[发明专利]一种小应变条件下沥青混凝土长期蠕变性能加速试验方法

说明书

本发明涉及土木工程领域的一种新型试验方法，尤其是小应变条件下沥青混凝土长期蠕变性能加速试验方法。所述的小应变条件下沥青混凝土长期蠕变性能加速试验方法基于沥青混凝土粘弹性力学特性，充分利用粘弹性材料的时间‑温度等效原理和时间‑应力等效原理，通过短期蠕变试验预测沥青混凝土在小应变条件下的长期蠕变性能。该方法能够有效克服传统试验方法在小应变条件下对试验进度要求高、试验时间长等缺点，仅通过短期试验即可准确预测沥青混凝土在小应变条件下的长期蠕变性能。

技术领域

本发明涉及一种新型沥青混凝土试验技术,属于铁路技术领域。

背景技术

粘弹性体在应力保持不变的情况下，应变随加载时间的延长而增加的现象称为蠕变。沥青混凝土是典型的粘弹性材料，具有显著的蠕变特性。蠕变行为是影响沥青混凝土结构长期稳定性的关键因素。近年来，沥青混凝土基床表层作为一种新的沥青混凝土结构形式，在我国高速铁路无砟轨道中取得了较好的应用效果。沥青混凝土基床表层铺设于无砟轨道结构中底座板下方作为支承层和防水层，能够显著增强无砟轨道结构的防水性能，提高路基稳定性，降低维护费用。与传统沥青路面结构不同，沥青混凝土基床表层在服役期间同时承受上部结构自重荷载的持续作用和列车动荷载的不间断作用。这两种荷载形式都将引起沥青混凝土的蠕变行为，进而产生永久变形，影响无砟轨道结构的平顺性和稳定性。由于无砟轨道结构设计使用寿命长，需要对寿命周期内沥青混凝土基床表层的长期蠕变行为进行预测和控制，才能保障无砟轨道结构的稳定性和列车运行安全。

沥青混凝土材料在荷载长期作用下的蠕变行为，一直是道路工程领域的研究热点和研究难题。目前，道路工程研究中一般采用经验公式预估、加速加载试验、动态蠕变试验和有限元数值模拟等方法预测沥青混凝土路面的永久变形。然而，沥青混凝土材料的蠕变行为受到应力水平、温度条件、材料老化等多种因素的影响，在不同应力水平及环境条件下表现出不同的蠕变柔量，具有显著的非线性特性。由于轨道结构的特殊性，沥青混凝土基床表层在无砟轨道中的服役环境与沥青路面具有明显的不同，其设计使用寿命长，服役应力水平低，蠕变速率非常小，但累积效应显著。

针对小应变条件这一特殊服役环境，由于测试精度、电脑计算资源和计算时间等因素的限制，包括长期蠕变试验、有限元数值模拟等常用的沥青混凝土蠕变行为评价方法的适用性较差，不能很好地评价和预测沥青混凝土在轨道结构服役环境下的蠕变行为。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统试验方法中试验时间长和对试验进度要求高等不足，提供一种小应变条件下沥青混凝土长期蠕变性能加速试验方法，利用粘弹性材料的时间-温度-应力等效原则，通过短期内的蠕变试验来对沥青混凝土在小应变条件下的长期蠕变性能进行准确预测。为高速铁路沥青混凝土基床表层的工程应用提供参考。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：一种小应变条件下沥青混凝土长期蠕变性能加速试验方法，包括以下步骤：

(1)在等应力条件、不同温度水平下开展蠕变试验，利用试验得到的蠕变柔量曲线族求解时间-温度移位因子，得到沥青混合料蠕变柔量主曲线；

(2)在等温度条件、不同应力水平下开展蠕变试验，利用试验得到的蠕变柔量曲线族求解时间-应力移位因子，得到沥青混合料蠕变柔量主曲线。

(3)在同一个温度和应力水平下对步骤(1)和步骤(2)中的沥青混合料蠕变柔量主曲线进行校核；

(4)结合假设自由体积同时受温度条件和应力水平的影响，最终推导出时间-温度-应力等效方程。

作为本发明的一种改进，所述的步骤(1)中具体为：

(1-1)首先由蠕变试验结果计算蠕变柔量，在对数坐标系绘制等应力水平、不同温度条件下的时间-蠕变柔量曲线族；

(1-2)在时间-蠕变柔量曲线图中，选取参考温度水平，通过手动平移，沿着时间轴水平移动其余温度水平下的蠕变柔量曲线，使各曲线段平滑搭接，从而得到水平移位因子预估值；