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本文Top-down裂缝和Bottom-up裂缝特指半刚性基层沥青路面横向表面裂缝和横向基底裂缝。基底裂缝和表面裂缝共存对半刚性基层沥青路面结构强度和刚度的削弱程度比仅含单条基底裂缝或仅含单条表面裂缝时更加严重,在外荷载作用下,基底裂缝和表面裂缝对结构整体刚度的削弱可能进一步加速路面结构的开裂,降低路面结构的使用寿命;此外,应力强度因子不仅表征半刚性基层沥青路面裂缝尖端应力场和位移场,还是裂缝扩展和疲劳寿命计算的关键依据,因而成为断裂力学分析的最重要的断裂参数之一。若采用有限元法,裂尖采用奇异单元计算多裂纹断裂参数,则计算结果受奇异区尺寸和奇异单元个数影响,且需对每个裂尖均采取线性外推法或相互作用积分法等复杂后处理,计算精度低,计算工作量大。因此,本文基于广义参数Williams单元,围绕基底裂纹和表面裂纹共存的半刚性基层沥青路面计算模型开展研究,主要内容如下:1、基于半刚性基层沥青路面各结构层采用同一材料参数的假定研究建立了平面板多裂纹断裂参数分析的广义参数Williams单元,只需求解每个裂尖的广义参数即可直接获得所有裂尖应力强度因子,避免了有限元法分析多裂纹时需对每个裂尖均采用复杂后处理计算裂尖应力强度因子所造成的庞大计算工作量和精度损失问题。算例对比了 Williams单元解、奇异单元解和精确解,证明本文方法比有限元法具有更高的计算精度和更少的离散自由度。2、考虑实际情况半刚性基层沥青路面各结构层为不同材料,研究建立了基底裂纹和表面裂纹裂尖应力强度因子分析的广义参数Williams单元并编制了相应的Fortran计算机程序;初步实现了 Ansys有限元分析软件与Williams单元程序的对接。对接方法结合了 Ansys自由网格划分优点和Williams单元无需复杂后处理且计算结果对奇异区尺寸不敏感等优点,可以求解任意不规则裂纹问题。算例根据Williams单元分析了交通荷载位置对基底裂纹和表面裂纹裂尖应力强度因子的影响,并与奇异单元解进行对比,证明了 Williams单元分析各结构层采用不同材料的半刚性基层沥青路面基底裂纹和表面裂纹裂尖应力强度因子的正确性和高效性。3、根据基底裂纹和表面裂纹裂尖Williams单元分析了表面裂纹位置、各结构层模量和厚度等对各裂尖应力强度因子的影响,并据此提出相应的阻裂措施。由算例分析可知:适当地减小面层模量或增大半刚性基层厚度均可抑制或延缓表面裂纹扩展;适当地增大底基层模量或底基层厚度均可抑制或延缓基底裂纹扩展。4、研究建立了基于广义参数的Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹和纯Ⅱ型裂纹疲劳扩展寿命预估模型,分别用于预估基底裂纹和表面裂纹疲劳扩展寿命。传统基于应力强度因子的Paris模型需要拟合出应力强度因子与裂纹扩展长度之间的函数关系式,而本文模型只需拟合出广义参数与裂纹扩展长度之间的函数关系式,避免了传统模型求解裂尖应力强度因子的复杂后处理过程,计算精度和计算效率更高。