硕士研究生文献综述

长沙理工大学

硕士研究生论文文献综述论文名称沥青混合料车辙实验与粘弹性分析

姓名：

学号：

学位级别：工学硕士

学科专业：道路与铁道工程

研究方向：路基路面工程

指导教师：邵腊庚（教授）

所属单位：长沙理工大学

一、前言

为了提高沥青混合料的高温稳定性，从粘弹性的角度深入分析温度、荷载、作用时间对路面车辙的影响，研究永久变形的机理，对减少路面车辙有深远的意义。

车辙是沥青混凝土路面特有的一种破坏形式，表现为沿行车轨迹产生纵向的带状凹槽，严重时车辙的两侧会有隆起变形。它主要是由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压密度不够，使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切而产生的一种永久变形。另外，高温、重载、低速和过大的交通量也是产生车辙的主要原因。目前国外对沥青路面的粘弹性研究主要是基层、路基永久变形的预估、理论法、经验法、力学—经验法，有限元法等。国内主要对车辙的预估，包括徐世法的“四单元五参数”模型、许志鸿的解析法模型、李一鸣的东南模型、张登良的西安公路大学模型等。

二、正文

早在1962年美国AASHO试验路研究期间，对车辙路段进行了研究，Hofstra提出的报告认为产生车辙的主要原因是剪切应力，由此结果推荐使用高强度的路面材料[1]。他认为沥青路面的变形在路表面最大，越往下越小，这一方面说明了下部抵抗塑性流动变形的能力强，同时也是因为荷载的扩散作用，下部的剪应力较小。在1962年的第一届CSDAP（国际沥青路面结构设计会议）上，壳牌石油公司提出了世界上第一个同时考虑疲劳和车辙的沥青路面结构设计方法，该方法通过限制路基顶面的垂直压应变来控制车辙[2]。1965年Dorman发展了限制路基应变的标准，使用了弹性或粘弹性的层状体系来预测路面结构的永久变形[3]。1971年Monismith对Dorman的粘弹性的层状体系方法进行了进一步研究[4]。

1972年，在第三届沥青路面结构设计国际会议上，各国的研究人员提出了一些预测柔性路面的方法，这些方法利用路面材料的基本性能，以不同的方式计算荷载和环境条件对车辙量的影响，其中Barkdale和Romain两人提出了层应变法(Layer strain methodology)[5]。这种方法的优点是考虑了沥青路面面层的变形。1982年第五届沥青路面结构设计国际会议以后，主要研究面层的车辙问题。1987年在第六次CSDAP上，有研究人员把动力蠕变试验与层应变分析结合起来预测足尺试验路面的车辙；车轮荷载和轮胎压力对沥青路面车辙量的影响；Eisenmann和Hilmer在足尺路面中采用各种轮荷载、充气压力和轮荷布置进行试验，得到了统计回归模型。1990年Krugler将车辙问题主要分为

三种类型[6]：一是路面上过大的交通固结；二是沥青混合料稳定性不好引起的塑性变形；三是由颗粒表层沥青剥离引起的混合料稳定差。1994年Sousa提出了确定沥青混合料路面潜在永久变形的方法。1997年第八届国际沥青混凝土路面设计会议上，车辙问题日益凸显，永久变形问题上升到会议的热点位置。在第九届国际沥青混凝土路面设计大会（2002年）上，车辙又成为议事热点。在随着计算机技术飞速发展的时代，有限元方法在车辙预估中得到了广泛的应用。Blab利用有限元法，采用Maxwell模型，在实测轮胎接地压力和温度分布的基础上对车辙深度进行预估，其所得的结果与HVS的试验结果基本吻合。有文献[7]提出了用于分析沥青混合料疲劳特性的力学方法，此法在粘弹性本构模型的基础上，考虑了循环加载下的损伤演化过程。还有文献用粘弹性连续损伤模型分析了面层早期破坏的原因，评估了混合料类型和加载条件对疲劳损伤性能的影响，并应用试验路的数据来验证粘弹性连续损伤模型预测的路段疲劳性能。另外，Shields建立了沥青路面的非线性粘弹性低温应力松弛模型[8]。

许志鸿等以粘弹性层状体系理论为基础，结合蠕变实验和现场测得结果，提出了一种较简单的预估高速公路沥青路面车辙的方法[9]。徐世法在分析沥青路面永久变形时，采用了“四单元五参数”的模型，提出了一个比较合理的车辙预估方法，利用单轴蠕变实验确定参数，并考虑了侧向隆起，提出了以粘性劲度模量作为控制车辙的标准[10]。徐世法、朱照宏根据测定沥青混合料高温性能的蠕变实验、车辙实验和环道实验的结果，分析了影响沥青混合料抗车辙能力的主要因素，并对控制沥青路面车辙的有效途径进行了讨论并建议m值。同时他们提出以路面容许车辙深度作为控制车辙的指标，同时给出了沥青路面容许车辙深度范围[11]。

黄晓明、张晓冰和邓学钧对沥青路面车辙进行了环道实验研究，提出了不同保证率下的车辙预估模型[12]。张登良等通过实验对高等级道路沥青路面车辙进行了研究，以粘弹性层状体系理论和流变学模型分析为基础，结合沥青混合料的变形特性，提出了包括层减薄量和侧向隆起高度的车辙深度预估方程[13]。茅梅芬使用室内环道实验建立了在重复荷载作用下车辙和荷载作用次数之间的数学模型，并分析了沥青性质、实验温度、混合料级配、面层厚度对车辙深度的影响[14]。李闯民等分析了重复荷载作用下的沥青路面车辙因素[15]。汪凡基于Burgers粘弹性本构模型和Johnson-Cook粘塑性本构模型。采用ANSYS瞬态动力学分析理论，分析了轴载作用次数、超载、温度对沥青路面车辙变形的影响[16]。詹小丽，张肖宁等采用线粘弹性的广义Maxwell模型和分数阶导数Maxwell模型对改性沥青的动态粘弹性性能进行研究[17]。关宏信采用粘弹性疲劳损伤模型，利用MTS开展沥青混合料松弛试验研究，得到沥

青混合料的粘弹性本构模型和参数，同时采用有限元软件开展沥青路面的粘弹性疲劳损伤分析[18]。

三、小结

国内外的研究主要对路面永久变形的预估，关键主要是利用粘弹性理论建立各种参数与永久变形之间的关系。各种模型较好的预估了路面的车辙，但都有其局限性。所以怎样对沥青混合料的永久变形进行粘弹性分析，探讨外界影响因素与车辙之间的关系，对减少路面车辙有很重要的意义。

四、参考文献

[1]Sousa, J B. Modeling Permanent Deformation of Asphalt - Aggregate Mixes. AAPT, Vol

(63), 1994

[2]Dorman GM.The Extension to Practice of a Fundamental Procedure for the Design o f

Flexible Pavements[C].Proceedings，First International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements. Ann Arbor. University of Michigan,1962, 785~793

[3]Dorlnan GM，Metcalf CT．Design Curves for Flexible Pavements Based on Layered

System Theory[J]．Highway Research Board，Record No.71，1965

[4]MonismithCL, McLean DB. Design Considerations for Asphalt Pavements [M].

Berkley University of California, 1971

[5]Barksdal RD. Laboratory Evaluation of Rutting in Base Course Materials [C]. Proceedings,

Third International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements, Vol.1, London, 1972.161~174

[6]吴启宏.集料对沥青混凝土路面车辙的影响.中外公路,1998,18(1)

[7]Lytton, RL: Chen, CW; Little, DN, Micro damage Healing In Asphalt And Asphalt

Concrete[C], volume IV: A Viscoelastic Continue Damage Fatigue Model of Asphalt Concrete With Micro damage Healing, 2001, 178p

[8]Shields DH, Zeng ML, K work R. Nonlinear Viscoelastic Behavior of Concrete in Stress

Relaxation. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 1999, 68:358~389

[9]许志鸿，郭大智，吴晋伟等.沥青路面车辙的理论计算[J].中国公路学报，1990.3（3）

27~36

[10]徐世法.沥青路面的的粘弹性力学分析与车辙预估[D]：[硕士学位论文].上海:同济大

学道路与交通工程，1988

[11]徐世法，朱照宏.高等级道路沥青路面车辙的预估方法与控制指标评述[J].华东公路，