考虑砂浆随机分布的多孔沥青混合料黏附/黏聚失效行为

作     者：王晓威 张一鸣 王兴威 任家兴 杨旭 黄育兆 汪海年 WANG Xiao-wei;ZHANG Yi-ming;WANG Xing-wei;REN Jia-xing;YANG Xu;WONG Yiik-diew;WANG Hai-nian

作者机构：西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 新加坡南洋理工大学土木与环境工程学院新加坡639798 长安大学未来交通学院陕西西安710064 长安大学公路学院陕西西安710064 

出 版 物：《交通运输工程学报》 (Journal of Traffic and Transportation Engineering)

年 卷 期：2024年第24卷第3期

页      面：139-153页

核心收录：

学科分类：0402[教育学-心理学(可授教育学、理学学位）] 0303[法学-社会学] 0710[理学-生物学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0814[工学-土木工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFB2601000) 国家自然科学基金项目(52008333) 高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金课题(2023CEM006) 

主　　题：路面工程 多孔沥青混合料 黏附/黏聚失效 随机分布 细观有限元模型 耐久性 

摘      要：为获得更加真实的多孔沥青混合料(PAC)黏附/黏聚失效行为,提出了一种考虑砂浆随机分布的细观有限元建模方法;基于X射线CT扫描和图像处理技术量化了PAC的真实细观结构和砂浆分布,研究了砂浆的随机分布特性;通过可精确控制砂浆厚度的拉拔试验评价了不同厚度砂浆的黏附/黏聚性能,确定了不同厚度砂浆对应的内聚力模型参数;在砂浆-集料边界和砂浆内部嵌入零厚度内聚力单元,并基于PAC内不同区域的砂浆厚度赋予该区域内聚力单元相应的模型参数,最终构建了考虑砂浆随机分布的细观有限元模型(模型A),研究了PAC黏附/黏聚失效行为的细观演化过程。研究结果表明:推荐将试件分割为36份用于表征砂浆的随机分布特性,砂浆厚度对其黏附/黏聚性能、失效模式以及内聚力模型参数具有显著影响,当砂浆厚度小于0.9 mm或在1.2~1.8 mm时为黏附失效,大于1.9 mm时为黏附-黏聚混合失效,其他厚度下为黏聚失效,且同一失效模式下,黏附/黏聚强度随着砂浆厚度的增大而增大;与不考虑砂浆随机分布的细观有限元模型(模型B)相比,模型A和B的起裂点均为黏附失效,但失效位置不同,模型B以单一的黏附失效为主,模型A表现出多种黏附/黏聚失效行为,与现场复杂的黏附/黏聚失效行为更加一致;砂浆的随机分布对PAC黏附/黏聚失效过程、应力分布、裂缝发展具有显著的影响,故考虑砂浆的随机分布能够更加准确地识别PAC黏附/黏聚失效的最不利位置,增大砂浆厚度能够延缓黏附/黏聚失效的扩展过程。