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车辆循环荷载引起的疲劳损伤是沥青路面的主要病害,严重影响了路面的使用寿命。针对目前单层结构厚度已不能满足路面疲劳性能使用要求,水泥乳化沥青混合料作为面层导致混合料疲劳寿命大大降低及产生疲劳破坏的诸多影响因素等问题。因此,本文设计不同结构厚度组合的双层混合料,其中上面层为热拌沥青混合料(AC-10),下面层为水泥乳化沥青混合料(AC-16),厚度分别为20mm+60mm,30mm+50mm和40mm+40mm。通过MTS-810万能材料试验机进行弯曲疲劳试验,研究不同结合料含量对水泥乳化沥青混合料疲劳性能的影响,不同应力比和试验温度对混合料不同结构厚度组合疲劳性能的影响,建立应力比疲劳方程,确定最佳厚度组合。基于工业CT扫描试验,研究混合料不同结构厚度组合的空隙分布与疲劳寿命之间的联系,对不同结构厚度组合的混合料疲劳寿命进行预测,建立预估模型,对比试验结果与预估结果,验证该模型的合理性。结果表明:水泥乳化沥青混合料的疲劳寿命随着乳化沥青含量增加而增加,疲劳寿命最大增幅为9.8%;而随水泥用量增加,先增大后减小,其疲劳寿命最大增幅为40%。随着下面层(水泥乳化沥青混合料)厚度的减小,混合料弯拉强度与最大载荷呈线性增大趋势,混合料的疲劳寿命随着应力比增加而减小,随着试验温度的降低而增加;对比应力比和温度影响试验结果,厚度组合为40mm+40mm疲劳性能最好;所建立的应力比疲劳方程显现较好的线性回归特性。建立三维CT重建模型,提出混合料不同结构厚度组合的空隙分布特征,连续层位下空隙面积分布不均,大小不一,并呈波浪形曲线变化,厚度组合为40mm+40mm的疲劳寿命大于厚度组合30mm+50mm的疲劳寿命。建立BP神经网络模型预估不同结构厚度组合混合料的疲劳寿命,确定神经网络模型结构为3-5-5-1,该模型经过5次迭代,其拟合优度R效果表现最佳,训练精度为0.01时满足要求并停止迭代,拟合数据结果均表现良好的相关性,试验结果与预估结果相近。因此,通过建立BP神经网络模型可以定量计算混合料的疲劳寿命。