[发明专利]一种基于虚拟重复贯入试验的抗剪切疲劳双层沥青混合料级配优化方法

说明书

本发明公开一种基于虚拟重复贯入试验的抗剪切疲劳双层沥青混合料级配优化方法，该方法首先通过沥青胶浆的单轴蠕变压缩试验结果拟合得接触模型的30℃沥青胶浆粘弹性参数，然后虚拟重复剪切疲劳试验，通过模拟沥青混合料重复单轴贯入试验，测定双层沥青混合料在重复贯入作用下失效的作用次数N，评价双层沥青混合料剪切疲劳寿命。本发明的级配优化方法通过在三维离散元软件中随机生成符合目标级配的沥青混合料剪切疲劳试验三维离散元模型，然后根据沥青混合料力学试验数值模拟结果进行级配优化，具有很强的可操作性、便捷性和代表性，对于提升沥青路面路用性能和使用寿命具有很大的意义。

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种基于虚拟重复贯入试验的抗剪切疲劳双层沥青混合料级配优化方法。

背景技术

疲劳破坏是指在沥青路面的使用过程中，作用在路面上的荷载重复作用次数超过一定值后，而造成路面破坏。剪切疲劳破坏作为重载交通沥青混合料路面的主要破坏形式，具有自下而上的破坏特征。在已有的沥青混合料疲劳试验研究中，主要以弯曲疲劳为主，有关剪切疲劳的研究较少。而沥青路面发生剪切疲劳破坏是完全可能的，并且在高温条件下，路面受到重复的剪应力作用更容易产生疲劳破坏。因此，对剪切疲劳破坏的研究也很有必要。沥青混合料的组成包括沥青、集料、添加剂和空隙四部分，其中集料对沥青混合料性能的影响最大。而集料的级配对沥青混合料的力学性能、路用性能指标、抗剪切强度以及疲劳寿命等产生更是有非常显著的影响。在某种程度上，集料级配决定了沥青混合料性能，影响着沥青混合料的路用性能和使用寿命。相对于级配优良的沥青混合料路面，级配较差的力学性能和路用性能变异性大，易发生破坏。因此，优化沥青混合料级配，对于提升沥青路面路用性能和使用寿命具有很大的意义。

传统的沥青混合料优化主要以连续介质力学为基础，以室内试验或试验路的大量数据积累分析为研究手段。现有的文献资料中，较为先进的是运用数字图像处理技术和二维离散元手段对沥青混合料级配优化进行探讨。虽然是基于离散元法或数值图像处理技术来进行描述与评价，但研究中，其综合性不强，考虑不够全面，且依赖于室内试验手段，且只能进行单一层混合料的研究，不能便捷地对沥青混合料级配进行优化。本发明通过随机生成目标集料级配，以及对沥青混合料剪切疲劳性能的宏观考量，通过三维离散元模拟对双层沥青混合料的级配优化进行研究。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于虚拟重复贯入试验的抗剪切疲劳双层沥青混合料级配优化方法，具体技术方案如下：

一种基于虚拟重复贯入试验的抗剪切疲劳双层沥青混合料级配优化方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

S1：由沥青胶浆的单轴蠕变压缩试验结果拟合得接触模型的30℃沥青胶浆粘弹性参数，如表1所示；

表1 30℃沥青胶浆粘弹性参数

S2：虚拟重复剪切疲劳试验，通过模拟双层沥青混合料重复单轴贯入试验，测定沥青混合料在重复贯入作用下失效的作用次数，评价双层沥青混合料剪切疲劳寿命；

S2.1：根据选定的集料级配，计算双层沥青混合料上层和下层级配中各档集料用量，并计算各档集料所需生成的球体颗粒数量；

S2.2：按照S2.1的球体颗粒数量，在离散元软件中随机生成上下两层不同级配的3D虚拟贯入试验双层沥青混合料圆柱形试件，进一步生成包含圆柱形压头和承载板的三维离散元模型，且所述的沥青混合料圆柱形试件的上表面与圆柱形压头的下表面接触，沥青混合料圆柱形试件的下表面与承载板接触，并赋予试件通过S1的试验所得的表1的粘弹性参数和表2的模型中的材料参数，并将圆柱形压头和承载板定义刚体，也赋予表2中对应的材料参数；

表2沥青混合料试验材料参数