论文摘要
反射裂纹是沥青路面主要的早期破损形式之一,道路在交通载荷和温度载荷的反复作用下,基层的微裂纹会不断向面层扩展、增密并贯穿连通形成宏观可见裂纹,破坏了路面结构的整体性和连续性,在一定程度上削弱了路面结构强度。开展沥青道路裂纹形成机理及裂纹扩展行为的研究,理解路面损伤与早期破损的机理,认识沥青路面结构裂纹形成机理及扩展过程,对提高沥青路面结构抗裂性能,改进现有的路面设计方法都是非常必要的,并可为路面工程师提供沥青路面设计与养护指导。本文所做的工作:首先,依据粘弹性理论,采用广义Maxwell模型,模拟沥青混合料的粘弹特性;其次,依据传热学理论,建立含贯通裂纹和裂纹扩展过程中的有限元分析模型,分析了大气温度对道路体系应力场的影响;又探讨不同降温速度,降温幅度对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明,低温环境导致裂纹尖端存在高应力区,在不断的温度载荷作用下,基层裂纹可能会不断扩展直至面层形成可见的表面裂纹;再次,依据道路动力学理论,分析了裂纹尖端动态应力强度因子随行车速度、道路结构体阻尼以及路面结构参数的变化规律。结果表明:车速越快,对裂纹的影响越小;随着阻尼比的增加,I型应力强度因子有所衰减,峰值逐渐后移;应力强度因子对基层模量大小比较敏感,基层模量较大,应力强度因子的数值也较大;最后,结合河南具体工程,采用添加木质素纤维的阻裂方案,并结合室内试验和数值模拟,确定方案的合理性。通过室内试验和数值模拟的结果表明,添加木质素纤维能够经济有效的抑制反射裂纹的扩展。