[发明专利]一种路面内部裂缝数量预测方法

权利要求书

1.一种路面内部裂缝数量预测方法，用于路面裂缝检测和养护的过程中，对内部裂缝数量进行预测，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：获得无损伤条件下路面材料的热、力学参数，以及路面材料的疲劳方程；

步骤二：基于改进的PARIS公式，拟合步骤一中获得的疲劳方程得到适用于对应路面材料的各项损伤参数，建立路面材料的损伤模型；

步骤三：利用路面的气象温度数据，建立路面温度模型，获取路面结构温度场；

步骤四：将步骤一获得的路面材料力学参数以及步骤二得到的损伤模型输入ABAQUS软件，引入步骤三的路面结构温度场，并施加行车荷载，建立含多条内部裂缝的路面有限元模型，在路面有限元模型中实现热-力耦合重复作用下路面内部多裂缝扩展的全过程模拟；

步骤五：在路面有限元模型中设置不同的裂缝间距，进行多次模拟，从而计算多裂缝扩展最小间距，并根据此间距的裂缝扩展结果，提取裂缝扩展深度与时间的关系；

步骤六：根据步骤五模拟的裂缝扩展深度-时间关系，选取裂缝扩展到表面前的扩展数据进行分析，选取概率分布模型，并认为后续的裂缝扩展过程存在相同分布；

步骤七：根据扩展深度数据与时间关系分别拟合裂缝扩展平均深度u、方差σ与已扩展到表面的裂缝数量S的关系，确定概率分布模型参数；

步骤八：建立已扩展到表面的裂缝数量S与内部裂缝数量I的关系，结合步骤六、七的结果，预测内部裂缝的数量。

2.根据权利要求1所述的路面内部裂缝数量预测方法，其特征在于，所述步骤一中：

根据路面混合料类型选取《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)推荐的热、力学参数，以及材料的疲劳方程；

所述力学参数包括弹性模量和泊松比，用于模拟路面受力时的动态响应；所述热学参数包括热传导率、热容量、密度以及太阳辐射吸收率，用于模拟路面结构温度场。

3.根据权利要求1所述的路面内部裂缝数量预测方法，其特征在于，所述步骤二中：基于改进的PARIS公式，拟合步骤一中的疲劳方程获取路面材料的各项损伤参数如下：

公式(1)-(2)中：f表示裂缝扩展起始因子；N₀为应力循环次数；G为断裂能释放率；a为裂缝扩展深度；N为应力循环次数；c₁、c₂、c₃、c₄分别为改进PARIS公式参数；

c₁、c₂、c₃、c₄的取值由混合料的裂缝起裂和扩展速率与应变能释放率之间的关系曲线拟合所获得，若路面使用的混合料类型在规范中有明确规定，可通过选取疲劳方程确定参数；若没有明确规定，或者有其他改性添加剂，需进一步对混合料进行疲劳加载试验来获取裂缝起裂和扩展速率与应变能释放率之间的关系曲线。

4.根据权利要求1所述的路面内部裂缝数量预测方法，其特征在于，所述步骤三中：

利用路面的气象温度数据，借助子程序FILM、DFLUX，建立路面温度模型，获取路面温度场，具体计算步骤如下：

(1)由气象数据计算得出当地各季节的平均日照辐射、风速与平均日气温变化数据，结合步骤一中的路面太阳辐射吸收率，编写FILM、DFLUX子程序；

(2)在ABAQUS软件中建立路面温度模型，输入代表日温度数据和步骤一中的热学参数，并调用子程序作为边界条件；

(3)模拟温度循环作用下的路面响应，获取路面温度场。

5.根据权利要求1所述的路面内部裂缝数量预测方法，其特征在于，所述步骤四中：

所述行车荷载的加入采用移动荷载，轮压为标准轴载0.7Mpa，速度选择为108km/h，将此作为条件输入VDLOAD子程序中，调用子程序即可实现移动荷载的加载。