基于离散元模拟的典型沥青混合料动态模量预估模型研究

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现行《公路沥青路面设计规范》中提出将动态模量作为其沥青路面结构设计参数,其设计水平二取值可采用经验预估模型进行取值。但是由于沥青混合料所使用沥青或者级配类型具有一定的地域特性,规范水平二中的半经验预估模型对沥青种类提出了适用于道路石油沥青和常规级配的沥青混合料的前提条件,因此该模型在吉林省的实际适用性有待评价。因此提出一种参数测定简单,且具有针对地域特征的用于指导沥青路面设计的动态模量预估模型,具有较大的研究价值。由此,本研究基于离散元数值模拟,建立虚拟动态模量测试方法,以此提出适用于吉林省的沥青混合料动态模量预估模型。首先针对吉林省典型沥青路面上中下面层常用的3种级配类型沥青混合料,在不同温度和频率试验条件下,测定混合料的动态模量与相位角,通过最小二乘法拟合,基于sigmoidal模型,建立了各个试验温度下的混合料动态模量主曲线,并,并对混合料的粘弹性力学特性进行了分析。以动态模量数据集合为基础,计算并提出了后续离散元模拟所需要的接触模型细观参数。进而,考虑沥青混合料由粗集料、沥青砂浆及空隙三相混合构成的特点,采用MATLAB、Fish语言相结合的方式生成了具有不规则形状的粗集料,按级配投放生成骨架结构,在骨架结构间隙生成沥青砂浆及空隙,从而建立沥青混合料的离散元几何模型,并赋予模型组成单元可真实反映其力学行为的材料参数及接触模型。通过对沥青混合料及沥青砂浆开展的试验结果分析,建立了沥青混合料宏观试验参数与离散元细观参数之间的转换方法,以此确定了不同混合料各组成成分的细观力学参数。最后,采用上述建模方法,构建了沥青混合料离散元虚拟试件模型,通过伺服加载的方式进行了沥青混合料动态模量虚拟试验,以动模量室内试验结果验证了虚拟试验的有效性与合理性。由此,进行了多影响因素的动态模量虚拟试验,分析了沥青混合料动态模量和多影响因素的相互关系。由此,结合现有动态模量预估模型对吉林省沥青混合料适用性分析,基于虚拟试验结果,通过多因素回归分析,建立了吉林省典型沥青混合料动态模量预估模型。
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