基于离散元的沥青路面反射裂缝发展规律研究

作     者：朱浩然 魏国访 樊继文 徐欢 于新 

作者机构：河海大学土木与交通学院 长沙理工大学交通运输工程学院 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(B240201167) 国家自然学科基金项目(52378448) 国家重点研发计划项目(2021YFB2601202) 

主　　题：路面工程 扩展劣化规律 离散元方法 三维探地雷达 反射裂缝 

摘      要：反射裂缝是半刚性基层沥青路面的典型病害，在荷载及环境作用下不断发展，进而形成路面内部次生病害。然而由于反射裂缝尺寸小、隐蔽性强且发展过程发生于路面结构内部，导致反射裂缝难以及时检测，其发展规律等基础问题目前尚未研究透彻。离散元方法可提供沥青路面开裂行为演化仿真，探地雷达技术可提供裂缝的识别、定位和演化追踪。借助离散元仿真方法和三维探地雷达检测技术，探究反射裂缝在车辆荷载作用下的扩展过程以及水力耦合作用下反射裂缝的劣化过程。提出了“二维凸包算法以及“外接圆碰撞检测算法构建粗集料集合模板，建立了符合级配要求的足尺沥青路面细观模型。研究了车辆荷载作用下反射裂缝的扩展快速期、稳定期和破坏期三阶段的扩展规律。分析了水力耦合作用下反射裂缝扩展至路表后的劣化过程，与仅荷载作用下反射裂缝形态无明显变化相比，水力耦合作用下反射裂缝形成支缝并横向扩展，继而引发各层层间脱粘、基层松散碎裂等病害，证明水是反射裂缝劣化的首要因素。依据雷达检测结果进行了大量实际路面裂缝取芯分析，标定了裂缝从“无到“严重6个等级的典型形态特征，进一步验证了离散元仿真结果的准确性，揭示了反射裂缝从“萌生、“扩展到“劣化发展全过程的阶段特征。直观完整呈现包括次生病害在内的反射裂缝的发展全过程，有助于对反射裂缝及其发展趋势进行更准确地识别、评价及追踪研究。