沥青混合料开裂行为多尺度研究
沥青混凝土路面裂缝的研究现状
越来越多 的研 究者利用有限元软件对沥青路面 的各 种参 数进行分析，杨荣 山和艾长发以 Ａ Ｓ Ｓ软件对标准轴载作用 ＮＹ
下的柔性路面和半 刚性路面进行力学 响应进行 分析 ，讨论两 者的承载能力问题 ，并分别对沥青面层 、基层及底基层 的拉、 压应力进 行了分析和讨论 ；胡小弟等人采用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ ，分析了三 维柔性基层和半 刚性基 层路面结构 ，在不 同的车 型荷载 及其 不同荷载分布情形下力 学响应的差异 ；陈静等人针对结构 为 沥青混合 料面层 、粒料基层和土基 的 ３层柔性路面体系，建 立了路面在车辆动载作用下 的有限元分析模型， 并应用 Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ
中的每一层 为连续体） 。将这些连续体分割成有 限个单元 ，并 在每个单元上指定有 限个 节点，一般可 以认为相邻单元在节 点上连结构成一组单元 的集 合体，用模拟或逼近求解 区域进
行分析。同时 ，选定场 函数 的节点值 （ 如将 节点位移） 例 作为
基本 未知量；根据分块近似 的思想这，对每个单元假设一个
【 要 】简要介 绍 了沥青路 面使 用现状及主要 问题 ，有限元通用程 序和有限单元 应力强度 因子 法在 沥青 混凝土路 面及 沥 摘
青路面裂缝结构分析 中的应 用，并对 沥青路 面结构分析的发展 方向进行预 测。 【 关键词】沥青混凝 土路 面；有 限单元法 ；断裂力学
【 中图分类号 】Ｕ４ ６２ １． 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号 】１０ 一 １ １ ０００ — ０ ０ ０ ０ ８ ｉ５ （ １ ）４ ０９ — ２ ２ 衡情 况 ，确定各边 界条件 与对称条件 。具体分析过程是将道 路看作 一个连续 体或 几个连 续体通 过接触面相连 的整体 （ 其
简单的函数，近似地表 示其位 移的分布规律 ；再利用弹塑性 理 论 中的变分原理或 其他方法 ， 建立单元 节点 的力和位 移之 间的力学特性关系 ，得到一组 以节 点位移为未知量的方程组， 从而求解节点 的位移分量 。 一经解 出， 就可利 用插值 函数确定 单元 集合体上的场 函数 。显然 ，如果单元满足 问题的收敛性
沥青混合料水损坏微纳观尺度研究方法(3)——分子动力学模拟
2018年6月石油沥青PETROLEUMASPHALT第32卷第3期•试验与研究•沥青混合料水损坏微纳观尺度研究方法（3)—分子动力学模拟马建民，孙国强，胡明君，邛越，孙大权(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804)摘要：分子动力学模拟（MDS)是在分子尺度上研究沥青-集料界面的粘附特性与破 坏过程，为沥青-集料界面的粘附机理分析、材料的精确设计与性能的准确预测提供了有力的研究手段。
简要介绍了分子动力学模拟的基本原理，综述了沥青、集料及沥青-集料界面分子模型的构建方法，对基于分子动力学模拟的沥青-集料粘附特征、界面力学行为及其影响因素等研究进行了总结。
关键词：沥青混合料水损害分子动力学模拟分子模型在水、老化、荷载等因素作用下，沥青结合 料内部的粘聚性以及沥青与集料的粘附性降低，沥青混合料中的沥青-集料界面易产生破坏，进 而引发松散、剥落、坑槽等病害，严重影响沥青 路面的服务性能和使用寿命:1'2]。
沥青与集料的 粘附特性与沥青混合料的水稳定性和抗剥落能力 密切相关，对于沥青-集料粘附作用机理的研究 可以揭示粘附强度的形成过程及其影响因素，进 而从材料选择、混合料设计等角度入手提高沥青 路面的水损坏抵抗能力。
早年，国内外学者针对沥青与集料的粘附机 理开展了大量研究工作，相继提出机械粘附理 论、表面能理论、分子定向理论、化学反应理 论、断裂能理论和静电理论:3'4]等研究理论。
基 于上述理论，衍生出一系列沥青-集料粘附性能 测试方法，包括定性测试方法和定量测试方法。
定性测试方法主要有水煮法和水浸法，定量测试 方法有剪切粘附性试验、剥离试验、表面能试验 和拉拔试验等。
与定性测试方法相比，定量测试 方法减少了人为因素的影响，为沥青-集料界面 粘附强度的量化分析奠定了基础。
然而，以上试 验仅仅从宏观角度表征沥青与集料间的粘附性 能，无法在微观尺度上剖析沥青与集料的相互作 用机理以及沥青-集料界面的破坏进程。
具有预测沥青混合料刚度参数的多尺度算法
Advances in Applied Mathematics 应用数学进展, 2023, 12(10), 4365-4377Published Online October 2023 in Hans. https:///journal/aamhttps:///10.12677/aam.2023.1210430具有预测沥青混合料刚度参数的多尺度算法彭姝婉，李佩洪长沙理工大学数学与统计学院，湖南长沙收稿日期：2023年9月23日；录用日期：2023年10月17日；发布日期：2023年10月24日摘要为了验证多尺度算法对沥青混合料的弹性力学刚度参数的有效性问题，本文分析了多尺度算法及沥青混合料细观模型特性，提出了多尺度算法运用于随机复合材料的理论方法及表征。
统计含不同粒径集料沥青混合料细观骨料分布特性，依据骨料分布特性规律在尺度区域内随机生成细观骨料，选取各类沥青混合料计算尺度区域，依据骨料随机分布特性在尺度区域内生成细观尺度模型。
运用多尺度算法预测沥青混合料疲劳过程刚度参数，提出了计算沥青混合料疲劳损伤过程刚度参数的多尺度算法流程。
结论是多尺度算法用于沥青混合料的刚度参数是有效的，该算法可以为类似的实际工程提供一定的参考意义。
关键词沥青混合料，刚度参数，双尺度算法，多尺度算法，细观结构Multi-Scale Algorithm with PredictedStiffness Parameters of Asphalt MixtureShuwan Peng, Peihong LiSchool of Mathematics and Statistics, Changsha University of Science and Technology, Changsha HunanReceived: Sep. 23rd, 2023; accepted: Oct. 17th, 2023; published: Oct. 24th, 2023AbstractIn order to verify the effectiveness of multi-scale algorithm on the elastic stiffness parameters of asphalt mixture, this paper analyzes the characteristics of multi-scale algorithm and the fine mod-el of asphalt mixture, and proposes the theoretical method and characterization of multi-scale al-gorithm for random composite materials. The distribution characteristics of fine aggregate of as-phalt mixture with different particle sizes are counted, the fine aggregate is randomly generated in the scale area according to the distribution characteristics of aggregate, and the scale area of various kinds of asphalt mixture is selected to calculate the scale, and the fine scale model is gen-彭姝婉，李佩洪erated in the scale area according to the random distribution characteristics of aggregate. A mul-ti-scale algorithm is used to predict the stiffness parameters of the fatigue process of asphalt mix-ture. The conclusion is that the multi-scale algorithm is effective for the stiffness parameter of as-phalt mixture, and this algorithm can provide some reference significance for similar practical en-gineering.KeywordsAsphalt Mixture, Stiffness Parameters, Two-Scale Algorithm, Multi-Scale Algorithm, Thin Structure Array Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言沥青作为一种复合材料，近年来普遍应用于道路工程中，沥青路面优越的使用性能提高了道路运输效率并且带来良好经济效益。
提高沥青混合料抗裂性能的方法探究
提高沥青混合料抗裂性能的方法探究1、引言我国的高速公路90%左右为沥青路面。
沥青作为一种碳氢化合物及其非金属（氧.硫.氮）衍生物所组成的混合物.其高低温性能很大程度上影响着混合料的路用性能。
沥青路面使用期开裂是世界各国普遍存在的问题，沥青路面在温度骤降或温差较大地区，会由于温度应力的作用而产生裂缝（如图1）。
裂缝的产生严重危害道路的使用寿命和质量。
沥青路面产生裂缝后，特别在雨季，由于雨水的浸入，导致沥青与集料破落，进而产生水破坏，并且雨水沿裂缝渗入基层，还会产生唧浆等一系列病害。
处理好沥青路面的低温裂缝有利于提高路面的使用寿命和使用性能。
但是，沥青路面的低温裂缝是目前世界上尚未解决的一种道路病害。
从以往的研究总我们可以发现，影响沥青混合料的因素有如下几种：①沥青的性质；②混合料自身的性质；③路面结构；④其它因素（当地的气温特点、施工质量、行车状况等）。
从这个四个因素中我们可以看出，沥青路面产生低温裂缝，并不是某一个因素能决定的，它是多种因素共同作用的结果，因此，也就加深了解决沥青路面低温裂缝的难度。
2、低温开裂破坏的机理沥青混凝土的低温变形能力主要取决于沥青材料的低温性能，沥青与矿料的粘结强度以及沥青混合料的均匀性。
沥青路面低温抗裂性能的好坏，关键是沥青材料本身直接影响到沥青混合料的低温抗裂性。
从目前的观点看，关于低温开裂破坏机理主要是从严冬期温度骤降，温度疲劳，两个方面因素来考虑的。
2.1 严冬期温度骤降位于路面面层的沥青结构层，直接受到气温变化的影响，当温度下降时沥青面层就会产生收缩变形，这种收缩变形会受到基层对路面的摩阻力和路面无限连续板体对收缩变形的约束作用。
如果这种收缩变形产生的应力小于约束力，便不会产生裂缝。
2.2 温度疲劳温度升降反复作用的温度应力疲劳使沥青混合料的极限拉应变或劲度模量变小，又加上沥青老化使沥青劲度增高，应力松弛性能下降，故可能在比一次性降温开裂温度高的温度下开裂。
沥青混合料损伤演化的多尺度模拟
1 沥青混合料细观尺度代表性体积元 及本构模型
1. 1 沥青混合料细观尺度代表性体积元 在宏观尺度里 ,沥青混合料被当作一个均质非
线性粘弹性介质 ,但是在局部细观尺度区域里 ,线弹 性集料和一个线性粘弹性玛蹄脂组合成了一个非均 质材料 。在宏观尺度区域试验观察到的非线性行为 是局部细观尺度试验观察到的微裂缝扩展结果 。用 微 (细) 观力学粘弹性区模型可以模拟微观裂缝 。
采用有限元方法进行宏观分析时 , 对有限元网 格每个选定的结合点都必须进行相应的局部微观 分析 。
多尺度分析模拟的主要优点是 :在解决细观力 学问题后可以见到小尺度物理现象 , 可以进一步了 解局部细观尺度的发展机理 。因而 , 这种方法为更
第 2 期 刘福明 ,等 :沥青混合料损伤演化的多尺度模拟
α( t)
] [σfi
+
1 δi
t 0
Ec ( t
-
ξ)
5
ui (ξ) 5ξ
dξ]
i = n 或τ
(1)
式中 : Ti ( t) 为粘结区的平均牵引力 ; ui 为粘结区位 移 ;δi 为粘结区材料长度参数 ;α( t) 为代表损伤发展 的内部状态变量 ;σfi 为初始粘结区所具有的应力水
多尺度计算近年来已经在岩土 、航空等多个领 域得到广泛应用 ,在解决粘弹性复合材料损伤行为 方面取得了很好的效果[526] 。为了优化沥青混合料 性能 ,可采用多尺度模拟理论来尽可能描述其微观 结构变化 。通过多尺度模型或其他方法 ,考虑小尺 度现象 ,同时对各组成成分应用更实用的本构模型 , 可以更好地领会沥青混合料在各标准状态下的力学 行为 ,此外 ,还可以提高对沥青混合料力学行为预测 的准确度和可行度 。
沥青混合料降温收缩断裂特性研究
沥青混合料降温收缩断裂特性研究【摘要】路面是国家的重要设施，我们必须要保证路面的质量才能使得路面能够更好的为我们服务。
然而目前低温收缩开裂是目前沥青路面的主要破坏形式。
为了使得沥青路面能够很好的得到保护，我们必须对沥青混合料降温收缩断裂特性进行研究，从而采取科学有效的措施防止沥青路面的低温收缩开裂。
根据本人的一些相关经验，谈谈对沥青混合料降温收缩断裂特性的一些看法，与大家共同进行交流，希望对大家有所帮助。
【关键词】沥青混合料；降温收缩断裂；特性研究1.前言由于沥青路面有着很多的优点，目前在许多国家都广泛使用。
这些有点主要包括：力学强度相对较高、行车较平稳以及便于维修等优点。
但是近年来随着经济和社会的不断发展，公路作为一项非常重要的设施，目前面临着很大的考验。
随着经济的发展，路面所面临的压力也越来越大，许多路面都受到了不同程度的破坏。
其中路面开裂就是一个非常常见的危害，我们必须要采取科学合理的措施进行处理，才能使得路面更好的为我们服务。
2.沥青路面低温开裂的原因目前造成沥青路面低温开裂的原因相对较多。
影响沥青路面裂缝的原因主要有以下几个。
首先沥青和沥青材料的性质对于路面裂缝的影响有着非常关键的影响。
其次，气候条件、交通量以及车辆等方面的因素也对沥青路面低温开裂有着很大的影响。
由于一些客观因素我们无法进行调整，所以我们只有采取一些科学合理的措施对沥青材料的性质等进行处理，从而使得沥青路面的开裂减少，使得沥青路面的质量得到提高。
提高沥青路面低温下的抗压能力，然而目前沥青混合料低温性能的试验方法和评价指标存在着问题，我们必须采取科学合理的措施进行处理，这样才能有效的防止沥青路面的低温开裂。
3.目前沥青路面低温开裂的试验方法有效的防止沥青路面的低温开裂，我们必须要对沥青路面的低温开裂进行研究。
目前研究沥青路面低温开裂的方法主要有以下几个。
3.1 间接拉伸试验间接拉伸试验也就是劈裂试验，通过加载圆柱形试件的轴向，通过一定的速率加载，从而得到沥青及混合材料的劈裂强度以及变形强度。
道路改造中沥青混合料面层裂缝及控制措施论文
小议道路改造中沥青混合料面层裂缝及控制措施摘要：本文结合笔者多年工作经验，对道路改造中沥青加铺层反射裂缝的形成原因进行了初步的分析，并对sma面层的反射裂缝提出了相应的控制方案，仅供参考。
关键词：道路改造混泥土里面沥青反射裂缝控制方案中图分类号：u41 文献标识码：a 文章编号：1 sma混合料的优良性能改革开放以来，我国公路进入发展速度最快、规模最大、最具活力的时期，截至2012年底，我国公路通车总里程将突破490万公里，其中高速公路通车里程9.6万公里，位居世界前列。
然而，随着我国经济的快速发展，上世纪八、九十年代我国兴建的大量水泥混凝土路面已不能适应当前日益增长的交通运输要求，亟需对其升级改造。
在原有的水泥混凝土路面上加铺沥青面层是目前应用较多的改造措施之一。
但如前所述，普通沥青面层的路用性能较差，往往使用不久就出现损坏，如重载车辆作用下所造成的车辙、推拥的永久变形、局部龟裂以及反射裂缝等形式的破坏。
近年来，在我国新建高等级公路和原有道路改造中，沥青玛蹄脂碎石混和料(sma)以其优良的抗车辙、抗滑、抗裂性能得到了越来越广泛的应用。
该项技术产生于20世纪60年代的德国，世界上第一条sma路面始建于60年代中期的德国，距今已40余年的历史，至今仍处于较好的服务水平。
sma混合料的出现，为很好的解决沥青路面的低温抗裂性、高温稳定性及抗滑与渗水性能之间的矛盾提供了一个非常有效的途径。
国内外研究成果和实践表明，sma沥青混合料具有以下几方面的优点：(1)sma沥青混合料采用间断级配，可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较强的抗车辙能力；(2)sma混合料的集料之间填充了相对数量的沥青玛蹄脂，它具有较好的粘结作用，其柔性和韧性使混合料有良好的低温变形能力；(3)sma混合料的空隙率很小，几乎不透水，玛蹄脂与集料的粘结力好，可以大大改善混合料的水稳定性；(4)sma粗集料含量高，且要求石料坚硬、粗糙、耐磨，路面压实后表面形成较大孔隙，使抗滑性能明显提高；(5)sma混合料内部被玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，空隙率又小，沥青与空气的接触少，故混合料的耐老化性能好；(6)sma结构可以减少维修养护费用，延长使用寿命。
陡长坡路段多尺度效应抗车辙沥青混合料研究的开题报告
陡长坡路段多尺度效应抗车辙沥青混合料研究的开
题报告
标题：陡长坡路段多尺度效应抗车辙沥青混合料研究
背景和意义：
在道路建设过程中，陡长坡路段是一个重要的建设任务。
然而，在
这些路段上，车辆可能会产生较大的冲击和切向力，这可能导致路面损坏，如车辙和龟裂等。
为解决这个问题，研究抗车辙沥青混合料可以提
高陡长坡路段的耐久性。
目的：
本研究旨在探究陡长坡路段多尺度效应对抗车辙沥青混合料的耐久
性和性能指标的影响，为抗车辙沥青混合料的应用提供理论和技术支持。
研究内容：
1、研究不同原材料、配合比和制备工艺条件下的抗车辙沥青混合料的力学性能和耐久性能；
2、探究多尺度效应对抗车辙沥青混合料性能的影响；
3、分析陡长坡路段多尺度效应对抗车辙沥青混合料性能的影响机制。
方法：
1、采用确立的原材料，包括沥青、矿料、添加剂等，制备抗车辙沥青混合料；
2、采用实验方法，如压实试验、剪切试验、回弹试验、疲劳试验等，对抗车辙沥青混合料进行力学性能和耐久性能测试；
3、采用表征多尺度效应的方法，如数字图像处理、力学测试等，分析多尺度效应对抗车辙沥青混合料力学性能和耐久性能的影响。
预期成果：
1、获得一种具有优异抗车辙性能的沥青混合料，能够提高陡长坡路段的耐久性；
2、研究陡长坡路段多尺度效应对抗车辙沥青混合料性能的影响机制，为抗车辙沥青混合料的应用提供理论支持；
3、发表论文两篇以上，并获得研究成果的专利。
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沥青混合料开裂行为多尺度研究
0.引言
在“白改黑”路面结构中水泥板充当了半刚性基础，已存在的旧裂缝加剧了沥青路面的反射开裂现象，极大的影响了道路的使用寿命。
对于沥青路面层的开裂行为的研究极为迫切。
通常对开裂行为的研究分为室内实验和数值仿真两种手段，当前的研究重点在找出其混合料内在性质与开裂行为的联系。
本文的主要研究内容是总结归纳国内外对于沥青路面层开裂的研究现状，并分析其使用的方法及指标，得出开裂机理以预防开裂行为。
1.沥青路面开裂行为试验研究
沥青混合料的宏观裂纹是细微结构裂纹扩展、局部损伤演化的累积效应，是力学响应的耦合作用。
路面结构内部裂缝的产生可以分为萌生、发展、失稳三个阶段，把握宏观、细观、微观的结构特征对裂缝发展影响机理，实现沥青混合料开裂行为的多尺度研究。
1.1宏观尺度下的开裂研究
基于断裂力学理论分析宏观尺度路面结构的力学响应和裂缝扩展规律。
基于常规的沥青混合料试验方法开展劈裂或者小梁弯曲试验，研究可表征宏观开裂行为的特征参数。
Hui Wei[1]等采用声发射仪监测小梁三点弯曲试验，发现声发射特征参数与试件裂纹扩展存在相关性，可用于试件宏观裂缝断裂预警；三维定位可以有效地跟踪试件主裂纹面的位置，反映沥青混凝土低温开裂的动态演化过程。
陈正伟[2]等通过半圆弯拉（SCB）试验分析不同RAP掺量和沥青老化程度的再生沥青混合料抗裂性能，发现高RAP掺量的再生沥青混合料的抗开裂能力较差，采用柔性指数可以评价沥青混合料的抗裂性能。
宋卫民[3]等基于断裂力学理论分析了不同温度和RAP掺量下再生沥青混合料的中低温抗裂性能。
发现-10℃时RAP掺量为25%的沥青混合料应力强度因子()最大，但断裂能随着RAP掺量增加逐渐降低；25℃时可以用等效应力强度因子（）评价沥青混凝土
的中温断裂韧性。
杜健欢[4]等通过间接拉伸试验研究骨架结构的沥青混合料低温
抗裂性能及裂纹扩展情况。
Zhenghua Lyu[5]借助扫描电镜揭示水泥乳化沥青砂浆
的开裂机理，发现在微裂纹形成和现象学的疲劳破坏两个阶段疲劳位移有一个转
折点存在，可表征混合料内部损伤的加剧、宏观裂纹的形成和模量的降低。
1.2细观尺度的开裂研究
从宏观角度开展的沥青混合料开裂行为研究是有限的，与沥青混合料的工程
应用效果存在差异。
沥青混合料是具有各向异性的非均质材料，研究其开裂行为
的机理和规律，需要探究细微结构对力学性能的影响。
李晓燕[6]通过车辙试验和
贯入剪切试验验证了分形维数与混合料高温性能的相关性。
王文真[7]等研究了不
同粒径集料的形状特征参数分布规律，分析了各形状特征参数与级配的相关性，
矩形度和棱角性与集料级配之间有着较好的相关性，且矩形度可以表征混合料级
配的粗细；形状指数可以评价集料合形貌特征。
纪伦[8]等分析了粗集料针片状含
量试件对混合料细观结构的影响。
研究发现随着针片状含量增加，颗粒纵横比期
望和线性增加，横断面粗集料颗粒面积和减小，棱角性期望增大。
张磊[9]
研究了级配和针片状含量对试件性能的影响，发现粗集料级配波动对高温性能影
响较大；而级配整体变化也对高温复数模量有较大影响；针片状含量增加使混合
料高中低温度域复数模量都出现明显下降。
2.开裂行为的多尺度模型
2.1物理模型
多尺度物理模型是探究沥青路面开裂行为的重要手段。
在不同的因素作用下，基于不同尺度建立物理模型，并根据实际情况进行模型和参数修正。
进而分析影
响因子对沥青混合料开裂扩展的影响，发现开裂规律，实现开裂预测及裂纹防治。
宏观尺度对于开裂行为的研究是唯现象学的，往往需要在宏观裂纹出现后将其与
材料力学性能、内部响应特征联系。
此外，沥青混合料是一种各向异性的非均质
粘弹性材料。
对于其宏观的研究采用力学-经验法的M-E设计法，其核心是基于
力学的荷载变形模型，确定路面对荷载作用响应，其经验部分是路面寿命方程。
基于疲劳断裂力学原理，根据室内试验和现场性能测试数据，建立模型预测混合
料破坏程度。
由于路面在荷载循环作用下，其主要破坏形式是疲劳破坏特征。
可
采用Paris-Erdogna方程来描述混合料裂纹的扩展行为，当然该模型是不完善的，因此Majidazdheetal提出了简化的裂纹扩展方程。
2.2数值模型
基于宏观尺度研究裂缝扩展，通常将材料受到荷载峰值时作为破坏的起始阶段，在此之后不断破坏形成裂缝。
但是基于细微观尺度研究裂缝时，裂缝是材料
局部细观损伤破坏累积的作用效果。
于是采用细微观尺度模型研究裂纹扩展，建
立沥青混合料内在特征值与宏观力学性能之间的联系。
高磊在分析沥青混合料细
观结构特征时采用离散元法建立颗粒模型，采用颗粒流程序（PFC）简化离散单元，使用PFC2D/3D软件模拟Arcan断裂试验模型，分析试件开裂扩展行为。
3.结论与展望
从多尺度对沥青混合料开裂行为开展研究，明确了路面开裂的机理，为路面
病害养护提供理论依据，为实际工程治理反射裂缝提供新思路，将宏观细观特征
作为路面健康监测的指标，在未来的沥青路面材料选择、结构组合设计提供参考。
参考文献
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