性能下降更为显著。     

Numerical Investigation into the Effect of Air Voids on the Anisotropy of Asphalt Mixtures

The aim of this study is to investigate the asphalt mixture anisotropy of both the modulus and Poisson's ratio due to air voids using a discrete element modeling simulation method. Three three-dimensional cubic digital samples of asphalt mixture with different shapes of single air void were built using discrete element software PFC~(3D). The aggregate gradation, air voids and mastic included in the digital samples were modeled using different contact models, with due consideration of the volumetric fractions of the different phases. Laboratory uniaxial complex modulus test and indirect tensile strength test were conducted to obtain material input parameters for numerical modeling. Simulation of the uniaxial cyclic compressive tests was performed on the three cubic samples loaded in three different directions. Dynamic modulus in three directions and Poisson's ratio in six directions were calculated from the compression stress-strain responses. Results show that both the modulus and Poisson's ratio are dependent on the preferential orientation of air voids. The anisotropy of the modulus and Poisson's ratio increases as the pressure loading on the asphalt mixture increases. Compared to the modulus, Poisson's ratio due to air voids has been shown to be more anisotropic. The maximum of Poisson's ratio and modulus is shown to be up to 80% and 11% higher than the minimum, respectively.     

重塑高岭土渗透各向异性影响因素

为了研究软土渗透各向异性,以重塑高岭土为研究对象,利用三轴渗流仪对重塑高岭土展开一系列渗流试验,研究电解质类型、浓度及固结压力对软黏土渗透各向异性的影响,并从微观角度解释其作用机理。研究发现：1）高岭土颗粒为扁平状结构,在一维固结下颗粒趋向于垂直于主应力方向排列,重塑高岭土竖向剖面孔隙面积大于水平向剖面孔隙面积,这2个因素共同导致渗透各向异性比（水平渗透系数与垂直渗透系数之比）大于1;2）渗透各向异性比随固结压力增大而减小,主要是因为竖向剖面大孔隙较多,压力作用下竖向剖面孔隙面积减小幅度大于水平剖面孔隙面积减小幅度;3）马来西亚高岭土在高纯水下为絮凝状结构,在盐溶液下为散凝状结构,在高纯水下土体竖向剖面大孔隙较多,而在盐溶液下竖向剖面孔隙和水平向剖面孔隙较为接近,导致在高纯水下测得的渗透各向异性比在盐溶液下的测量结果大;4）在本试验条件下,电解质类型、浓度对马来西亚高岭土渗透各向异性比的影响均较小。     

基于离散元理论的OGFC矿料级配设计

提出开级配沥青磨耗层(open graded friction courses,OGFC)混合料矿料级配设计应针对粗细集料在混合料中所起的作用不同进行分别设计的理念.提出基于离散元理论和试验相结合的OGFC混合料粗集料级配设计的新方法:以4.75 mm筛孔通过率作为粗集料级配控制点,根据离散元理论计算粗集料中各粒径最优体积分数,通过粗集料的干捣试验进行VCA_min的验证,根据粗集料空隙率和设计空隙率的要求,确定粗集料的级配.采用N法进行OGFC混合料的细集料级配设计,为了满足设计空隙率的要求,在细集料设计中要求2.36~4.75 mm的质量分数不超过5%.在研究粗集料和细集料级配设计的基础之上给出了OGFC矿料新的级配范围.     

Anisotropic coal permeability and its stress sensitivity

This paper focuses on anisotropy of coal permeability and its stress sensitivity. Coal blocks were taken from Xinjing Coal Mine in Yangquan Coal District. Coal cores were then drilled along the strike, dip, and vertical directions. Coal permeabilities were measured with respect to stress by using a self-developed coal permeability measurement system. The used samples exhibited significant permeability anisotropy.The permeability along the strike direction was greatest among the three directions, the permeability along the vertical direction was the smallest, and the permeability along the dip direction was between the other two directions. The sensitivity of coal permeability to stress was transversely isotropic. The stress sensitivity coefficient was greater along the horizontal directions than along the vertical directions.Coal permeability exhibited anisotropic stress sensitivity due to anisotropy in Young's modulus and porosity. The results obtained in this study are useful for optimizing the arrangement of pre-drainage boreholes.     

冻融循环对泡沫沥青再生混合料微观结构的影响

为了探究泡沫沥青冷再生混合料抗水损害能力的衰变情况,选取6种不同级配泡沫沥青冷再生混合料,采用劈裂强度试验及电子断层扫描试验,系统研究了不同冻融循环次数下混合料强度衰减特性、空隙级配及最可几孔径的变化规律.结果表明:随着冻融循环的增加,冷再生混合料的强度明显减小,微空隙显著减小,大空隙显著增加,空隙数目的变化直接影响到混合料的强度.电子断层扫描试验及劈裂强度试验结果表明:在总空隙率相同的条件下,微空隙越多混合料强度越高;大空隙越多混合料强度越低.以此为基础提出再生混合料内部空隙的3种分类:无害孔、少害孔及有害孔.前2次冻融循环对冷再生混合料最可几孔径影响最大.在相同的冻融次数下初始空隙率越大泡沫沥青冷再生混合料的最可几孔径越大.     

泡沫沥青冷再生混合料在道路大修工程中的应用研究

为了探究泡沫沥青冷再生混合料抗水损害能力的衰变情况,选取6种不同级配泡沫沥青冷再生混合料,采用劈裂强度试验及电子断层扫描试验,系统研究了不同冻融循环次数下混合料强度衰减特性、空隙级配及最可几孔径的变化规律.结果表明：随着冻融循环的增加,冷再生混合料的强度明显减小,微空隙显著减小,大空隙显著增加,空隙数目的变化直接影响到混合料的强度.电子断层扫描试验及劈裂强度试验结果表明：在总空隙率相同的条件下,微空隙越多混合料强度越高;大空隙越多混合料强度越低.以此为基础提出再生混合料内部空隙的3种分类：无害孔、少害孔及有害孔.前2次冻融循环对冷再生混合料最可几孔径影响最大.在相同的冻融次数下初始空隙率越大泡沫沥青冷再生混合料的最可几孔径越大.

     

辽河油田茨9区水平井开发方案预测

茨9区油藏为发育边水的中孔中高渗油藏,利用直井开发的弊端日益凸现,水平井开发可行性研究的论证认为,该区油藏部署水平井开发优势明显。在剩余油分布规律的基础上利用数值模拟的方法对茨9区进行水平井开发方案设计,确定了水平井开发的目的层位、水平井段方向以及长度,并利用数值模拟对开发方案进行结果预测,结果表明水平井开发从累积产油量以及含水上升情况等方面都远优于直井开发,综上为茨9区的进一步开发提出新的方向。     

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。