基于离散元法均匀性对沥青混合料力学性能影响

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1、基于离散元法均匀性对沥青混合料力学性能影响1绪论1.1研究背景和意义沥青混合料作为一种胜弹性材料，巳广泛应用于道路工程领域。在科学研究上，关于沥青混合料的研究成果也层出不穷，但是当前人们偏重于对沥青混合料的宏观研究，即混合料的配合比、空隙率等的法观构造以及高温稳定性、低温抗裂性等宏观性能，而从细微观居次上对混合料的结构组成和性能的研究相对较少。对沥青混合料来说，即使采用同一料沥和级配，表现出的力学性能仍具有较大的差异性，即宏观体积指标相近，性能却差异很大。其原因在于传统的路面设计方法将沥青混合料简化为各向同性的均质体，而忽略了其内部细微观结构的复杂多样性。要正确认识

2、混合料细徵观特性对宏观力学性能的根本影响，对沥青混合料的认识必须从宏观层次进入到细徵观层次。在探索沥青混合料细微观特性与宏观力学性能之间关系的过程中，许多学者采用数值计算分析的研究手段。现阶段常用于沥青混合料力学反应数值计算的方法主要是基于连续介质力学理论的有限元法和基于非连续介质力学理论的离散元法。沥青混合料是一种由集料、沥青胶浆、空隙等组成的复杂体系，具有明显顆粒特性和非线性力学特征，这种材料的性能往往取决于其组成成分的性质、配比和分布状况。当前对沥青混合料的研究主要以基于连续介质力学理论的数

3、模拟方法为基础，以室内试验或工程试验路为手段，探究和验证沥青混合料的

4、配合比、力学樣能等。然而，试验路受自然及施工条件的影响较大，室内试验则往往依赖于实验人员的技术水平，而且需要重复进行大量的工作，耗费人力物力，在探究沥青琨合料细微观本质上也并不适合；而连续介质力学作为一种数值研究方法，并不能真实地反应沥青混合料内部细徵观结构。而且连续介质力学理论主要基于均句、连续和小变形的基本假设，不适用于描述沥青混合料这种颗粒类材料，从而也无法分析沥青混合料细徵观尺度范围内的力学特性。.1.2国内外研究现状近年来，数字图像处理技术的发展为研究沥青混合料内部各相的徼观分布创造了条件，而数值图像处理的对象往往是沥青混合料的内部截面图像。传统获取沥青混

5、合料内部截面图像需要事先对沥青混合料成型试件进行物理切割、擦洗等操作，不仅耗费人力物力，还很容易破坏混合料的内部结构，如集料破碎、空隙堵塞等，以致所得图像不能完全反应试件内部实际情况。20世纪后期，褒生了计算机断层扫描技术（即CT技术)，该技术在不破坏原有结构的前提下能够获得混合料内部结构的真实图像。将CT技术与数字图像处理手段结合起来分析沥青混合料的细微观结构，将会是一种全新的研究思路。鉴于CT技术的诸多优点，许多学者开始将其应用于道路工程领域。国外依托其先进的工业优势，率先将CT技术应用到沥青混合料材料内部细微观结构的研究中。上世纪90年代，美国公路发展战略研究

6、计划利用CT技术探究和分析芯样内部各组成部分的分布状况⑴。1998年，美国SIMAP项目研究，通过CT扫描与数码摄像技术，研究了混合料试件在不同压实方式下的内部结构分布状态1999年Shashidhar采用CT技术研究沥青混合料试件中各相的分布情况，进而研究得到车辙病害与混合料内部集料间的嵌挤程度相关[5]。2002及2004年Braz，D,等人应用CT技术探测了取芯试件内部疲劳裂紋的发展过程，获取的CT图像呈现了混合料内部的起裂部位和疲劳裂纹增长规律。.2CT技术及数字B像处理与新青混合料均句性2.1CT技术筒介1895年,德国物理学家伦琴发现X射线，在随后的一个

7、多世纪里，X射线技术在医学和工业领域逐步发展并得到广泛应用。X射线穿透力强，医学界用其对人体组织拍照，均句的X射线透过人体组织后在胶片上呈现不均句投影，用以观察人体内部某些器官的病变情况。随着高强度X射线机的出现，显像效果得到了巨大改善，为人类医学带来了革命性的发展。1969年，英国工程师Housfield和美国的Cormack共同提出了计算机断层扫描技术(putedTomography),简称CT技术。计算机断层扫描技术是将计算机和X射线技术相结合，以测量物体对X射线的衰减系数为基础，用数学方法经过电子计算机处理而重建图像。CT技术最具代表性的应用是基于X射线的C

8、T机，1971年英国EMI公司的第一台CT机问世，CT机的出现为现代CT技术的飞跃发展奠定了基础。CT技术为诸多领域带来了飞跃性的发展，人们在运用的同时也不断对其提高和改良。CT技术到目前经历了五代变革，第五代CT装置具有快速、连续扫描等优点，可以重建高分辨率三维图像，深受用户欢迎。.2.2CT图像处理数字图像处理技术是以计算机为媒介，以图像为对象来获取有利信息的过程，是后续图像信息分析和识别的前提。由于CT图像所含的数字信息不具备研究条件，因此本文需要对二维CT图像进行处理。二维CT图像中的集料是本课题的一个研究对象，为了辨别和分析对象，需要将这些区域分离提取