[发明专利]一种基于虚拟单轴贯入试验的沥青混合料均匀性评价方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟单轴贯入试验的沥青混合料均匀性评价方法，该方法首先进行室内成型或现场钻取圆柱形芯样，然后通过工业CT机断层扫描采集多幅沥青混合料试件的二维水平截面图像，再对CT机所采集的二维水平截面图像进行预处理和图像增强，生成灰度图像；随后对处理完毕的沥青混合料截面灰度图像进行识别和分割，得到沥青混合料截面图像中每个集料和空隙的边界坐标，建立沥青混合料三维离散元模型并进行虚拟单轴贯入试验，应用试验得到的单轴贯入强度指标变异系数评价沥青混合料均匀性；本发明基于虚拟单轴贯入试验，采用单轴贯入强度指标变异系数对沥青混合料的均匀性进行定量评价，具有很强的工业实用性和可操作性。

主权项

一种基于虚拟单轴贯入试验的沥青混合料均匀性评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)室内成型或现场钻取圆柱形芯样，以提供分析所需的沥青混合料圆柱形试件。(2)以1mm步长，通过工业CT机断层扫描采集多幅沥青混合料试件的二维水平截面图像。(3)对CT机所采集的二维水平截面图像进行预处理和图像增强，生成灰度图像。(4)对处理完毕的沥青混合料截面灰度图像二值化处理后进行识别和分割，得到沥青混合料截面图像中每个集料和空隙的边界坐标。(5)利用步骤4获取的混合料截面上的集料和空隙边界坐标，对沥青混合料试件进行三维重构，建立沥青混合料三维离散元模型，进行虚拟单轴贯入试验；具体步骤如下：(5.1)生成一个等同于步骤1获得的沥青混合料圆柱形试件的母体颗粒模型；利用步骤4得到的集料和空隙的边界坐标，依据图形学中的改进射线算法，对同一层的母体颗粒进行分类识别，对集料实际边界内部的母体颗粒进行聚粒操作模拟集料，其余的母体颗粒整合在一起模拟沥青胶浆，并对同一试件所采集的所有沥青混合料二维水平截面图像进行重复操作，完成整体沥青混合料试件的模拟；在沥青胶浆内部随机删除设定量的球颗粒来确定空隙率，至此生成几近实际结构的沥青混合料离散元几何模型。(5.2)三维离散元模拟时，事先赋予模型中集料、沥青胶浆和墙体相应的材料参数和接触模型，设定相应的边界条件和荷载条件。集料视为线弹性模型材料，沥青胶浆、沥青胶浆和集料接触面处赋以Burgers粘弹性模型；材料参数为60℃时沥青胶浆粘弹性参数见表1；将沥青混合料离散元几何模型上端面对称划分为N‑1等分区域，选取N个点分别进行虚拟单轴贯入试验，N个贯入位置分别为沥青混合料试件截面中心以及与其距离相等且沿圆周均匀分布的N‑1个点。表1：60℃时沥青胶浆粘弹性参数(5.3)贯入压头对沥青混合料模型进行加载，以贯入应力下降到其历史峰值应力的70％为破坏条件，得到加载后的虚拟单轴贯入试验的贯入荷载σ_i：${\mathrm{\σ}}_i=\frac{F_i}{A},$式中：σ_i为贯入点的单轴贯入强度，i＝1，2，……N；F_i为虚拟单轴贯入试验贯入荷载；A为贯入压头的截面面积。(7)计算单轴贯入强度的平均值$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2+......+{\mathrm{\σ}}_N}{N}$计算单轴贯入强度的标准差SD：$SD=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{({\mathrm{\σ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}})}^2}{N-1}}$计算单轴贯入强度指标变异系数CV：$CV=\frac{SD}{AV}$式中：为N个不同贯入位置的单轴贯入强度所求得的试件平均单轴贯入强度；单轴贯入强度指标变异系数CV越小，对应的沥青混合料均匀性就越好；反之，则沥青混合料均匀性就越差。