[发明专利]一种沥青混合料空隙结构离散元模拟方法

说明书

本发明公开了一种沥青混合料空隙结构离散元模拟方法，包括以下步骤：(1)室内试件旋转压实成型；(2)室内试件CT扫描；(3)室内试件结构分层与空隙统计分析；(4)不同层位空隙随机位置确定；(5)不同层位空隙结构扩展；(6)模拟试件最终成型。本发明的优点在于突破道路工程离散元模拟过程中空隙细观结构仿真的难点，采用离散元软件PFC3D，结合CT扫描信息确定不同旋转压实功下空隙结构在试件内的分布规律，并拟合出不同压实功下对应沥青混合料的空隙结构预估公式，可以根据室内实验不同的压实功作用，快速成型空隙结构，同时考虑空隙形态的各向异性，提出一种空隙结构扩展的成型方法，为应对大批量的沥青混合料试验模拟任务提供指导。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，尤其涉及一种旋转压实作用下沥青混合料空隙结构离散元模拟方法。

背景技术

在道路工程数值离散模拟试验中，沥青混合料的空隙结构模拟一直是难点，成为精确模拟仿真的阻碍，PFC3D软件内，现有的模拟方法中，主要分为两种，一类是随机删除小球颗粒来模拟空隙，该类方法仅仅保证空隙总量与室内试件保持一致，但是空隙的结构、形态过于简化，与实际并不符合；第二类方法通过精确扫描，图像识别，真实重构出每一个空隙的形态，这类方法精确度较高，但是对于设备的依赖性较强，且模拟周期极长，无法应对大批量的试验模拟任务。

发明内容

发明目的：针对以上问题，提出一种快捷的沥青混合料空隙结构离散元模拟方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种沥青混合料空隙结构离散元模拟方法，包括以下步骤：

(1)室内试件旋转压实成型；

(2)CT扫描室内试件；

(3)室内试件结构分层与空隙统计分析；

(4)不同层位空隙随机位置确定；

(5)不同层位空隙结构扩展；

(6)模拟试件成型。

所述步骤(1)中，计算最佳油石比，确定沥青用量，采用旋转压实仪，在不同的压实功作用下，成型多组沥青混合料试件。

所述步骤(2)中，对沥青混合料试件进行CT扫描，扫描方向沿着试件纵向，每组试件获得若干试件圆形截面图，扫描前，标记圆形截面的起始位置。

所述步骤(3)中，以标记为起始位置，顺时针旋转，将试件的一个纵截面分为一层，并做标记，对沥青混合料圆形截面进行图像处理，识别其中空隙，并进行数据统计；所述数据包括整个试件沿着纵向方向上空隙个数分布比例m、空隙总面积分布比例n；其中，空隙总面积分布比例按照二次拟合公式进行拟合。

所述步骤(4)中，将试件的空隙结构随机分配给划分的矩形截面，随机分配方法如下：

(4.1)假设选取试件纵向高度为hh，根据空隙扫描信息汇总，获得hh高度下空隙总个数nn与空隙总面积mm；

(4.2)在PFC3D软件内建立n个随机数，并将n个随机数从小到大依次排列并记为k₁、k₂、k₃、k₄、……、k_n；