沥青混合料三维离散元虚拟单轴蠕变试验

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第40卷第7期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol．40No．72012年7月(NaturalScienceEdition)July2012文章编号:1000-565X(2012)07-0015-06*沥青混合料三维离散元虚拟单轴蠕变试验张德育黄晓明高英(东南大学交通学院，江苏南京210096)摘要:为了从沥青混合料不连续特征的角度研究其永久变形行为，采用离散元方法进行了沥青混合料三维离散元虚拟单轴蠕变试验，生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料三维离散元虚拟试件，对虚拟试件微观组成成

2、分之间的接触赋予了相应的微观接触模型，并采用基于时温等效原理的方法对粘弹性离散元模型的计算效率进行了优化，最后将三维虚拟试验结果与二维虚拟试验及室内试验结果进行了比较．研究表明:时温等效原理能够大大减少粘弹性离散元模型的计算时间;三维虚拟试验结果与室内试验结果相差无几，二维虚拟试验结果大于三维虚拟试验及室内试验结果，且随着荷载的增大差异也随之增大．关键词:沥青混合料;不连续特征;永久变形;离散元法;虚拟单轴蠕变试验;时温等效中图分类号:U414doi:10．3969/j．issn．1000-565X．2012．07．003随着公路交通量的增加和重载车辆的增多，车特征不符，

3、难以真实地反映沥青混合料的材料力学辙已成为沥青路面的主要病害之一，严重影响路面特性．行车安全和舒适性，公路沥青路面的车辙已经成为近年来，离散元方法逐渐被引入到沥青混合料人们普遍关注的问题．对于沥青混合料的永久变形性能分析中．离散元方法可以反映沥青混合料的不性能，各国道路工作者提出了多种研究方法，其中以连续特性，从细观角度研究沥青混合料的永久变形现象试验法最为普遍，但这种方法不仅需要消耗大性能，建立的虚拟试验的重复性和再现性好，经济方［1-2］量时间和成本，重复性和再现性也较差．单轴蠕便，能够克服传统试验的不足．但在以往的研究中，变试验作为常用的沥青混合料高温永久变形性能试

4、几乎都是采用二维(2D)离散元模型对沥青混合料［3-8］验亦存在这种缺点．进行分析，而二维结构与三维(3D)结构相差较沥青混合料由集料、沥青胶结料及空隙构成，集大，二维离散元模型具有一定的局限性．因此，文中料在沥青混合料中呈现不连续的颗粒特性，空隙结采用离散元软件PFC3D生成了包含集料、沥青砂浆构亦导致沥青混合料呈现不连续特性，因此，沥青混及空隙的沥青混合料三维离散元虚拟试件，建立了合料是一种多相复合材料，其材料性质较为复杂，实沥青混合料三维离散元虚拟单轴蠕变试验，并与二际的应力、应变场并不连续，集料、沥青胶结料及空维虚拟试验及室内试验结果进行了比较，验证了三隙在混合料

5、中扮演着不同的力学角色，呈现出不均维离散元虚拟试验方法的正确性．匀和离散的力学特性．长期以来，道路工程领域一直1三维离散元虚拟试件的建立沿用连续均质的力学方法分析沥青混合料的永久变形性能并指导材料设计，这与沥青混合料的不连续为了兼顾离散元模型的计算效率和沥青砂浆粘收稿日期:2011-12-02*基金项目:国家自然科学基金资助项目(51108081)作者简介:张德育(1986-)，男，博士生，主要从事道路材料与结构研究．E-mail:tiger-220@163．com16华南理工大学学报(自然科学版)第40卷弹性参数的获取，将粒径大于1．18mm的集料视为粗集料，粒径小于1

6、．18mm的细集料和沥青胶结料视为均质的沥青砂浆，因此，文中建立的沥青混合料离散元虚拟试件由集料、沥青砂浆和空隙构成．首先根据沥青混合料的油石比、空隙率及集料的级配(见表1)等计算出各档集料的体积，然后将各档集料逐次投放到由墙构成的直径为100mm，高为150图3三维沥青混合料虚拟试件mm的沥青混合料虚拟试件尺寸空间中，并通过循Fig．33Dvirtualspecimenofasphaltmixture环保证生成的集料球单元不重叠．生成的具有级配特征的集料如图1所示．由于空隙对沥青混合料的永久变形性能影响较大，为了在沥青混合料离散元虚拟试件中生成空隙，表1AC-16沥青混

7、合料级配Table1GradationofAC-16asphaltmixture在沥青砂浆单元中随机删除5928个单元作为4%的空隙．三维离散元虚拟试件中的空隙分布如图4筛孔尺寸/mm191613．29．54．752．361．18所示．由于室内试件及现场取芯试件内部空隙分布通过率/%100958470483424．5的复杂性，文中将虚拟试件内部的空隙分布视为随机分布．图1具有级配特征的集料Fig．1Gradedaggregates图4沥青混合料空隙分布Fig．4Distributionofairvoidsinasphaltmi