正应力条件下的沥青混合料扭转剪切试验方法研究

摘要

随着我国交通运输结构的变化以及交通量、轴载、渠化交通的增加使得高速公路沥青路面产生车辙、荷载型裂缝、推移、拥包等新的病害，产生这些病害的原因主要是沥青路面面层的抗剪性能不足导致。目前道路工作者普遍认识到剪切破坏的严重性，并深入研究沥青混合料的抗剪性能，然而现有试验方法受技术设备的限制无法深入研究，难以得到统一的评价指标。因此，一个能够有效评价沥青混合料抗剪性能的试验方法对于预防和降低路面病害、提高沥青路面使用寿命具有重要意义。
　　论文通过对国内外评价沥青混合料抗剪性能的试验方法进行总结分析，提出了一种新的正应力条件下的扭转剪切试验方法，并开发了相应的试验装置。其试验原理是通过千斤顶对沥青混合料试件均匀施加正应力，同再通过齿条和齿轮将竖向的力转化成扭矩，使圆柱体试件处于压剪状态，更加符合实际沥青路面受力状态。
　　在总结强度理论的基础上，利用几何、物理和材料力学的知识对正应力条件下的扭转剪切试验中试件的受力变形特点进行分析，最终推导出适合于本试验方法的沥青混合料抗剪强度计算公式。并通过ANSYS有限元分析沥青混合料试件的剪应力分布和位移变形情况，表明试件破坏状态为剪切破坏，且最大剪应力位于顶部横截面边缘四等分点上。
　　选择AC-13、AC-20两种常用沥青混合料在不同温度和不同正应力条件下进行正应力条件下的扭转剪切试验，得出随着温度的升高，沥青混合料的抗剪强度急剧降低;另外，抗剪强度与正应力呈线性增长关系。最后根据摩尔-库伦进行线性回归得出混合料的粘聚力c和内摩阻角ψ，将其与三种主流剪切试验方法的结果进行比较，通过分析得出该试验方法是可行的。
　　对AC-13沥青混合料在不同应力水平、不同正应力等影响因素下进行正应力条件下的扭转剪切疲劳试验，得出沥青混合料的剪切疲劳寿命，且应力水平与剪切疲劳寿命在单对数曲线上呈线性关系，并利用此关系回归出剪切疲劳方程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题提出及研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 三轴试验

1．2．2 Superpave剪切试验

1．2．3 旋转剪切压实试验

1．2．4 中空圆柱体扭转剪切试验

1．2．5 单轴压缩试验和劈裂试验组合

1．2．6 斜剪试验

1．2．7 单轴贯入试验

1．2．8 同轴剪切试验

1．2．9 小结

1．3 主要研究内容与思路

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路

第二章 正应力条件下的沥青混合料扭转剪切试验方法设计

2．1 正应力条件下的扭转剪切试验方法的提出

2．2 正应力条件下的扭转剪切试验方法原理

2．3 正应力条件下的扭转剪切试验装置

2．4 正应力条件下的扭转剪切试验步骤

2．5 正应力条件下的扭转剪切试验局限性

2．6 本章小结

第三章 正应力条件下的扭转剪切试验方法理论分析

3．1 材料强度理论

3．1．1 古典强度理论

3．1．2 摩尔库伦强度理论

3．1．3 沥青混合料的传统强度理论

3．1．4 沥青混合料的多级空间网状结构理论

3．1．5 沥青混合料粘弹性力学理论

3．2 正应力条件下的扭转剪切试验力学分析

3．2．1 几何方面

3．2．2 物理方面

3．2．3 静力学方面

3．3 正应力条件下的扭转剪切试验三维有限元分析

3．3．1 建立有限元模型

3．3．2 试件模型的力学响应分析

3．4 本章小结

第四章 沥青混合料抗剪强度试验研究

4．1 原材料试验

4．1．1 沥青

4．1．2 集料和矿粉

4．2 沥青混合料设计

4．2．1 沥青混合料级配设计

4．2．2 最佳油石比的确定

4．2．3 高温稳定性检验

4．2．4 水稳定性检验

4．3 正应力条件下的扭转剪切试验

4．3．1 试验前的准备

4．3．2 正应力条件下的扭转剪切试验条件

4．3．3 沥青混合料抗切强度的求算

4．3．4 试验结果分析

4．3．5 温度对抗剪强度的影响

4．3．6 正应力对抗剪强度的影响

4．3．7 基于摩尔-库伦理论的沥青混合料c、φ值

4．4 本章小结

第五章 正应力条件下的扭转剪切疲劳试验

5．1 沥青混合料的疲劳模型和疲劳试验方法

5．1．1 沥青混合料疲劳力学响应模型

5．1．2 常见的疲劳试验方法

5．2 正应力条件下的扭转剪切疲劳试验

5．2．1 剪切疲劳试验条件

5．2．2 剪切疲劳试验的方案

5．2．3 疲劳试验结果分析

5．2．4 疲劳方程回归

5．3 本章小结

结论与展望

本文主要结论

研究展望

参考文献

致谢

附录