服役期开级配碎石透水基层集料颗粒接触弱化及组构演变机制研究

作     者：王泗 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈德

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：透水路面 开级配碎石透水基层 摩擦磨损 接触组构 颗粒细观迁移 

摘      要：“海绵城市能有效缓解城镇化建设带来的城市生态环境冲突,合理铺设透水路面,具有有效防治城市内涝、减少碳排放等诸多优势,然而,大空隙率的结构特点及潮湿有水的工作环境,致使透水路面用开级配碎石透水基层服役过程中容易出现累积变形过大问题,但其结构特性及工作机制不同于普通密级配碎石基层,采用传统动孔隙水压驱动细颗粒流失理论难以准确解释其累积变形问题。因此,本文开展了水-荷共同作用下开级配碎石透水基层颗粒接触弱化及组构演变机制研究。首先,提出了基于频谱理论的碎石微观表/界面形貌构造水平及分布特性定量表征方法,研制了开级配碎石集料微观表/界面摩擦磨损试验台,开展了15常见岩石种及15种主要造岩矿物表/界面微观摩擦磨损试验及3种工程常见集料在有/无水环境下的表/界面微观摩擦磨损试验研究,结果表明:造岩矿物及岩石表/界面动摩擦系数均呈先增大后保持稳定的时程演变趋势,表/界面32μm和2μm波长处的微观构造水平对集料颗粒间摩擦性能影响最大,正长岩、角闪石、燧石、辉石、钾长岩、磁铁矿、橄榄石这7种造岩矿物的微观摩擦磨损性能优于其它造岩矿物,水环境的存在会不同程度地降低集料颗粒间微观摩擦系数及磨损程度,进而揭示了服役过程中开级配碎石透水基层变形产生微观机理。其次,提出了基于多视角几何原理及尺度不变特征变换算法的碎石颗粒三维数值建模方法,开展了荷载作用下具有不同围压、级配、颗粒间摩擦系数及公称最大粒径的开级配碎石颗粒间细观力学特性、迁移行为及组构时程演变规律研究,揭示了服役过程中开级配碎石透水基层变形发展细观机制。最后,构建了水-荷共同作用下开级配碎石透水基层室内模型试验,提出了基于结构融合深度学习的颗粒迁移行为追踪测试方法,依次研究了外荷载大小、级配、含水状态及压实状态对开级配碎石透水基层表面宏观形变和内部细观颗粒迁移位移场、速度场及自旋角度场时程演变的影响规律,揭示了服役过程中开级配碎石透水基层宏观累积变形演变机理。本文积极响应国家生态文明建设及绿色发展重大战略需求,研究成果为长寿命开级配碎石透水路面基层优化设计提供了理论借鉴。