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对于柔性基层或复合式基层沥青路面,在温度和车辆荷载的作用下,Top-Down裂缝是其常见的破坏形式之一。裂缝的出现不仅会降低路面结构的承载能力,而且易导致水的渗入,加速路面的破坏。因此对复合式基层沥青路面的Top-Down裂缝进行研究,对于该路面的材料设计、路面结构设计及保证路面的使用寿命均具有重要的意义。本文针对复合式基层沥青路面结构沥青混合料,制备带有预切缝的半圆形(SCB)试件,对其进行不同温度(15℃,5℃,-5℃,-15℃)、不同荷载模式(纯张拉Me=1、纯剪切Me=0、混合模式Me=0.8、Me=0.5、Me=0.2)下的断裂试验,获得了各种混合料在不同条件下的综合临界应力强度因子Kef,发现Kef随着剪切应力成分的增加(即荷载模式参数Me减小)呈先减小后增加的变化规律,沥青混合料(AC-13,AC-20,AC-25)的Kef最小值产生在Me=0.8,沥青稳定碎石(ATB-25)的Kef最小值在Me=0.5处,说明沥青混合料在拉伸和剪切共同作用下易产生破坏。通过选择非均布荷载模型和降温温度场,建立三维复合式基层沥青路面结构有限元分析模型,考虑车辆荷载、温度、车辆荷载和温度共同作用下的情况,对复合式基层沥青路面Top-Down裂缝的开裂机理进行了分析。分析结果表明在车辆荷载作用下,路表面产生的拉应力远小于沥青混合料的抗拉强度,而最大剪应力值接近沥青混合料的抗拉强度,特别是重载、超载、横向花纹轮胎的作用更容易导致路面出现剪切型纵向裂缝。应用扩展有限元法(XFEM)对复合式基层沥青路面的表面裂纹的扩展进行了模拟分析。首先应用XFEM法对存在预切缝的半圆形试件在试验荷载作用下的裂缝扩展过程进行了模拟,验证了 XFEM法模拟裂缝扩展的可行性:从初始温度、降温幅度、面层模量、基层模量等方面,对于突然降温条件下的复合式基层沥青路面Top-Down裂缝的扩展规律进行了分析,得出在相同的降温幅度条件下,较高的初始温度不易产生开裂,而在较低的温度下裂缝扩展较为明显;短时间内较大幅度的降温,产生的温度应力较大,裂缝的扩展深度较深;面层的模量越高,裂缝越容易扩展。在温度和车辆荷载共同作用下,荷载作用位置、荷载大小、抗拉强度、抗剪强度、不同的降温幅度均对裂缝的扩展有较大影响。应该从控制车辆荷载,提高沥青混合料的抗拉强度、抗剪强度,减小面层模量等方面来防止表面裂缝的开裂扩展。