基于离散元方法的沥青混合料矢量场细观分析-石福周

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1、第３４卷第２期长安大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２２０１４年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｒ．２０１４文章编号：１６７１－８８７９（２０１４）０２－０００９－０７基于离散元方法的沥青混合料矢量场细观分析石福周１，２，常明丰３，裴建中１，盛燕萍３，董强柱４（１．长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安７１００６４；２．甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃兰州７３００３０；３．长安大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００６１；４．长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４）摘要：为了从细观角度描述沥青

2、混合料中集料和砂浆的矢量场随加载时间的变化，以简单性能试验（ＳＰＴ）测定沥青混合料的动态模量和相位角，采用数字图像处理和Ｍａｔｌａｂ提取沥青混合料截面图像的像素坐标，利用离散元方法重构沥青混合料数字试件，在验证数字试件合理性的基础上，通过追踪集料和砂浆的位移场和速度场，分析了不同加载时间集料和砂浆矢量场的差异。研究结果表明：沥青混合料动态模量的预测值与实测值仅相差４．７６％，相位角的预测值与实测值的差异为８．５７％；集料和砂浆的位移场方向主要沿竖向向下，由上至下位移减小，整体集料与典型集料、整体砂浆与典型砂浆的最大位移相差较小，最大差异分别为５．２０％和２．４５％，砂浆的位移稍大于集料；

3、随着加载时间的增大，整体集料和砂浆、典型集料和砂浆的最大速度均逐渐增大，砂浆的速度基本大于集料。关键词：道路工程；沥青混合料；离散元方法；数字图像处理；位移场；速度场中图分类号：Ｕ４１６．２１７文献标志码：ＡＭｅｓｏｓｃｏｐｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｎｖｅｃｔｏｒｆｉｅｌｄｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｕｓｉｎｇｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ１，２，ＣＨＡＮＧＭｉｎｇ－ｆｅｎｇ３，ＰＥＩＪｉａｎ－ｚｈｏｎｇ１，ＳＨＥＮＧＹａｎ－ｐｉｎｇ３，ＤＯＮＧＱｉａｎｇ－ｚｈｕ４ＳＨＩＦｕ－ｚｈｏｕ（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＳｐｅｃｉａｌＡｒｅａＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉ

4、ｎｇｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＧａｎｓｕＲｏａｄａｎｄＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏＬｔｄ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００３０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，

5、Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｖｅｃｔｏｒｆｉｅｌｄｃｈａｎｇｅｓｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅａｎｄｓａｎｄｍａｓｔｉｃｉｎａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｗｉｔｈｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｔｉｍｅｆｒｏｍｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｖｉｅｗｐｏｉｎｔ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｐｈａｓｅａｎｇｌｅｏｆａｓ－ｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｓｉｍｐｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔ（ＳＰＴ）．ＴｈｅｎｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＭａｔｌａｂｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｐｉｘｅｌｃｏｏ

6、ｒｄｉｎａｔｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｓｅｃｔｉｏｎｉｍａｇｅ，ａｎｄｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｐｅｃｉｍｅｎｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｗａｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｔｈｅｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｖｅｃｔｏｒｆｉｅｌｄｃｈａｎｇｅｓｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅａｎｄｓａｎｄｍａｓｔｉｃｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｉｎｇｔｉｍｅｂｙｔｒａｃｋｉｎｇｔｈｅｉｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｂａｓｅｄｏｎｖｅｒｉｆｙｉｎｇｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｄｉｇｉｔａｌｓｐｅｃｉｍｅｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ

7、ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｕｓｄｉｆｆｅｒｏｎｌｙｂｙ４．７６％，ａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｐｈａｓｅａｎｇｌｅｉｓ８．５７％．Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ收稿日期：２０１３－０４－１７基金项目：国家自然科学基金项目（５２１０８０４７）；交通运输部科技项目（２０１１３１９８１