[发明专利]一种双层排水沥青路面施工工艺离散元模拟方法

权利要求书

1.一种双层排水沥青路面施工工艺离散元模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，计算离散元模拟双层排水沥青路面试件所需的沥青砂浆和各档粗集料的颗粒个数；

步骤2，构建各档粗集料的三维集料模型并生成各档粗集料模板；

步骤3，根据各档粗集料的颗粒个数生成对半缩放的下层集料颗粒，根据沥青砂浆的颗粒个数生成未缩放的沥青砂浆颗粒，赋予集料密度和沥青砂浆密度后以linear接触的方式迭代，迭代至相对稳态后放大下层集料颗粒至正常比例，记录各档粗集料颗粒中心点信息，根据各档粗集料模板及中心点信息对各档粗集料颗粒进行ball-clump替换，对替换处理后的各档粗集料颗粒重新赋予密度；

步骤4，采用单轴压缩试验获得常温沥青砂浆应变-时间曲线、经拟合获得常温下的burger`s参数，采用动态剪切流变试验获得高温沥青复数剪切模量和相位角、经拟合得到高温下的burger`s参数，通过集料与集料linear接触、沥青砂浆内部高温burger`s接触、沥青砂浆与集料高温burger`s接触的方式构建沥青混合料内部接触模型；

步骤5，对采用沥青混合料内部接触模型生成的路面系统赋予重力加速度，使下层排水沥青路面达到松铺状态，生成加载板，按照初压、复压及终压的顺序对下层排水沥青路面分阶段压实，直至达到目标厚度；

步骤6，根据模拟效率及精度要求确定表征粘层油颗粒的半径，根据粘层油用量计算粘层油的颗粒个数后，在下层排水沥青路面上洒布粘层油颗粒，重复步骤4和步骤5完成上层排水沥青路面的摊铺压实；

步骤7，在路面系统结构内布设空隙率测量球，获取路面系统内部空隙沿深度分布的规律与整体空隙率，若其与真实路面上下层空隙率吻合，结束离散元模拟，否则，调整沥青膜厚度后返回步骤1或者调整步骤3中ball-clump替换的体积系数后重新进行双层排水沥青路面施工过程模拟，直至与真实路面上下层空隙率吻合为止。

2.根据权利要求1所述一种双层排水沥青路面施工工艺离散元模拟方法，其特征在于，步骤1中计算离散元模拟双层排水沥青路面试件所需的沥青砂浆颗粒个数的方法为：

根据沥青膜厚度h、集料总表面积A获得油石比p_a，p_a＝A×h，A＝(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74，a、b、c、d、e、f、g分别为集料粒径为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm时的筛孔通过率；

再根据集料密度γ_a和沥青密度γ_b计算得到集料体积V_stone和沥青砂浆体积V_am＝V_stone×(b+c+d+e+f+g)+V_asphalt，V为双层排水沥青路面试件的体积，V_void为双层排水沥青路面试件的目标空隙率，V_asphalt为沥青砂浆体积，

最后根据沥青砂浆颗粒粒径r_am，γ_am＝[V_stone×(b+c+d+e+f+g)×γ_a+V_asphalt×γ_b]/V_am，获得沥青砂浆颗粒个数n_am，

3.根据权利要求1所述一种双层排水沥青路面施工工艺离散元模拟方法，其特征在于，步骤2构建各档粗集料的三维集料模型并生成各档粗集料模板的具体方法为：

对从粗集料中筛选出的N个颗粒进行编号并统计形状参数，绘制出形状参数与编号的点线统计图，根据统计图的波动范围利用三维建模软件C4D绘制出各档粗集料的三维集料模型并存为STL格式文件；

将各档集料模板STL格式文件导入PFC3D软件中，采用bubble-pack算法反复调整最大颗粒与最小颗粒的体积比以及颗粒中心点距离获得精度和计算效率最优的clump模板。