[發(fā)明專利]一種虛擬狀態(tài)下的瀝青混合料級配優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710083802.7
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106950120B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭勇;高華
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種虛擬狀態(tài)下的瀝青混合料級配優(yōu)化方法。根據(jù)實際需要優(yōu)化的級配，在三維離散元軟件PFC3D中隨機生成符合目標級配的瀝青混合料力學試驗三維離散元模型(包括單軸貫入試驗、低溫下的劈裂試驗、單軸壓縮試驗和剪切疲勞試驗)。符合目標級配的三維離散元模型生成過程是瀝青混合料級配優(yōu)化過程的基礎(chǔ)，對多種級配的力學性能評價結(jié)果進行比較，得到力學性能最優(yōu)的級配。本發(fā)明具有很強的可操作性、便捷性和代表性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種虛擬狀態(tài)下的瀝青混合料級配優(yōu)化方法，屬于道路工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

瀝青混合料的組成包括瀝青、集料、添加劑和空隙四部分，其中集料對瀝青混合料性能的影響最大。而集料的物理特性(形狀、大小、棱角、扁平率、表面紋理等)、級配，以及在瀝青混合料中分布狀態(tài)(位置、數(shù)量、間距、方位角等)等，都對瀝青混合料的力學性能、路用性能指標以及疲勞壽命等產(chǎn)生顯著的影響。在集料眾多影響瀝青混合料性能因素中，集料的級配是最宏觀的，也是最根本的。在某種程度上，集料級配決定了瀝青混合料性能，影響著瀝青混合料的路用性能和使用壽命。相對于級配優(yōu)良的瀝青混合料路面，級配較差的力學性能和路用性能變異性大，易發(fā)生破壞。因此，優(yōu)化瀝青混合料級配，對于提升瀝青路面路用性能和使用壽命具有很大的意義。

傳統(tǒng)的瀝青混合料級配優(yōu)化主要以連續(xù)介質(zhì)力學為基礎(chǔ)，以室內(nèi)試驗或試驗路的大量數(shù)據(jù)積累分析為研究手段，但是存在以下缺點：(1)連續(xù)介質(zhì)力學理論基于均勻、連續(xù)、各向同性和小變形的基本假設(shè)不適用于描述瀝青混合料這種顆粒特征明顯的材料；(2)室內(nèi)試驗工作量大、周期長，試驗結(jié)果穩(wěn)定性差，對于實驗人員的依賴性高。現(xiàn)有的文獻資料中，較為先進的是運用數(shù)字圖像處理技術(shù)和二維離散元手段對瀝青混合料級配優(yōu)化進行探討，相關(guān)研究如下：

2003年，王端宜等采用基于二維離散單元法的虛擬試驗，對不同級配的瀝青混合料路用性能(抗壓性能和抗剪性能)進行模擬，借此評價瀝青混合料級配類型。

2006年，譚積青基于數(shù)字圖像處理技術(shù)來獲取瀝青混合料試件剖面中顆粒的真實信息，并用PFC2D構(gòu)建主骨料形態(tài)和分布，實現(xiàn)顆粒形態(tài)與分布的模擬，同時對瀝青混合料級配組成設(shè)計進行模擬計算。

2007年汪海年等人采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用自行研制的粗集料形態(tài)特征研究系統(tǒng)(MASCA)，對粗集料的圖像級配特征進行研究，提出將二維數(shù)字圖像級配轉(zhuǎn)換為三維機械篩分級配的修正方法。

2007年王超凡利用Matlab在瀝青混合料數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)上，針對檢測的細集料顆粒的比例與設(shè)計值相比偏小，粗集料顆粒的比例與設(shè)計值相比偏大的情況，將細集料和粗集料的級配檢測結(jié)果分別與設(shè)計級配進行分析，得出細集料級配與設(shè)計值相比偏小、粗集料顆粒級配與設(shè)計值相差不大。另外，對于檢測誤差的來源以及誤差補償?shù)姆椒ǎ策M行了分析與描述。

2011年，潘艷珠等人基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，直接針對混合料中集料的分布狀態(tài)，將各檔集料對X軸、Y軸的靜矩作為離析評價指標，選擇了工程中常見的6種典型級配，定量地評價了瀝青混合料的離析。

2012年，蔣瑋等基于離散單元(DEM)方法，建立透水性瀝青混合料(PorousAsphalt Concrete,PAC)粗集料骨架力學模型，運用離散元PFC2D軟件對不同級配的粗集料骨架結(jié)構(gòu)進行虛擬試驗，評價其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學性能，根據(jù)虛擬試驗結(jié)果將級配對粗集料骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響量化為粗值指標，并通過室內(nèi)試驗進一步對虛擬試驗的結(jié)果和粗值指標的意義進行驗證。綜合虛擬試驗和室內(nèi)試驗結(jié)果，推薦了粗值指標的最佳取值區(qū)間并優(yōu)化了多孔瀝青混合料的級配范圍，從而為PAC的級配設(shè)計與比選提供依據(jù)。

上述有關(guān)瀝青混合料級配優(yōu)化方法的研究，雖然是基于離散元法或數(shù)值圖像處理技術(shù)來進行描述與評價，但研究中，其綜合性不強，考慮不夠全面，且依賴于室內(nèi)試驗手段，不能便捷地對瀝青混合料級配進行優(yōu)化。本發(fā)明通過隨機生成目標級配，以及對瀝青混合料路用性能的宏觀考量，通過三維離散元模擬對瀝青混合料級配優(yōu)化進行研究。

發(fā)明內(nèi)容