[发明专利]一种冷再生混合料在压实过程中破碎的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟方法，具体涉及一种冷再生混合料在压实过程中破碎的模拟方法。

背景技术

青路面就地冷再生技术是指对需要改造的旧沥青路面进行现场铣刨、翻挖、破碎和筛分，之后需要加入一定量的新集料、再生结合料和水，在常温条件下经过拌合、摊铺、碾压等施工工序，使其再生后能够满足道路结构层性能要求的技术。由于再生技术对旧路材料的回收利用率比较高，有时甚至达到100％，故比较适合我国常用的半刚性基层沥青路面结构。旧沥青混合料和旧路基层的再生利用，不像新修筑的道路那样需要使用很多的沥青和砂石材料，旧路材料也不需要考虑运输和堆放的问题，因此，沥青路面就地冷再生技术拥有显著的经济、社会和环境效益。

采用冷再生技术对道路进行改造时，冷再生混合料颗粒在压实过程中发生破碎，其中冷再生混合料中的旧灰土块更容易发生破碎，通过对冷再生混合料在击实前后的级配进行对比，在室内击实试验后，冷再生混合料中粒径较小的集料质量增加了，粒径较大的集料质量减少了，说明冷再生混合料在击实过程中发生了破碎。从而导致冷再生混合料的级配发生变化，目前这一问题的研究还是空白。

冷再生混合料中的集料在碾压或击实过程中会发生破碎，目前在室内试验中已经证实了这一过程，但还未有软件对击实过程集料的破碎进行仿真模拟。而离散单元法(Distinct Element Method，DEM)是一种针对非连续介质的研究方法，从上世纪70年代应用以来，其在岩土工程、地质工程、土质学、机械工程等领域都得到了很多应用，也取得了一些丰硕的研究成果，是一种新颖的非连续介质研究方法。PFC^2D又称二维颗粒流程序，是离散元中的一种程序，其利用颗粒的运动来显示研究材料的特性，或者说PFC^2D将材料的微观问题由物理界转到数学界进行解答，实物边界简化为球体、柱体、墙体等，而颗粒之间由接触模型建立联系，颗粒的应力状态通过迭代方式体现。其假设认为颗粒是刚体的，颗粒与颗粒之间是可接触的，接触点有接触强度，且颗粒与颗粒之间课重叠，颗粒的运动包括旋转运动和平移运动。但在模拟的过程中单个颗粒是不可能发生破碎的，因此无法有效的模拟冷再生混合料在压实过程中破碎。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种冷再生混合料在压实过程中破碎的模拟方法，该方法可以有效的模拟冷再生混合料在压实过程中的破碎。

为达到上述目的，本发明所述的冷再生混合料在压实过程中破碎的模拟方法包括以下步骤：

1)确定冷再生混合料的结构层离散元模型的长度及宽度，使用PFC^2D中的wall模块建立的矩形方框，其中，矩形方框的面积大于冷再生混合料结构层离散元模型的横截面积；

2)根据粒径的大小将冷再生混合料分为若干级，将粒径小于预设阀值的冷再生混合料记作单颗粒，将粒径大于等于预设阀值的冷再生混合料记作簇颗粒，其中，簇颗粒由核心颗粒及六个外颗粒组成，六个外颗粒均匀分布在核心颗粒周围，且六个外颗粒之间以及与核心颗粒之间均通过平行粘结键相互粘结，在碾压过程中，单颗粒只传递力，不产生破坏；簇颗粒发生破坏；

3)根据实验要求为单颗粒和簇颗粒赋予相应的物理力学参数；

4)设置压路机滚动轮的半径和密度，各单颗粒和簇颗粒在自重应力条件下运动，使压路机滚动轮与冷再生混合料的结构层离散元模型实现接触，并达到自重应力平衡；

5)设置压路机滚动轮的转动角速度v_r，在PFC^2D中通过FISH语言编程控制压路机滚动轮的运动；

6)用FISH语言中编写代码，使冷再生混合料结构层离散元模型的左右两侧墙体分别设置为压路机滚动轮循环碾压的左右边界；

7)在FISH语言的控制下通过压路机滚动轮在冷再生混合料的结构层离散元模型上方进行滚动，实现冷再生混合料在压实过程中破碎的模拟。

步骤1)中经筛选后各级冷再生混合料的密度相同。

步骤2)中的预设阀值为9.5mm。

步骤3)中根据实验要求为单颗粒和簇颗粒赋予相应的物理力学参数的具体过称为：将单颗粒及簇颗粒的密度均设置为1700kg/m³，单颗粒及簇颗粒的摩擦系数均设置为0.5，簇颗粒及单颗粒的法向与切向刚度均为8.0×108N/m，簇颗粒之间的平行粘结强度、单颗粒之间平行粘结强度、以及簇颗粒与单颗粒之间的平行粘结强度均为2.45Mpa。