大粒径沥青混合料在半刚性基层沥青路面下面层、柔性基层和水泥混凝土加铺沥青路面中应用广泛。大粒径沥青混合料作为沥青路面下面层,不仅承受交通荷载的反复作用,还受到温度变化的作用;作为路面结构联结层,大粒径沥青混合料承担路面基层的荷载,并控制半刚性基层或水泥混凝土加铺沥青下面层反射裂缝向上扩展。沥青路面在低温、长期老化和疲劳作用下,沥青路面反射裂缝和疲劳裂缝问题变得越来越突出。目前尚没有大粒径沥青混合料裂缝扩展行为及阻裂机理的研究,开展大粒径沥青混合料裂缝扩展行为及阻裂机理研究,对加深大粒径沥青混合料阻裂机理的认识,开发新的沥青混合料结构类型,控制半刚性基层和刚性基层反射裂缝向沥青路面中扩展和防止沥青路面下面层疲劳开裂有重要的理论和应用价值。本文通过overlay tester(OT)试验模拟路面结构,对大粒径沥青混合料裂缝扩展行为进行研究。通过有限元分析,确定应变范围、试件合理厚度和应变分布特征,基于扰动状态概念建立大粒径沥青混合料本构模型、扰动演化规律和损伤演化规律。考虑粗集料公称最大粒径的影响,采用60mm厚的试件进行试验研究。试件采用轮碾成型,全部试件均从车辙板中切出,确保试件成型条件及厚度能够较真实地模拟实际路面情况。1.基于OT试验方法,研究了单调偏心加载时,加载速率、拉伸位移、沥青含量和老化程度对大粒径沥青混合料断裂性能的影响。结果表明:大粒径沥青混合料的裂缝扩展具有明显的分形特征,断裂能对油石比的变化不敏感,破坏荷载没有明显变化;分维数和断裂能随温度提高而降低、随着老化的程度而增加;随着加载速率增大,破坏荷载增大,断裂应变没有明显降低。这些特征这表明:降低油石比、降低温度、提高加载速率和增加老化程度对大粒径沥青混合料的抗裂能力没有明显不利影响,总体上是有利的。本研究基于扰动状态理论建立了偏心受拉荷载作用下大粒径沥青混合料的本构关系,选择的扰动函数拟合应力应变曲线,与试验结果颇为相符,为使用大粒径沥青混合料进行结构分析和验算提供了依据。2.重复荷载作用下大粒径沥青混合料中的裂缝扩展行为受到很大关注。本研究基于OT试验和虚位移概念,采用Paris公式研究大粒径沥青混合料裂缝扩展规律,利用J-积分替代Paris公式中的应力强度因子。试验采用位移控制模式,通过研究不同温度、不同拉伸位移、不同油石比和不同老化条件对重复荷载作用下裂缝扩展行为的影响,提出了裂缝扩展模型并给出了Paris公式中参数A和9)值。大粒径沥青混合料的9)值均较小,说明疲劳裂缝扩展缓慢,对重复应变不敏感,大粒径沥青混合料具有明显的应力松弛特性,有利于控制疲劳裂缝扩展。3.为了避免沥青混合料疲劳过程中损伤的分散性、随机性和非均质性等问题,本文改进了OT试验方法,选取有代表性区域的材料研究不同温度、不同拉伸位移、不同油石比和不同老化条件对重复荷载作用下损伤演化行为的影响。基于黏弹性连续损伤模型建立了虚刚度演化规律,参数Z反映了材料损伤的变化情况,随频率增加、荷载增大以及老化程度而减小。提出扰动参数的概念,该参数可以表示疲劳过程中损伤的演化,结果表明扰动随频率增加、荷载增大和老化程度而逐渐增加,寿命逐渐减少,基于扰动状态建立的疲劳本构模型与试验结果吻合度较高。综上所述,大粒径沥青混合料抗裂性能良好,耐低温、耐疲劳,对应力和重复应变不敏感,是沥青路面下面层及防止反射裂缝优良的结构材料。