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岩土工程学报 2011年第9期33卷 1405-1411页

作者：凌道盛韩超陈云敏林呈祥浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

首先探讨了土结接触面的含义、接触面相对位移的组成以及接触面的破坏形式,然后提出以黏聚区域模型描述接触面滑动和拉裂破坏变形、邻近非接触面单元描述接触面基本变形的分析思路,建立了基于黏聚区域模型的无厚度接触面单元,有效避免... 详细信息

首先探讨了土结接触面的含义、接触面相对位移的组成以及接触面的破坏形式,然后提出以黏聚区域模型描述接触面滑动和拉裂破坏变形、邻近非接触面单元描述接触面基本变形的分析思路,建立了基于黏聚区域模型的无厚度接触面单元,有效避免了接触面厚度确定的困难。在强化有限单元法(FEM++)的框架内完成了接触面模型的数值实现后,以直剪试验的模拟揭示了土与结构接触面的渐进累积破坏过程,说明了接触面模型与平均剪应力–剪切位移试验曲线的差异,并对模型本构参数的选取进行了阐述。

关键词：土结接触面黏聚区域模型强化有限单元法直剪试验

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沥青-集料试件剪切力学性能试验分析

沥青-集料试件剪切力学性能试验分析

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作者：王永春合肥工业大学

学位级别：硕士

沥青混合料被广泛用于城市道路和高速公路的建设,在车辆和环境的共同影响下,沥青路面会产生各种病害,影响了行车速度的同时也产生了安全隐患。当车辆在经过路口处和弯道处时,由于速度的改变,会对沥青路面产生剪应力,当其超过了沥青路面... 详细信息

沥青混合料被广泛用于城市道路和高速公路的建设,在车辆和环境的共同影响下,沥青路面会产生各种病害,影响了行车速度的同时也产生了安全隐患。当车辆在经过路口处和弯道处时,由于速度的改变,会对沥青路面产生剪应力,当其超过了沥青路面的剪切强度时,会产生永久变形。沥青-集料界面处相对薄弱,由于集料的形状不规则和性能的差异,界面的局部区域易出现应力集中,所以一般内部损伤和裂纹萌生于界面处。本文首先制作出试验所需的试件,进行了两个试验,一个是沥青膜厚度观测试验,另一个是剪切试验,从多个角度分析了沥青膜厚度、温度和剪切速率这三个因素对沥青-集料界面剪切力学性能的影响。主要研究内容如下。(1)制作沥青-集料界面沥青膜厚度观测试验、沥青-集料界面剪切试验所需试件;(2)对成型试件的沥青膜用扫描电子显微镜观测,获得了两种成型荷载下沥青膜的实际厚度;(3)对成型的三明治石柱进行剪切试验,获得了不同沥青膜厚度、温度、剪切速率下的剪切应力-位移曲线,并对曲线进行了分类:即单波峰曲线(SPCs)和双波峰曲线(DPCs),总结了两种曲线的特点;(4)讨论沥青膜厚度、温度和剪切速率对界面峰值应力均值和峰值位移均值的影响,对剪切后的界面断面形貌进行分析,分析沥青膜厚度、温度和剪切速率对界面造成的不同失效模式,对沥青膜厚度、温度和剪切速率的协同影响进行分析;(5)从剪切断裂能和极限位移的角度分析沥青膜厚度、温度、剪切速率对沥青-集料界面粘附性能的影响;运用剪切滑移理论解释了双波峰现象的产生,并结合粘弹性力学相关理论解释了沥青-集料界面的失效机理并进行评估。结果表明:成型荷载对沥青膜厚度的控制具有可行性,试验得到的应力-位移曲线分为SPCs和DPCs两种。当沥青膜厚为112μm时,应力-位移曲线既有SPCs又有DPCs;当沥青膜厚为222μm时,应力-位移曲线全部为SPCs。同样试验工况下的DPCs的两个应力峰值低于SPCs的应力峰值,且DPCs几乎被SPCs包络。剪切试验的失效模式有粘附失效模式和黏聚失效模式以及粘附-黏聚复合失效模式三种,随着温度的升高,沥青-集料界面的失效由粘附失效为主转变为黏聚失效为主,DPCs是由于界面产生了剪切滑移,此时为粘附-黏聚复合失效模式,其第一应力波峰以粘附失效模式为主,第二应力波峰以黏聚失效模式为主。随着温度的升高,沥青-集料界面剪切强度(峰值应力)呈下降趋势,剪切速率对峰值应力均值影响越来越小。温度和沥青膜厚度一致时,剪切速率越大,峰值应力均值也越大,剪切时间缩短。SPCs的失效模式可能是粘附失效,可能是黏聚失效,失效模式受温度和沥青膜厚度影响。剪切滑移导致了DPCs的产生,使沥青-集料界面剪切破坏所需的能量降低,减弱了界面的粘附性能。SPCs的峰值位移和DPCs的一峰峰值位移较为集中,而DPCs的二峰峰值位移较为离散,这也是剪切滑移导致的。

关键词：剪切试验粘附黏聚双波峰断裂能

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沥青膜厚度对沥青-集料界面力学性能的影响

沥青膜厚度对沥青-集料界面力学性能的影响

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作者：孙炜合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,在道路的发展和研究中,沥青道路凭借其自身的特点成为现代交通道路的主要结构形式。道路交通流量的迅速增长和重载车辆数的不断增加,在车轮动荷载的反复作用下,沥青路面产生剪切变形,最终形成车辙、拥包、等病害,影响道路的正常... 详细信息

近年来,在道路的发展和研究中,沥青道路凭借其自身的特点成为现代交通道路的主要结构形式。道路交通流量的迅速增长和重载车辆数的不断增加,在车轮动荷载的反复作用下,沥青路面产生剪切变形,最终形成车辙、拥包、等病害,影响道路的正常使用,会给行车安全带来严重的隐患。沥青混合料的界面相结构十分复杂,沥青道路病害往往是从界面相萌生发展的。沥青-集料界面中沥青是以沥青膜的形式存在的,沥青膜的厚度对界面相的力学性能有很大影响。因此,分析沥青膜厚度对沥青-集料界面力学性能的影响,了解沥青-集料界面失效机理,减少沥青路面损伤、提升沥青路面的路用性能,对道路研究发展有重大意义,同时也是本文关注的重点。首先,本文自行设计了集料-沥青-集料型试件及相关制备工具,采用控制试件成型荷载的方式制备不同沥青膜厚度的试件。通过电镜试验测量出试件沥青膜厚度,获得成型荷载与沥青膜厚度的数量关系,为后面研究打下基础。其次,本文采用了剪切试验的方式,对不同沥青膜厚度的试件实施剪切试验。试验获得两种不同类型的应力-位移曲线,分别是单波峰曲线和双波峰曲线。本文以峰值位置为标准,将应力位移曲线分为四种类型:SPC-1、SPC-2、SPC-3、DPC。采用高斯函数,构建四种应力-位移曲线的模型,模拟试验现象。SPC-1反映了沥青-集料界面失效过程中是以粘附失效为主;SPC-2曲线反映了沥青-集料界面失效过程中是以黏聚失效为主;SPC-3和DPC曲线反映了沥青-集料界面失效过程中是粘附和黏聚的混合失效,且粘附应力和黏聚应力的应力峰值的相对位置决定了应力-位移曲线表现类型(SPC-3型曲线或DPC型曲线)。试验得到了不同沥青膜厚度的试件在剪切试验下获得各种类型应力曲线的概率,以及试件沥青膜厚度对各类曲线参数的影响。分析界面相中结构沥青和自由沥青相对比例,研究沥青-集料界面相的失效机制。依据滑移理论分析DPC型曲线出现原因。滑移现象和滑移距离都具有一定的随机性且出滑移现象出现概率的影响因素为沥青膜的厚度、结构沥青和自由沥青的粘度。最后,进一步从断裂能角度分析沥青膜厚度对沥青-集料界面抗剪性能的影响。结果表明:随着沥青膜厚度增加,单波峰的达到峰值的位置后移,单波峰的应力峰值呈下降趋势。双波峰出现的概率随着沥青膜厚度的增加而变化。沥青膜厚为小于23μm或大于219μm,出现双波峰曲线的概率为0。沥青膜厚在34μm-129μm区间时,双波峰曲线现象有概率出现。沥青膜厚度为83μm时,双波峰出现的概率最大。沥青膜厚度决定了沥青膜中自由沥青与结构沥青的占比。自由沥青占比决定了沥青-集料界面相的失效机制,而四种类型应力-位移曲线的出现,正是由于不同沥青膜厚度的界面失效机制存在差异而产生的。沥青膜厚的沥青-集料界面,在受到剪切荷载作用时,界面失效过程需要消耗较多的能量,能量消耗比较分散,失效位移较大。沥青膜薄的沥青-集料界面,在受到剪切荷载作用过程中,会在界面失效前期的一个较短的位移区间消耗较多的能量。

关键词：沥青膜沥青-集料界面相粘附黏聚

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