沥青混合料单轴压缩试验的离散元仿真

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第37卷第7期JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vo1．37NO．72009年7月July2009文章编号：1000—565X(2009)07—0037．05沥青混合料单轴压缩试验的离散元仿真术王端宜赵熙(华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640)摘要：为突破常规数值方法基于连续性的理想假设，进行了沥青混合料单轴压缩试验的离散元模拟，给出了与实际试验相符的本构行为，并针对模型细观参数对沥青混合料本构行为的影响进行了研究．结果表明

2、：在其它参数不变的情况下，随接触刚度的增加．试件的峰值强度增加，出现峰值强度时对应的应变降低；随摩擦系数的增加，试件的峰值强度增加；随接触粘结强度的增加，试件峰值强度增加，峰值强度对应的轴应变也增加；随平行粘结半径的增加，试件峰值强度增加，且峰值后应力一应变曲线的软化现象更趋于明显．关键词：沥青混合料；非连续特征；离散单元法；单轴压缩试验；应力一应变曲线中图分类号：U416．217文献标识码：A沥青混合料是由沥青和粗细集料等粒状单元共1离散元基本理论同组成的多相复合材料，其工程性质相当复杂．在荷载作用下，每个集料颗粒都有自己的运动方式，呈现离散单元法是研究非

3、连续介质力学行为的一种出非均匀和离散的力学特性．目前我国及世界各国计算方法，它的基本原理是将散粒体分离成离散单的道路设计理论，无一例外地将路面处理成连续均元的集合，利用牛顿第二定律建立每个单元的运动质体系．但采用连续介质力学方法研究具有非连续方程，再用动态松驰法迭代求解，从而求得散粒体的性特征的道路材料，难以真实地模拟其受力、变形和整体运动形态，其计算循环如图1所示．破坏过程．离散元理论则能够从细观层次上建立分析模型，较好地解决这一问题．Chang等¨采用离散元程序分析了沥青混合料的微观力学特性．You等验证了离散单元法解决沥青混和料问题的可靠性．Abbas

4、应用离散单元理图1离散单元法的计算循环论分析了不同温度下沥青材料的黏弹反应．在国内，Fig．1Calculationcircleofdiscreteelementmethod王端宜等刮应用离散元软件实现了级配设计的可视化，并模拟了集料的剪切性能．肖昭然等剖也对作为离散元的一种数值方法，二维颗粒流程序沥青}昆和料的蠕变过程进行了离散元模拟．黄晚清(PFC2D)通过圆形离散单元来模拟颗粒介质的运等运用离散元的思路模拟了重力场内集料间的动及其相互作用，并通过接触本构模型来实现对材微观作用．文中采用离散元的方法模拟沥青混合料料本构特性的模拟．颗粒流程序(PFC)中提

5、供了3的单轴压缩过程，并针对仿真试件的细观力学特征种基本的接触本构模型，分别为接触刚度模型、滑动对混合料本构行为的影响进行了参数研究．模型和粘接模型．接触刚度模型提供了接触力和相收稿日期：2008—06—11基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878090)作者简介：王端宜(1960一)，男，教授，博士生导师，主要从事道路工程研究．E—mail：tcdywang@scut．edu．cn38华南理工大学学报(自然科学版)第37卷对位移的弹性关系；滑动模型则强调法向和切向接含接触点¨，这些颗粒在程序计算时，会发生四处触力，使得接触颗粒可以发生相对移动；粘接模

6、型是漂浮移动的现象，被称为漂移颗粒．对于无粘结性材限制总的法向和切向力，使得颗粒在粘接强度范围料(例如砂性土)，可认为漂移颗粒是存在的．而本内发生接触，它包括接触粘结模型和平行粘结模型，模型中颗粒单元之间加入了平行粘结模型来代表材二者可同时发生作用．料内部的粘附性和约束力．在这种情况下，一个漂移应特别指出的是，平行粘结模型可以模拟颗粒颗粒的出现，就等同于颗粒体系在仿真计算中的一之间一定尺度内存在粘结材料的本构行为，这刚好个“空洞”，这对模拟结果的影响是不言而喻的．因符合沥青混合料由沥青胶结料包裹集料的组成特此，文中采用PFC内置的FISH语言编写程序码，对性

7、，如图2所示．这样，在相互接触的颗粒间赋予平漂移颗粒进行了消除．行粘结属性就完全可以模拟包括沥青胶结料和集料此外，试件内部可能存在的初始应力过大和由在内的沥青混合料组成，从而回避了分别设置各相此带来的初始速度，将产生一些颗粒向墙外溢出的单元而导致的计算单元半径小、数目多，计算速度慢现象．这就需要在加载之前先对试件施加一个足够和难于收敛的问题．小的初始锁定应力，并在该应力作用下使试件达到初始的均匀应力状态．经过上述工作就制备了一个能够和实际沥青混合料试件相比拟的PFC数值仿真试件，如图3所示．图2用平行粘结模型模拟粘结材料Fig．2Cementatiousma

8、terialdepictedbyparallelbo