基于离散单元法的沥青混合料骨架结构相关研究

摘要

以沥青混合料作为路面材料的高等级公路随着人类社会一同实现了快速的发展，道路设计人员迫切地希望能设计出更好的道路，从而对路面材料进行了大量的研究。然而长期以来在对沥青混合料进行研究得时候，大都提出大量假设简化混合料模型及进行室内外试验，以此为基础来研究沥青混合料的各种性能。这种方法耗时耗力耗材，还可能得出变异性较大的结果，从而丧失实用的指导价值。有人把有限单元法引入对沥青混合料的分析中，但之后就发现了这一方法由于较难处理多接触面问题的局限性。人们对其的研究在不断深入着，但与之同时，沥青路面的损害也由于各种原因越来越严重。
　　为了使沥青路面不过早地发生损害，沥青混合料优化设计是最直接和有效的途径。本文用颗粒流离散元分析软件PFC3D从微观力学角度来对沥青混合料进行研究，本构关系选取了接触粘结模型与滑动粘结模型，然后取不同模型参数值来分析不同参数对HMA性能的影响并进行对比，继而得出合乎工程实际的参数值，接着以AC16、SMA16和OGFC13为研究对象，分析了骨架级配对HMA性能（主要为抗压强度、摩尔-库伦强度、抗压回弹模量跟泊松比）的影响，总结出骨架结构性能评价的力学指标以及颗粒相互干涉的基本规律。接着又对颗粒嵌挤与干涉现象做了初步的分析，发现从抗压强度跟粘结力两个参数来看的话，以最大公称直径的0.15到0.22倍筛孔孔径作为混合料中粗细集料的分界点更为合适。
　　通过本文的研究，希望能够在沥青混合料的微观研究方面提供一个新的方向及参考，加速人们对沥青混合料的认识，推动级配设计理论的发展。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 离散单元法简介

1．3．1 基本思想

1．3．2 离散单元法的基本方程

1．4 PFC3D简介

1．4．1 PFC3D的基本思想

1．4．2 PFC3D的基本假设

1．4．3 PFC3D的特点和优点

1．4．4 PFC3D提供的本构结构模型

1．5 本文研究内容及技术路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 技术路线

1．6 本章小结

2 HMA骨架结构的三维虚拟试验方法

2．1 二轴试验模型的建立

2．1．1 接触粘结模型与滑动模型

2．1．2 球体颗粒生成

2．1．3 相关胶浆参数

2．1．4 模型压缩成型

2．2 三维虚拟试验分析

2．2．1 轴向抗压强度分析

2．2．2 摩尔-库伦强度分析

2．2．3 回弹模量与泊松比分析

2．3 相关对照

2．4 本章小结

3 模型相关参数对HMA性能的影响

3．1 引言

3．2 胶浆参数及摩擦系数对HMA性能的影响

3．3 围压对HMA性能的影响

3．4 块体模型与球体颗粒模型的区别

3．5 本章小结

4 骨架级配对HMA性能的影响

4．1 密实型结构与骨架型结构

4．2 大孔隙结构

4．3 本章小结

5 颗粒嵌挤与干涉现象的初步分析

5．1 引言

5．2 贝雷法简介

5．3 虚拟实验

5．3．1 试验方法

5．3．2 试验数据

5．4 结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．1．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢