粗集料形態(tài)與瀝青混合料級(jí)配組成虛擬力學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)方法研究.pdf

1、當(dāng)前的瀝青混合料級(jí)配組成設(shè)計(jì)基本上仍是沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)-觀察的現(xiàn)象學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法，應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算手段、力學(xué)分析工具，定量地分析微觀或細(xì)觀尺度瀝青混合料的力學(xué)特征，對(duì)深刻理解瀝青混合料的力學(xué)機(jī)理與改進(jìn)瀝青混合料組成設(shè)計(jì)方法有重要意義。當(dāng)前研究工作在數(shù)字圖像獲取與處理技術(shù)、虛擬力學(xué)計(jì)算軟件、分形原理等方面得到了迅速發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展已被認(rèn)為是道路工程界非常有潛力的一些研究發(fā)展方向。 本研究基于數(shù)字圖像技術(shù)與分形原理，試圖分析集料形態(tài)及對(duì)

2、骨架結(jié)構(gòu)、分布狀況的影響，并作為用虛擬力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證級(jí)配組成設(shè)計(jì)的基本方法。在應(yīng)用數(shù)字圖像技術(shù)獲取集料的形態(tài)與分布信息時(shí)，將集料顆粒的形態(tài)特征分解為形狀、棱角性、表面紋理等三個(gè)層次；并嘗試應(yīng)用多種方法分析集料形態(tài)與分布特征，為瀝青混合料級(jí)配組成虛擬力學(xué)試驗(yàn)積累了基礎(chǔ)方法。本文的主要研究結(jié)論： 1、應(yīng)用手工測(cè)量與投影圖像法測(cè)量的集料球狀和形狀因子存在很好相關(guān)性，且投影圖像法在檢測(cè)中間尺度或正交軸尺寸以及最短軸尺寸時(shí)更加準(zhǔn)確，可以作為

3、瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)虛擬力學(xué)試驗(yàn)?zāi)Ｐ托拚幕A(chǔ)方法。 2、不同石質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)形狀特征的影響不顯著，但不同的生產(chǎn)方式對(duì)石料的形狀特征影響顯著，在成型過(guò)程中壓碎值大的石料斷裂也嚴(yán)重；半徑法是檢測(cè)集料棱角性最有效的方法；小波法的多分辨率分解是檢測(cè)集料表面紋理的非常有效方法，推薦按水平6的能量信號(hào)來(lái)表現(xiàn)集料的表面紋理特性；集料顆粒的三個(gè)形態(tài)特征指標(biāo)均對(duì)瀝青混合料的體積特性有顯著影響，但只有棱角性指標(biāo)對(duì)瀝青混合料穩(wěn)定性有顯著貢獻(xiàn)。3、集

4、料的幾何形狀復(fù)雜，分形維數(shù)達(dá)1.2以上，用盒計(jì)算法可比較穩(wěn)定地分析單個(gè)顆粒以及瀝青混合料剖面中顆粒的幾何形狀特性，且集料的分形維數(shù)與用小波法測(cè)得的表面紋理指標(biāo)相關(guān)性較好，說(shuō)明集料顆粒間的接觸方式和當(dāng)前常用假設(shè)與模型相差較大，在虛擬力學(xué)試驗(yàn)中可以使用集料幾何形狀特征同步校核瀝青混合料的實(shí)測(cè)體積指標(biāo)與設(shè)計(jì)指標(biāo)之間的偏差。 4、在輪胎壓實(shí)作用下，瀝青混合料顆粒取向會(huì)出現(xiàn)明顯變化，集料顆粒接觸數(shù)量會(huì)少量增加，且車(chē)轍變形和集料顆粒的取向指

5、標(biāo)相關(guān)性良好，相關(guān)系數(shù)比集料接觸數(shù)量更好；說(shuō)明瀝青混合料骨架形成以后，集料顆粒的取向性比致密性更能體現(xiàn)其穩(wěn)定性，且集料取向指標(biāo)中的集料顆粒取向矢量級(jí)4.75與平均絕對(duì)角AAA4.75可作為反映瀝青混合料顆粒穩(wěn)定性的檢驗(yàn)指標(biāo)。 5、瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)虛擬力學(xué)計(jì)算結(jié)果的大應(yīng)力路徑分布和Bethe點(diǎn)陣最接近，同時(shí)，常用集料顆粒外形與金剛石最接近，其鍵渝滲模型參數(shù)也非常接近(金剛石的鍵渝滲閥值為38.8﹪)，完全可以采用金剛石的鍵渝滲模

6、型來(lái)作為CAVF設(shè)計(jì)方法的數(shù)學(xué)理論依據(jù)，即瀝青混合料的鍵渝滲閥值與粗集料的骨架間隙率VCA具有相同的意義。另外，也發(fā)現(xiàn)具有不同形態(tài)特征的石料在不同成型方式下其VCA結(jié)果會(huì)有差別，因此，瀝青混合料的力學(xué)模型可以基于集料形態(tài)特征與成型方式通過(guò)粗集料的骨架空隙率VCA與顆粒間接觸方式，如形狀、棱角性、表面紋理、分形維數(shù)等參數(shù)來(lái)修正。 6、通過(guò)力學(xué)計(jì)算實(shí)例，論證了使用PFC2D軟件進(jìn)行瀝青混合料級(jí)配組成虛擬力學(xué)試驗(yàn)的可行性；在虛擬力學(xué)計(jì)