[發明專利]一種瀝青路面動水沖刷數值試驗方法

在審

• 申請號: 201510059760.4
• 申請日: 2015-02-01
• 公開（公告）號: CN104749059A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 郭學東;孫明志;張強;曹健;陳爽;李赫;王振勇;朱凱旋
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N15/08
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及交通土建工程領域，具體涉及一種瀝青路面動水沖刷數值試驗方法。

背景技術

公路已成為目前主要的交通基礎設施。有21個省區市高速公路里程超過1000公里，其中，河南、山東兩省突破4000公里，江蘇、廣東兩省突破3000公里。至2005年，美國全國約有260萬英里的瀝青和混凝土道路，其中大約91％為瀝青路面。隨著交通量和交通荷載的增加，更多的瀝青道路需要建設，但更重要的問題是瀝青路面必須保持良好的性能，以保證行車的舒適性和安全性。以往瀝青路面的破壞形式主要表現為車轍、低溫開裂和疲勞開裂。從20世紀60年代以來，絕大多數與瀝青路面有關的研究課題也集中在這三大破壞形式上。但是近年來水損害已引起人們越來越多的關注，已形成世界性范圍的問題。

許多研究機構和美國的各州的交通部對水損害關注已久。早在90年代初，已有調查表明美國在34個州觀察到水損害對路面的破壞，即使一些降水量很少的州，如Arizona州等，也報道30％-50％的路面破壞與水損害有關。Colorado州交通部2002年的統計表明82％的州交通部和其他聯邦機構普遍采用一些措施，比如添加抗剝落劑或石灰，以預防瀝青道路水損害的發生，87％的上述機構要求進行水損害試驗，并且20％的機構都在進行或者資助水損害方面的研究，比如機理研究，探索新的實驗方案，考察、比較實驗室結果與實際路面的性能等。由此可見瀝青道路的水損害問題已經引起各方面的重視，對其進行研究具有重要的理論和實際意義。

通過數值試驗方法研究水損害作用機理國內外已經積累一定成果，Kringos?N、T?Scarpas等人認為液體進入瀝青混合料后，向瀝青自身的縫隙和瀝青與骨料之間的縫隙中不斷浸入，由車載引起的泵吸作用被認為是引起水損害的主要原因，并力圖通過有限元方法來實現。Arambula?E，Caro?S，Masad?E等人認為瀝青混合料的水損害是由于水分的存在下結構完整性逐漸喪失導致的，為此開發了一簡單的試驗程序用以測量粗集料中水的擴散系數，確定水的擴散系數是發展數值模擬研究水損害的基礎。崔新壯等人基于Biot固結方程，將瀝青混和料看作多孔介質，并考慮了它和水體的慣性力及兩者之間的耦合作用，對飽水瀝青路面進行了快速Lagrange有限差分分析。董澤蛟等基于飽和多孔介質理論，建立動態荷載作用下飽水瀝青路面軸對稱有限元的瞬態動力分析有限元模型，計算得到飽和瀝青路面內部孔隙水壓力的時程變化，也分析了不同滲透性、車速和荷載條件下的孔隙水壓力變化規律。

之后，許多研究希望通過在路面中埋設測量裝置，實測車載下的動水壓力，或者通過制作試驗裝置來模擬車載下飽水瀝青路面的受力情況。蔣澤民等人通過壓電傳感器測量瀝青路面動水壓力，通過自制的壓電傳感器和設計的標定與實驗方案來分析實時采集的動態壓電數據。錢亮等人基于光纖Bragg光柵傳感原理設計了一種光纖光柵動水壓力傳感器，推導了該傳感器波長與壓力之間的關系式。通過室內標定實驗，獲得該傳感器的壓力與光柵波長漂移成良好的線性關系，并埋設于某高速公路路面測量了動水壓力。劉樸，凌宏偉通過自制滲壓計對瀝青路面超孔隙水壓力進行測試。王莉，李智，姜旺恒等人提出了氣壓式動水壓力模擬方法，并設計加工了動水沖刷試驗系統，為了使瀝青混合料的動水沖刷模式與路面實際相符，還設計了定向沖刷模式。

但目前未見細觀角度瀝青路面孔隙動水中刷數值試驗及室內試驗的相關研究。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種瀝青路面動水沖刷數值試驗方法，可快速、準確的計算瀝青路面單個孔隙中瀝青混合料在車載作用下動水壓力的大小及分布情況，進而分析瀝青路面結構水損害破壞機理的規律。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種瀝青路面動水沖刷數值試驗方法，包括以下步驟：

S1、根據瀝青穩定碎石混合料馬歇爾試驗配合比設計技術標準，制作尺寸為101.6mm×63.5mm，雙面擊實75次，孔隙率在3％-6％之間的馬歇爾試件三個；對馬歇爾試件進行CT成像，從表面開始每隔10mm進行一次掃描拍攝，對同一個試件進行了8次拍攝，共提取了24張圖片；

S2、由CT圖像分析結果，分別建立三角形孔隙，四邊形孔隙，六邊形孔隙，圓形孔隙四種不同形狀的孔隙模型，在相同的車輛荷載作用下，對其孔隙內部的壓強分布進行試算，確定采用圓形孔隙模型作為基本模型，從而建立標準模型；