基于蠕变试验及CT影像的改性沥青混合料损伤规律研究

论文摘要

沥青混凝土路面结构和水泥混凝土路面结构是当今世界各国公路路面结构的主要型式,同时也是我国路面结构的主要型式,我国高速公路中有80%以上都采用沥青混合料作为面层。车辙是沥青路面早期典型破坏,我国高速公路由于车辙原因进行路面维修的比率高达80%以上。现阶段,早期高温车辙是我国高速公路沥青路面所面对的最严重问题。本论文针对沥青路面高温车辙问题,对改性沥青混合料进行了室内蠕变试验,通过宏细观两个层次,对沥青混凝土材料在高温动态荷载作用下蠕变损伤规律进行了研究。首先,基于动态和静态蠕变曲线,宏观上分析了改性沥青混合料SMA-13和AC-20试样从完好到破坏的过程,将整个过程分为继续压密、稳定蠕变、快速蠕变三个典型阶段,以开裂增量作为损伤变量,通过蠕变能的计算对改性沥青混合料的损伤发展进行了分析。其次,对SMA-13试样在不同阶段进行CT扫描,通过对切片数字图像的显微分析、同一断面不同阶段的CT图像的对比,分析了改性沥青混合料SMA-13内部开裂的位置,分布区域和演化的基本特征,并分析了原因。利用MIMICS医学影像处理软件,进行了沥青混合料试样的三维重构,并生成三维有限元模型,通过ANSYS有限元软件,对局部模型进行了应变特征和损伤行为分析,讨论了路面结构非均质分析的方法,并建立了30℃、45℃和55℃时宏观应变与内部胶砂等效应变峰值之间的比例关系。论文的研究结果可为路面结构层高温动力学响应分析、沥青混合料设计等提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 车辙类型与产生的原因
• 1.4.2 沥青路面动态荷载影响特征
• 1.4.3 沥青混合料的粘弹性特征与非均质性质
• 1.4.4 沥青混合料细观特性研究
• 1.4.5 沥青混合料细观断层数据采集处理方法
• 1.4.6 裂纹扩展规律CT观察研究
• 1.4.7 路用材料数值模拟与CT扫描验证
• 1.5 论文研究思路与启示
• 1.6 主要研究内容
• 1.7 研究技术路线
• 1.8 本章小结
• 第2章 沥青混合料的配合比设计
• 2.1 原材料性能试验
• 2.1.1 沥青性能试验
• 2.1.2 沥青胶结料动态剪切试验
• 2.1.3 矿料试验
• 2.1.4 木质素纤维试验
• 2.2 沥青混合料配合比设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于蠕变试验的沥青混合料损伤研究
• 3.1 损伤力学理论
• 3.1.1 损伤力学的定义
• 3.1.2 损伤变量
• 3.1.3 有效应力
• 3.1.4 基本假定
• 3.1.5 损伤本构热力学
• 3.1.6 损伤研究方法与步骤
• 3.2 沥青路面工作温度实测与调查分析
• 3.2.1 辽宁沥青路面温度实测分析
• 3.2.2 东北三省大气温度历史情况调查分析
• 3.3 沥青混合料蠕变试验方法
• 3.3.1 动态蠕变试验方法
• 3.3.2 静态蠕变试验方法
• 3.4 沥青混合料蠕变损伤试验分析
• 3.4.1 动态蠕变试验结果与分析
• 3.4.2 改性沥青混合料动态加载损伤分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于沥青混合料蠕变试验过程的细观损伤分析
• 4.1 分析沥青混合料破坏机理的细观结构层次
• 4.2 基于细观图像SMA-13改性沥青混合料损伤分析
• 4.2.1 基于切片数字显微图形的损伤细观分析
• 4.2.2 基于CT图像的细观损伤分析
• 4.3 沥青混合料试件细观建模与局部模型数值模拟分析
• 4.3.1 沥青混合料试件细观重构过程
• 4.3.2 沥青混合料试件细观结构模型与材料
• 4.3.3 沥青混合料试件局部细观力学特性数值模拟分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读学位期间发表的学术论文